我国发展现状

更新于 2026年10月13日 版权声明
(一)我国发展现状

1.海洋探测传感器取得长足发展

传感器及其技术是海洋环境探测的关键部件和关键技术,也是制约我国海洋探测技术发展的瓶颈。“九五”以来,在国家“863”等相关科技计划的支持下,经过3个五年计划的实施,我国在海洋环境探测传感器研究方面突破了一批关键技术,研发了一批仪器设备,部分传感器已经在海洋动力环境参数获取与生态监测、海底环境调查与资源探查等方面发挥作用。

1)海洋动力环境参数获取与生态监测的传感器

我国海洋动力环境参数获取传感器技术得到了长足发展。温盐传感器已形成系列产品,完成了海洋剪切流测量传感器样机研制,突破了高精度CTD测量、海流剖面测量及海面流场测量等关键技术,开发了高精度6 000米剖面仪、船用宽带多普勒海流剖面测量仪、相控阵海流剖面测量仪、声学多普勒海流剖面仪以及投弃式海流剖面仪等高技术成果[12],并初步实现了产品开发、支持了我国区域性海洋环境立体监测系统的建设,提高了灾害性海洋环境的预报和海上作业的环境保障能力。此外,开发了包括溶解氧、营养盐等一批生态环境监测传感器试验样机,包括定型鉴定了两种溶解传感器,开发了两种p H值测量传感器,完成了氧化还原电位和浊度传感器研制等。

2)海底环境调查与资源探测传感器

通过国家相关科技计划支持,目前在海底环境调查与资源探测技术方面取得长足进步。我国已突破了侧扫声呐、合成孔径成像声呐、相控阵三维声学摄像声呐、超宽频海底剖面仪、海底地震仪等一大批的关键技术,开发了一批仪器设备。其中,已研制成功的HQP等系列浅地层剖面仪已应用于我国近海工程。此外,我国还研发了适用于大洋主要固体矿产资源成矿环境探测低温高压化学传感器和高温高压传感器系列及其检测校正平台。

2.海洋观测平台取得进展并呈现多样化

当前,我国的海洋观测平台呈现多样化,从卫星和航空遥感到水下与水下观测平台;从被动观测平台,如浮标、潜标等到移动、自主观测平台水下潜水器,如AUV、ROV、HOV等。在观测平台种类上,基本实现了与国际上保持一致。

1)卫星和航空遥感

我国于20世纪80年代开始开展海洋卫星遥感探测,从2002年起先后发射了海洋水色卫星HY-1A、HY-1B,2011年8月又成功发射了海洋动力环境卫星海洋二号(HY-2),并业务化应用。继HY-2卫星之后,我国还将加快HY-1后续卫星、HY-2后续业务卫星、海洋雷达卫星(海洋三号)立项研制,为海洋灾害监测预报、海监维权执法等提供长期、连续、稳定的支撑与服务[13]。目前,海洋监测监视卫星(HY-3)已纳入国家航天技术发展规划。另外,在海洋遥感数据融合/同化技术方面也取得了长足的进步。

在国家科技计划支持下,国内海洋航空遥感能力正在不断增强,并取得了很好的应用,主要搭载平台为有人机和无人机。搭载多种探测仪器的航空遥感监测平台具有离岸应急和机动的监测能力、良好的分辨率、较大的空间覆盖面积及较高的检测效率,在海岸带环境和资源监测、赤潮和溢油等突发事件的应急监测、监视方面发挥了不可替代的作用。

2)浮标与潜标

我国从20世纪80年代初开始研制锚系资料浮标,1985年开始建设我国的海洋水文气象浮标网。在浮标技术方面,发展了自持式探测漂流浮标、实时数据传输潜标、光学浮标、锚系浮标、极区水文气象观测浮标等观测技术,与传感器、控制系统、通信系统相结合,形成了能满足海洋探测不同需要的观测/监测系统。

我国从20世纪80年代以来,先后开展了浅海潜标、千米潜标和深海4 000米潜标系统的技术研究,已掌握了系统设计、制造、布放、回收等技术,并成功地应用于专项海洋环境观测和中日联合黑潮调查。近年来,在国家相关科技计划的资助下,又发展了具有实时数据传输能力和连续剖面观测能力的潜标系统技术,提高了潜标系统的实用性。中国科学院海洋研究所经过多年努力,成功在西太平洋相关海域收放潜标73套次,建成了由16套深海潜标组成的西太平洋科学观测网,获取了西太平洋代表性海域连续多年的温度、盐度和洋流等数据。

3)拖曳式观测装备(https://www.daowen.com)

在拖曳式生态环境要素剖面测量技术方面,715所和国家海洋局第一海洋研究所在国家“863”项目资助下研制了拖曳式剖面监测平台系统[14],用于200米水深以内生态环境要素的剖面测量,测量数据能够实时采集并传输至船上的数据记录器,传输距离大于1 000米;还研制了6 000米深海拖曳观测系统,用于多金属结核的精细调查,利用图像压缩技术突破了万米同轴电缆电视信号传输难题。

4)水下滑翔机

水下滑翔机作为将浮标、潜标和潜水器技术相结合的新概念无人潜水器,由于具备数千公里的航程和数月的续航时间被公认为是最有前景的新型海洋环境测量平台。当前,我国水下滑翔机技术取得突破性进展,国内相关单位开展了总体设计技术、低功耗控制技术、通信技术、航行控制技术、参数采样技术等关键技术研究,目前已完成了试验样机研制,并进行了初步海上试验。

3.海洋通用技术刚刚起步

深海通用技术是支撑海洋探测与装备工程发展的基础支撑和相关配套技术,涉及深海浮力材料、水密接插件、水密电缆、深海潜水器作业工具与通用部件、深海液压功力源和深海电机等诸多方面。我国深海通用技术研究起步较晚,整体水平相对落后,特别是在产品化、产业化方面与国外有较大差距。

1)作业工具

水下作业工具涉及较广,如在水下进行切割、钻孔、打磨、清刷和拆装螺母等作业所需的工具等。无人潜水器在海洋探测中常用的作业工具是机械手。我国先后研制出轻型五功能液压开关机械手、六功能主从伺服液压机械手和五功能重型液压开关手,并装备在多台无人潜水器上使用。具有工具自动换接功能的五自由度水下机械手也研制成功,用于SIWR-Ⅱ型遥控潜水器,可以完成夹持工件、剪切软缆等工作。近年来,小型水下电动机械手的研究工作也取得了一定的成果,HUST-8FSA型水下机械手可应用于水下、化学等有害环境中,能完成取样、检查、装卸等比较复杂的作业任务。

2)深海动力源

深海动力源也是深海通用技术之一。通常,深海动力源有三种驱动方式,分别为电力驱动、气压驱动和液压驱动。其中液压驱动是目前国际上研究和使用较多的一种,也是未来水下作业工具动力源的发展方向。国内多家科研机构联合研制了与各自项目配套的液压动力源,均采用压力补偿方式。此外,相关企业也开展了高端液压元件和系统的研制工作,通过在精密核心液压零部件上的突破,成功研发了深海3 000米节能型集成液压源、深海节能型柱塞泵和比例控制阀等。

我国在深海电机方面也已有较大发展,在“863”计划的支持下,联合研制出4 000米深海电机、7 000米载人潜水器高压海水泵驱动电机,技术水平达到了国际先进水平,并且开发出多种规格水下永磁电机用于深海装备。

3)水下电缆和连接器

水下电缆种类繁多,根据用途有通信缆、铠装缆、承重缆、管道检测缆、视频缆等。其中,海底光电复合缆是海底观测网的基础设施,主要负责给海底观测传感器供电,并将其采集数据的传输上岸。近年来,我国在海底光电复合缆设计与制造方面开展了深入研究,深海光电复合缆、湿插拔接口技术等取得突破性进展。在水密接插件方面,相关单位已开发出多款无人潜水器配套使用的产品,并具备小批量生产能力。

4)海洋观测网开始小型示范试验研究

海洋立体观测网已实现区域化部署,正在规划全球观测网。2009年以来,在南海成功布放系列潜标300多套次,构建了国际上规模最大的区域潜标观测网——“南海潜标观测网”;2015年以来,在西北太平洋构建了由19套全深度潜标(包括国际首套万米综合潜标)和1套实时浮标构成全深度潜标/浮标观测网,实现了对第二岛链等关键海域的全深度长期连续监测;2016年,在东印度洋及安德曼海构建了由5套全水深潜标和2套实时通信浮标构成的印度洋潜标/浮标观测网;同时,在海洋卫星方面,形成海洋一号(HY-1)系列卫星、海洋二号(HY-2)系列卫星及高分三号(GF-3)系列卫星为代表的海洋水色、海洋动力环境及海洋监视监测系列卫星,建立起了具有优势互补的海洋遥感卫星观测体系[13]。

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