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聲學深拖:海底探測添“利器”

發布日期: 2015-02-25 11:11:42

近日,由中科院聲學所承擔的“6000米聲學深拖系統適用性改造與維護”課題,通過由中國大洋礦產資源研究開發協會辦公室組織的驗收。

這標志著我國國際海域資源調查與開發領域再添“利器”。

讓海底探測不再“霧里看花”

在海洋中,光波和無線電波無法遠程傳播,聲波便成為進行高效探測的主要手段。

多年來,中科院聲學所自主研制了不少能給海洋“照CT”的設備,聲學深拖系統就是其中之一。

“聲學深拖系統的主要功能是近海底對海底地形地貌、淺地層剖面和水體物理化學參數進行長時間、實時探測,可應用于海洋開發和礦產資源調查、海上油田區域探測、海洋工程等領域,還可用于深海特征物搜查和配合大型設備作業。”中科院聲學所研究員劉曉東介紹說。

之所以叫“深拖”,是因為它自身不能移動,必須被母船拖著才能走。母船利用絞車和萬米光電復合纜連接到聲學深拖系統的壓載器上,再通過長50米左右的中性浮纜連接到聲學深拖系統的拖曳平臺上。拖曳平臺上安裝有探測海底地形、地貌、淺地層的多部聲吶以及多種探測海洋環境參數的傳感器,母船上則安裝有水下定位系統用于定位拖曳平臺。將拖曳平臺投放到近海底,即可對海底和水體進行精細探測。

在海里被拖著走,風險可不小。中科院聲學所副研究員張東升深有體會:去年他在“科學”號上使用新研制的聲學深拖對沖繩海槽的熱液區進行地形地貌調查。那里海山突兀,地形變化大,“要是收纜收慢了,拖體可能撞上海山,撞壞了事小,最怕海山將纜繩掛斷,拖體丟失”。

升級改造提高國產化率

劉曉東告訴記者,“6000米聲學深拖系統適用性改造與維護”課題是在“十五”期間“863”計劃和大洋專項共同支持的“高分辨率測深側掃聲吶系統”課題的基礎上提出的。

2004年,他們完成了基于高分辨率測深側掃聲吶的聲學深拖系統研制,并在2006年12月通過驗收。“但當時系統設計工作水深最大只能到4000米,同時只能探測海底深度和側掃數據,也沒有經歷過實際應用考驗。”劉曉東坦言。

經過兩年試用,特別是在2008年被實際投入某光纜路由調查工作,實際拖曳640千米測線,拖體最長在水下連續工作116小時,所得結果滿足用戶要求。之后,中國大洋協會辦公室為使系統功能更加與實際需求相結合,決定支持對該系統開展適用性改造。

系統升級的難度,并不亞于起初的開發。劉曉東說,其難點一是如何使多個聲吶和傳感器設備協同、有序、保質地工作;二是提升系統的國產化率,盡可能降低使用進口部件的數量,以方便開展系統維護。

經過5年多的努力,最終研制出的“DTA-6000”型聲學深拖系統,最大工作水深6000米,能滿足大洋調查任務的需求。

中國大洋協會有關負責人表示,在升級改造過程中,系統經過了多次湖上試驗和海上試驗。其中,2013年在中國大洋第29航次中完成試驗性應用工作,首次在海山區同步獲得微地形地貌數據和淺地層剖面數據;2014年通過精度評估,確定聲吶測深精度達到國際海道測量組織特級標準。

做自主產權的聲吶裝備

與原有系統相比,升級后的系統可在近海底同步采集測深、側掃和淺地層剖面數據,大大提高了探測效率;同時采用基于遠程超短基線定位系統、DVL和運動傳感器的導航定位系統,顯著提升系統定位精度;具備搭載額外傳感器的能力;能夠適應多條科學考察船,增強了系統使用性。

中國大洋協會有關負責人表示,隨著“DTA-6000”型聲學深拖系統的投入應用,將有更多深海海底奧秘清晰地呈現出來。

這也正是劉曉東及其聲學深拖系統研發團隊的共同愿望。

盡管聲學深拖系統最早出現在國外,但目前國外主流品牌也就兩三種。而從2001年起至今,中科院聲學所已主持研發了兩代聲學深拖系統,包括用于大洋協會的“DTA-6000”型聲學深拖系統和用于中科院海洋所的探海型聲學深拖系統,二者分別于2015年年初和2014年年底通過驗收。

這支具有15年聲學深拖系統研發和應用經驗的隊伍,除了聲學深拖系統,還設計出新型高分辨率測深側掃聲吶、AUV聲學探測系統和全海深多波束測深系統等多種具有自主知識產權的海洋聲學裝備。

劉曉東表示,下一步,他們將主要開展高分辨率測深側掃聲吶數據處理與應用、全海深多波束測深系統工程化等研究工作。

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