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打造海洋调查国产利器

2021-04-01 11:26:51    来源: 中国自然资源报    作者:李春芳 贾文娟

我国南极科考队员在西风带布放直读式CTD。

我国南极科考队员在西风带布放直读式CTD。

1984年,自主研发的温盐深自记仪参加我国首次南极科考任务。 国家海洋技术中心 供图

1984年,自主研发的温盐深自记仪参加我国首次南极科考任务。 国家海洋技术中心 供图

近日,由国家海洋技术中心牵头承担的国家重点研发计划“海洋环境安全保障”专项“基于水下平台的系列化温盐深流浪潮测量仪产品化”项目通过了专家组课题绩效评价。该项目解决了制约国产传感器批量生产成品率、一致性、稳定性和可靠性的关键技术和工艺问题,并实现了批量生产。经过多次海试,仪器稳定性、可靠性大幅度提升,得到了用户的一致认可。

这只是国家海洋技术中心开展温盐深传感器技术研究的一个缩影。作为国家海洋自然资源管理、海洋公益服务及海洋安全保障的技术支撑单位,该中心成立半个多世纪来,一代代科研人员攻坚克难,开展温盐深技术研究,自主研制出了一系列高精度温盐深测量传感器,并广泛应用于我国海洋观测工作和国际海洋合作研究中,有效扭转了我国海洋传感器核心技术受制于人的局面,为海洋事业发展作出重要贡献。

填补国内温盐深技术空白 

海洋科学研究离不开大量的实测数据。其中,海水温度、盐度、深度是最基础的环境信息,温盐深测量仪(CTD)被广泛用于海洋调查中。但在过去的几十年,国内95%以上市场被进口仪器所占据,高精度传感器更是被国外公司完全垄断。发展海洋温盐深传感器技术,实现关键核心技术自主可控成了几代海洋科研人的初心和使命。

20世纪60年代,我国海洋调查仪器设备的研发、生产尚处于空白阶段,落后的仪器设备精度差,难以保证调查数据资料的质量。1965年,国家海洋局海洋仪器研究所(国家海洋技术中心前身)应时而生,其核心任务之一就是进行温盐深技术研究,研制我国自主的高精度温盐深测量传感器。

凭着一股为国争光的志气,老一辈科研人员想出了各种办法,克服了一个又一个困难。元器件性能不好,就夜以继日地开展老化筛选;没有恒温实验海水槽,就用大塑料罐代替、加热器加热、冰块降温、人工搅拌的土办法解决。在如此艰苦的环境下,科研人员通过不懈努力,攻克一项项难关,研发出一系列温盐深测量设备,取得了无数骄人战果。

20世纪80年代是我国海洋测量技术发展的繁盛期,一大批海洋测量传感器和系统自主研发成功,并用于我国海洋观测工作和国际海洋合作研究中。1984年,技术中心研制的3000米温盐深自记仪,随我国南极考察队进行了首次南大洋考察,在南回归线海域获得了3080米的温盐深数据,被列为首次南大洋考察的突出成就之一。1986年,技术中心研制的6000米温盐深自记仪参加了北太平洋锰结核、中美海气交换、中日黑潮调查等重大国际联合海洋调查任务,取得了大量珍贵的海洋温盐深剖面数据资料。20世纪90年代,技术中心研制的SYA2系列实验室盐度计在美国洛杉矶国际发明博览会上获得“国际成就奖”。

先进的实验室是开展高新技术研究的重要基础和必要支撑。国家海洋技术中心海洋测量传感器技术研究室主任李红志介绍,中心自主建成了国内第一个具有国际先进水平的海洋温盐深传感器性能测试与评估专业实验室,拥有世界先进水平的高精度海洋环境恒温试验水槽、深海仿真压力测试系统、基于温盐跃层的海洋剖面测量仪器设备动态响应仿真测试平台。依托这些先进设备,实验室可以动态模拟仿真海洋环境,对传感器的性能进行测试与评估分析,促进新型海洋传感器的技术研发。

打通成果转化“最后一公里” 

进入21世纪,中心的温盐深传感器技术研发迎来了一个全新的发展时期。随着国家科技项目对海洋高新技术的支持力度不断加大,越来越多的科研团队和科研成果涌现。

“虽然当时国产海洋温盐深传感器的实验室测量精度已经与世界先进水平相差无几,但一旦形成批量,海上工作的稳定、可靠性、一致性就无法有效保证,所以实际应用较少。”李红志说,在本世纪初的深海大洋调查活动中,鲜见国产海洋仪器设备身影。

技术中心科研人员通过深入分析发现,造成这一困局的根本原因,是相比于发达国家,我们的科技成果转化率过低,研究单位侧重于完成科研项目,发表论文,大量科研成果验收后被束之高阁。“海洋传感器技术研究最终一定要解决实际应用‘最后一公里’的问题,走向产品化、产业化,才能真正摆脱对国外的依赖。”李红志说。

面对国家的迫切需求和长期未解决的温盐深传感器“卡脖子”的状况,新一代温盐深人传承老一辈的关键技术、优良传统和工作作风,决心致力于实现高精度传感器的系列化、产品化、产业化,真正实现关键核心技术自主可控。

在国家一些重大科研项目支持下,技术中心团队不断改进制造工艺,提高技术性能,解决了困扰多年的传感器批量制作一致性、成品率、稳定性、可靠性不高的难题。先后研发出具有自主知识产权、性能优越的高精度温度、电导率、压力传感器以及千米直读/自容式CTD、6000米电缆传输式CTD、深海/湖上/冰上感应耦合实时数据传输温盐深链、高性能七电极电导率传感器、抗污染海表层感应式电导率传感器等一批达到世界先进水平的海洋观测仪器装备,并实现了产品化,其优异性能得到了海洋学家和用户的认可。其中,高性能七电极电导率传感器成果获得了“国家海洋工程科学技术奖”。

聚焦国际前沿加强原始创新 

目前,技术中心已成功研制了“OST”全系列温盐深测量仪,可适用于多种应用平台和海区,包括南北极海域、万米级深海海域。其中,“感应耦合传输CTD”搭载漂流浮标平台实现了南极西风带海域无故障运行200天,搭载潜标平台在西太平洋海域无故障运行370天;“定点式温盐深测量系统”应用海试突破5915米,创造了国产高精度温盐深测量仪最大试验水深记录。科研人员还对20世纪研发的SYA2系列实验室盐度计进行了升级,研制出了测量准确度更高、可靠性更强、自动化程度更高的新一代 “SYA3-1实验室盐度计”,经第三方检验机构检定,性能已达国际先进水平。

国家海洋技术中心副主任彭伟表示,中心将聚焦深海和极地探测等国际前沿,加强海洋传感器基础研究和原始创新,从根本上解决敏感材料、基础工艺、关键小件等“卡脖子”问题,为国产海洋核心传感器与高端仪器自主创新奠定技术基础。“我们将致力于推进海洋传感器成果转化和产业化,按照‘创新一代、定型一代、量产一代’的方式进行迭代发展,加大新型国产传感器的业务应用,并不断改进和提升,为海洋强国建设做出新的贡献。”彭伟说。

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