[00125686]海底热液/冷泉系统观测潜标的研制

海底热液/冷泉研究是现代海洋地学界的研究热点之一,开展热液/冷泉方面的调查研究在资源与环境方面都具有重要意义。海底热液/冷泉喷逸形成的羽流体在科氏力的作用下在水体中能够发生旋转,这已被科学家所证实。本项目由中国科学院下达,设计的自持式中性漂移潜标,能够实现对热液/冷泉喷口的物理、化学特性的实时观测并跟踪、示踪羽流体的旋转。海底热液/冷泉系统观测潜标能够根据预设程序或考察船指令实现自动上浮、下潜和定深漂流。潜标能够下潜到2000m深度,并保持深度漂流。潜标搭载温度、盐度、压力等传感器,可对热液/冷泉喷口区进行温度等物理场结构测量,并直接测量热液/冷泉喷口上方流体的运动特征。潜标观测的温度、盐度、水深和压力等数据储存在潜标中,并能通过声通讯定时传输到考察船上。潜标在水下能够被超短基线系统实时定位。 结合设计目标和实际应用需求,针对性的设计并改进潜标结构方案及整体布局,采用新型控制算法设计潜标控制方案。应用ANSYS有限元模拟技术分析并优化潜标耐压壳体设计。采用大排量、高流量以及能在深海环境下工作的新型浮力驱动系统设计方案,使潜标具有2000米深海工作能力和高精度深度调节能力。创造性地应用抛载系统设计,极大提升潜标浮潜的效率和工作安全性。应用μC/OS-Ⅱ多任务实时操作系统设计潜标水下控制系统,提升潜标工作指令执行效率,基于ARM架构设计制作高性能水下控制电路。对潜标的水下运动及姿态稳定性进行了计算流体动力学模拟,讨论潜标在下潜、定深漂流以及上浮过程中的动力和阻力变化、加速度、最大速度、运动过程及姿态稳定性。多次压力测试、浮力损失测试、性能测试、声通讯测试、导航定位测试、功能测试及总装测试等检验并改进了潜标的工作能力,并积累了调查作业经验。 海底热液/冷泉观测潜标的研制将为我国海底热液活动、海底冷泉调查、海流模拟计算、涡旋特性直接观测、科氏力驱动下的高温涡旋运动以及厄尔尼诺现象的观测研究等一系列科学问题提供最直接的观测手段和第一手观测资料。该项研究涉及中性漂移潜标运动、水声通讯、水声定位、数据传输等多项先进技术,对我国水下定位通讯技术及超短基线的应用技术都将起到重要推动作用,也为后续基金项目的申请和研究打下了基础。