Là một trong hai cơ sở hạ tầng khoa học và công nghệ quốc gia lớn trong hệ thống nền tảng đổi mới khoa học và công nghệ "5 + 0 + N" của Quảng Châu, Thiết bị Nghiên cứu Hệ sinh thái Mùa xuân Lạnh (sau đây gọi là "Thiết bị Mùa xuân Lạnh") gần đây đã bắt đầu xây dựng. Cơ sở này được dẫn đầu bởi Viện Hải dương học Biển Đông của Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc và đảm nhận việc xây dựng, và nó được lên kế hoạch hoàn thành trong 0 năm. Tại sao đất nước lại sẵn sàng đầu tư nhiều như vậy cho việc thiết kế và xây dựng các nhà máy suối lạnh? Công dụng khoa học của ba phần chính của thiết bị, đó là "phòng thí nghiệm tàu ngầm", "mô phỏng độ trung thực toàn bộ" và "hỗ trợ phụ toàn bộ" là gì? Trong số này của Tuần báo Khoa học và Công nghệ, chúng ta sẽ tìm hiểu.

Điểm tương tự trung thực tổng thể

Mô phỏng môi trường biển sâu trong phòng thí nghiệm trên đất liền

Thành phần mô phỏng độ trung thực của nhà máy thấm lạnh là phòng thí nghiệm duy nhất được xây dựng trên đất liền, sẽ xây dựng thiết bị thí nghiệm lớn nhất thế giới để mô phỏng hệ sinh thái thấm lạnh và khai thác tích tụ băng dễ cháy, đồng thời mô phỏng môi trường biển sâu trong phòng thí nghiệm để nghiên cứu hệ sinh thái thấm lạnh.

Zhang Xin, một thành viên của Ủy ban Sử dụng Thiết bị Nghiên cứu Hệ sinh thái Suối Lạnh từ Viện Hải dương học của Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc, nói với các phóng viên: "Mô phỏng độ trung thực thực sự là đưa mẫu tổng thể của hệ sinh thái suối lạnh trở lại phòng thí nghiệm trên bờ nguyên vẹn và mang lại bùn, nước, sinh vật, vi sinh vật, hệ sinh thái và băng dễ cháy trong hệ sinh thái suối lạnh theo cách 'trung thực'". Ngoài việc đảm bảo nhiệt độ và áp suất trong quá trình này không đổi, sau khi di chuyển đến phòng thí nghiệm trên bờ, phòng thí nghiệm cũng sẽ mô phỏng môi trường nhiệt độ thấp và áp suất cao của biển sâu, từ đó canh tác và quan sát hệ sinh thái thấm lạnh trong thời gian dài. ”

Zhang Xin giới thiệu rằng sau khi hệ sinh thái suối lạnh được chuyển đến phòng thí nghiệm mô phỏng độ trung thực, các nhà thí nghiệm có thể thay đổi môi trường tổng thể của phòng thí nghiệm để quan sát giới hạn của hệ sinh thái suối lạnh. Ví dụ, tăng mức khí mê-tan lên mức rất cao, hoặc giảm xuống mức rất thấp, hoặc thay đổi giá trị pH của nước, thay đổi nhiệt độ, v.v., để xem những thay đổi này trong môi trường bên ngoài sẽ ảnh hưởng như thế nào đến hệ sinh thái thấm lạnh trong phòng thí nghiệm. "Liệu nó có thể chịu được sự thay đổi này hay không, và ở mức độ nào, là rất quan trọng đối với chúng tôi để khai thác và sử dụng các nguồn tài nguyên như băng dễ cháy."

Feng Jingchun, giám đốc công nghệ của thiết bị thấm lạnh, giới thiệu rằng mô phỏng độ trung thực chủ yếu được chia thành hai phần: viên nang thấm lạnh và viên nang băng dễ cháy, trong đó, vùng nước của viên nang thấm lạnh cao 6 mét và bên trong viên nang băng dễ cháy cao 0,0 mét.

Phòng thí nghiệm tàu ngầm được chia thành các nhóm

Một số công nghệ hỗ trợ sự sống tương tự như của trạm vũ trụ

Trong lắp đặt thấm lạnh, phòng thí nghiệm dưới biển chủ yếu bao gồm một phòng thí nghiệm có thể đóng quân ở biển sâu trong một thời gian dài. Bên trong phòng thí nghiệm tàu ngầm bao gồm 5 vỏ chịu áp lực hợp kim titan nối tiếp, với độ sâu làm việc tối đa 0 mét, lượng giãn nước khoảng 0 tấn và tối đa 0 nhân sự (0 phi công, 0 nhà nghiên cứu khoa học). Ngoài ra, phòng thí nghiệm tàu ngầm còn được trang bị khoang chứa pin, cabin quan sát tại chỗ và mô-đun chuyển đổi khô ướt. Các quả cầu song song 0 này có các chức năng khác nhau, bao gồm cabin thí nghiệm khoa học, mô-đun điều khiển điều hướng và vận hành, cabin phát hiện đa chức năng, cabin sinh hoạt nhân viên, cabin động cơ điện và phụ trợ.

Phóng viên được biết rằng trước đây, để đạt được độ sâu tối đa 2000 mét dưới đáy biển trong một thời gian dài, các nhà nghiên cứu đã thực hiện rất nhiều thử nghiệm và đã đột phá qua việc chuẩn bị vật liệu quy mô lớn hợp kim titan, tạo hình vỏ hình cầu hợp kim titan lớn có độ chính xác cao, hàn hiệu quả và đáng tin cậy các tấm dày hợp kim titan và các công nghệ quan trọng khác, đồng thời xác minh độ an toàn kết cấu và quy trình sản xuất của các quả cầu này.

Phòng thí nghiệm dưới biển cũng được trang bị nhiều vỏ ngăn chứa pin và pin lithium-ion trong ngăn chứa pin sẽ cung cấp năng lượng và năng lượng cho phòng thí nghiệm. Cư trú lâu dài ở biển sâu đặt ra yêu cầu cao về hiệu suất và độ an toàn của pin lithium. Hiện tại, mô-đun pin lithium-ion chịu áp suất ướt do phòng thí nghiệm tàu ngầm lên kế hoạch đã được xác minh bằng các thí nghiệm sạc và xả an toàn trong Deep Sea Warrior and Struggler.

Để đảm bảo rằng các nhà nghiên cứu khoa học có thể thoát hiểm nhanh chóng trong môi trường khẩn cấp, phòng thí nghiệm tàu ngầm đã xây dựng một kế hoạch cứu hộ khẩn cấp nhiều lần, đầy đủ và có hệ thống. Ví dụ, có một buồng thoát hiểm phía trên phòng thí nghiệm tàu ngầm, buồng thoát hiểm có thể chở 3 người, trong môi trường hạn chế, buồng thoát hiểm này có thể cung cấp không ít hơn 0 giờ không khí, sau khi nhân viên thoát ra biển, buồng thoát hiểm cũng được chuẩn bị 0 ngày nước ngọt và thức ăn, để họ có thể chờ cứu hộ.

“在这个海底实验室内，供氧、供水、二氧化碳消除方案等相关的生命支持系统均借鉴了潜艇和空间站的相关技术，它也可以类比作一个海底‘空间站’。”张鑫说，“冷泉生态系统最早发现于20世纪70年代的墨西哥湾，在没有阳光的深海，它颠覆了‘万物生长靠太阳’的一般认知，这个系统主要依靠海底的甲烷、硫化氢等物质提供能量。它是如何形成，又是如何运作的，国际上虽然有很多科学家都在开展研究工作，但因缺乏深海原位实验室，科学家一直无法掌握其形成过程与机制，因此，冷泉装置才必须建立这一海底实验室，方便科学家原位进行观察。”

"Trong tương lai, trong phòng thí nghiệm dưới biển này, chúng tôi không chỉ có thể sắp xếp các nhà khoa học làm việc dưới đáy biển mà còn có thể sắp xếp một số thí nghiệm khoa học hoàn toàn được điều khiển bởi máy móc, và các nhà khoa học chỉ cần thường xuyên xuống đáy biển để quan sát tiến độ thí nghiệm." Zhang Xin cho biết hiện tại, độ sâu làm việc cuối cùng của phòng thí nghiệm tàu ngầm là 1800 mét, trong khi ở Biển Đông, độ sâu đã biết của khu vực thấm lạnh là từ 0 đến 0 mét, "Phòng thí nghiệm tàu ngầm có tính di động và có thể được triển khai ở các địa điểm khác nhau tùy theo nhu cầu của thí nghiệm". Do đó, phòng thí nghiệm tàu ngầm di động này có thể đạt được phạm vi bao phủ cơ bản về các nước thấm lạnh của tàu ngầm ở Biển Đông. ”

Hỗ trợ đảm bảo được chia thành chung

Hỗ trợ mặt nước cho tàu mẹ để chở và tiếp nhận

Hỗ trợ chủ yếu bao gồm hai phần: tàu mẹ hỗ trợ mặt nước, R & D và trung tâm quản lý thông minh. Tàu mẹ hỗ trợ mặt nước có chức năng phòng thí nghiệm tàu ngầm, vận chuyển và thả hàng hải, hỗ trợ toàn diện trên mặt nước và dưới nước, và cứu hộ khẩn cấp của nhân viên. Trung tâm R&D và quản lý thông minh chủ yếu bao gồm dữ liệu khoa học và trung tâm dịch vụ mẫu, trung tâm điều phối thông minh, v.v. Chịu trách nhiệm quản lý vận hành và bảo trì hàng ngày của thiết bị lò xo lạnh, ra lệnh từ xa khi ra khơi, v.v.

Zhang Xin giới thiệu rằng trên biển, phòng thí nghiệm tàu ngầm và tàu mẹ hỗ trợ nằm trên mặt biển dựa vào nhau và được kết nối với nhau, và tàu mẹ có thể đưa phòng thí nghiệm tàu ngầm đến vị trí liên quan, sau đó phòng thí nghiệm sẽ được hạ xuống đáy biển để thực hiện việc thu thập và giải phóng phòng thí nghiệm tàu ngầm.

Khi một phòng thí nghiệm dưới biển cần ở tại chỗ trong một thời gian dài, phòng thí nghiệm dưới biển có thể nạp năng lượng dưới nước và có thể vận chuyển trở lại các nhà khoa học và các mẫu vật quan trọng bằng một tàu lặn có người lái. "Tàu mẹ thực sự là một phòng thí nghiệm, và có rất nhiều thí nghiệm có thể được đưa trở lại tàu để thực hiện trước, chẳng hạn như các dấu hiệu đặc trưng và chỉnh sửa gen của một số sinh vật suối lạnh."

Các đơn vị thấm lạnh được sử dụng trong một loạt các ứng dụng

Theo quan điểm nghiên cứu khoa học, thiết bị thấm lạnh đóng vai trò quan trọng trong việc nghiên cứu nguồn gốc của sự sống trên Trái đất. Từ quan điểm công nghiệp, việc xây dựng và vận hành nhà máy suối nước lạnh sẽ đóng một vai trò tích cực trong việc thúc đẩy sự phát triển của các ngành công nghiệp như công nghiệp hóa băng dễ cháy, sử dụng tài nguyên sinh vật biển và sản xuất thiết bị hàng hải, đồng thời có thể nâng cao đáng kể khả năng đổi mới khoa học và công nghệ biển sâu của Trung Quốc. Ví dụ, thiết bị thấm lạnh có thể giúp con người nắm bắt được những thay đổi môi trường và tác động sinh thái của băng dễ cháy trước, trong và sau khi khai thác, đồng thời giúp phát triển xanh và sử dụng băng dễ cháy. Thiết bị lò xo lạnh sẽ tiết lộ sâu sắc cơ chế cô lập carbon sinh học của tổng hợp năng lượng hóa học, sàng lọc các chủng hiệu quả cao và giúp đạt được mục tiêu "carbon kép".

Ngoài ra, công nghệ thử nghiệm cư trú dài hạn tại chỗ ở biển sâu có thể được áp dụng để xây dựng thiết bị cư trú biển sâu của các dòng dõi khác nhau và sẽ được sử dụng rộng rãi trong việc phát triển dầu khí biển sâu, nốt sắt-mangan và các tài nguyên khoáng sản khác trong tương lai.

Feng Jingchun giới thiệu rằng thiết bị lò xo lạnh liên quan đến nghiên cứu tiên tiến trong nhiều lĩnh vực như nguồn gốc sự sống, thiết bị ngoài khơi, năng lượng tàu ngầm, dữ liệu lớn và sinh thái môi trường. Trong tương lai, Quảng Châu, với tư cách là một phương tiện quan trọng của đổi mới khoa học và công nghệ quốc tế, cũng sẽ sử dụng thiết bị lò xo lạnh để thực hiện các dự án khoa học lớn quốc tế có liên quan, đồng thời mời các nhà khoa học quốc tế hàng đầu khám phá và giải quyết các vấn đề khoa học liên quan.

Bước vào phòng thí nghiệm dưới biển phải vượt qua rào cản tâm lý

Phòng thí nghiệm tàu ngầm giống như trạm vũ trụ, vậy các nhà nghiên cứu cần chuẩn bị gì để vào phòng thí nghiệm tàu ngầm, và họ có cần phải trải qua khóa đào tạo đặc biệt không?

Theo Feng Jingchun, hiện nay, được đại diện bởi "Jiaolong", công nghệ lặn sâu có người lái của Trung Quốc đã rất trưởng thành. Môi trường sống trong phòng thí nghiệm dưới biển ở nhiệt độ phòng, áp suất khí quyển và khô ráo, không khác gì các phòng thí nghiệm trên bờ thông thường, ngoại trừ không gian sẽ hẹp hơn so với phòng thí nghiệm trên bờ.

Dưới đáy biển, các nhà khoa học không cần phải lo lắng về thiệt hại của bức xạ như các phi hành gia, và họ không phải lo lắng về tình trạng không trọng lượng. "Đối với các nhà khoa học, những gì họ cần là đào tạo tâm lý, và chúng tôi cũng sẽ được đào tạo tương ứng, và sau khi được đào tạo tâm lý có liên quan, họ thường có thể đạt được cư trú lâu dài dưới đáy biển." Feng Jingchun nói.

Suối nước lạnh là gì? Hệ sinh thái được may mắn bằng khí mê-tan

"Thấm lạnh" đề cập đến hoạt động của các khí như mêtan, hydro sunfua và carbon dioxide bên dưới đáy biển tràn vào nước biển do những thay đổi về cấu trúc địa chất hoặc áp suất. Hệ sinh thái thấm lạnh đề cập đến việc sử dụng các chất hóa học thấm ra bởi các sinh vật biển làm năng lượng để tổng hợp năng lượng hóa học, và phát triển thành một hệ sinh thái độc đáo trong thế giới tối tăm của đáy biển, với các đặc điểm vật lý và hóa học như bóng tối, áp suất cao và oxy thấp, đồng thời sử dụng khí mêtan bị phân hủy bởi băng dễ cháy làm nguyên tố nguồn, phát triển mạnh không ngừng thông qua tổng hợp hóa năng lượng, và được gọi là "ốc đảo biển sâu". Do đó, có mối quan hệ kết hợp chặt chẽ giữa hệ sinh thái thấm lạnh và băng dễ cháy dưới đáy biển.

Thấm lạnh cung cấp nguồn carbon và năng lượng cho sinh vật hóa tự dưỡng, duy trì hệ sinh vật thấm lạnh dựa trên sinh vật tự dưỡng làm chuỗi thức ăn và trở thành nhà sản xuất chính. Trên cơ sở này, giun hình pòm, nghêu, trai, động vật giáp xác, polychaetes, sao biển, nhím biển, cua, san hô nước lạnh, cá và các động vật metazoa khác được lai tạo để tạo thành một tập hợp hoàn chỉnh các hệ sinh thái biển sâu dựa trên hóa chất dinh dưỡng. Hiện tại, các nhà khoa học đã tìm thấy hơn 600 loài sinh vật trong hệ sinh thái thấm lạnh.

Hệ sinh thái suối lạnh mang mã của chu trình carbon ở phần sâu của trái đất, và là nơi chiến lược để nghiên cứu cơ chế thích nghi của sự sống trong môi trường khắc nghiệt và khám phá các nguồn sinh vật mới. Nghiên cứu hệ sinh thái thấm lạnh là điểm khởi đầu tốt nhất cho sự phát triển xanh của các nguồn tài nguyên biển sâu như băng dễ cháy và nghiên cứu khoa học biển sâu. Thiết bị thấm lạnh sẽ cung cấp những góc nhìn và phương tiện kỹ thuật mới cho việc nghiên cứu hệ sinh thái thấm lạnh, đẩy nhanh tiến độ nghiên cứu khoa học trong các lĩnh vực liên quan và thiết lập một chuẩn mực mới cho nghiên cứu trong lĩnh vực khoa học và công nghệ biển.

Các nhà khoa học giải quyết biên giới

Zhao Bin, giám đốc bộ phận khoa học và công nghệ của Cơ quan Khảo sát Địa chất Biển Quảng Châu: Quảng Châu đã hai lần cố gắng khai thác băng dễ cháy

Trữ lượng băng dễ cháy ở Biển Đông rất dồi dào, và Cơ quan Khảo sát Địa chất Biển Quảng Châu đã hoàn thành thành công hai vòng khai thác thử nghiệm băng dễ cháy ở Biển Đông trong 2020 và 0 năm.

Zhao Bin, giám đốc khoa học và công nghệ của Phòng Khoa học và Công nghệ của Cục Khảo sát Địa chất Biển Quảng Châu, giới thiệu rằng vòng sản xuất thử nghiệm đầu tiên trong 12 năm đã tạo ra hai kỷ lục thế giới về thời gian sản xuất thử nghiệm và tổng sản lượng khí đốt, và vòng sản xuất thử nghiệm thứ hai đã lập kỷ lục thế giới mới về sản lượng khí trung bình hàng ngày và tổng sản lượng khí đốt. Điều này đã nâng cao hơn nữa vị thế "hàng đầu" quốc tế của Trung Quốc trong lĩnh vực đổi mới khoa học và công nghệ băng dễ cháy, hình thành 0 công nghệ then chốt, phát triển 0 thiết bị cốt lõi và ban đầu xây dựng hệ thống thiết bị kỹ thuật để thăm dò và phát triển băng dễ cháy biển sâu.

"Mục tiêu của chúng tôi là đạt được khai thác công nghiệp băng dễ cháy càng sớm càng tốt", Zhao nói. Sản xuất thử nghiệm 2020 năm là khai thác giếng thẳng đứng thăm dò và sản xuất thử nghiệm 0 năm là khai thác giếng ngang thử nghiệm, và trong bước tiếp theo, sản xuất thử nghiệm của chúng tôi sẽ khám phá một mô hình mới, đây cũng là một bước quan trọng trước khi công nghiệp hóa băng dễ cháy. ”

Văn bản/Wu Wei

(Nhật báo Quảng Châu)