深海法視域下的深海資源調查裝備發展研究

王芳 ,林群鋒 ,王藝菲 ,耿丞澤 ,高秀晶

(1.福建理工大學智慧海洋與工程研究院 福州 350118;2.哈爾濱工程大學船舶工程學院 哈爾濱 150001)

0 引言

海洋是資源的寶庫,富含礦物、油氣、生物資源,尤其是深海海底的資源更是無限。面對深海海底資源的巨大吸引力,深海資源調查成為各國優先的研究方向,尤其是深海海底硫化物、多金屬結核、富鈷結殼等相關海洋資源調查項目是目前海洋科研的重點。2016年我國頒布實施《中華人民共和國深海海底區域資源勘探開發法》(以下簡稱《深海法》),填補我國在深海資源勘探領域的法律空白,我國對深海海底區域資源勘探開發和調查的研究進入新階段,深海高技術裝備在深海資源調查開發中的運用也進入新征程。

1 我國深海資源調查概述

20世紀70年代,我國初步在國際海底區域的深海開展資源調查和研究工作。1990年中國大洋礦產資源研究開發協會(以下簡稱中國大洋協會)成立,其目的在于開展海底資源開發活動,拓寬我國資源來源,提升深海高新技術的研究與應用水平,堅決維護我國在國際海底資源開發領域的權益,為全人類開發國際海底資源貢獻力量。

1991年經聯合國批準,中國大洋協會正式登記注冊,我國走在國際海底資源開發國家前列,同時在國際海底區域分配到15萬km2的深海海洋開辟區[1]。1999年在完成開辟區50%的區域放棄義務后,中國大洋協會在該區域又獲得7.5萬km2具有專屬勘探權和優先商業開采權的多金屬結核礦區,我國整體資源儲備大幅增加[2]。

1997年根據《聯合國海洋法公約》的相關規定,國際海底管理局批準中國大洋協會在該金屬礦區開展長達15年的勘探工作[3]。2001年中國大洋協會與國際海底管理局簽訂《勘探合同》,該合同的生效標志著中國大洋協會從國際海底活動的投資者向國際海底資源的勘探承包者和探索者轉變。2011年我國在印度洋獲得1 萬km2的合同區,2014年我國在東北太平洋獲得約3 000 km2的海底資源合同區,使我國一躍成為世界首個在全球海底區域享有“三種資源、三塊礦區”的海洋大國[4]。2019年我國在西太平洋獲得7.4萬km2的多金屬結核勘探合同區。截至2021年,中國大洋協會組織完成69次中國大洋航次,并積極參與國際海底資源爭取、國際海域權益維護、深海高新技術研發以及國際海域事務。

我國歷來對深海礦產開發和資源調查非常重視,制定一系列法律法規以及調查規范,如《中華人民共和國礦產資源法》《大洋多金屬結核礦產勘查規程》《中華人民共和國深海海底區域資源勘探開發法》《大洋資源調查術語》《大洋多金屬硫化物資源勘查規范》《大洋富鈷結殼資源勘查規程》,有力促進我國深海資源調查技術發展和裝備能力建設,積極高效地推動深海資源調查的可持續高質量發展。

2 我國深海調查裝備的發展

“十四五”規劃提出我國未來將在深海等技術前沿的研究領域支持相應的國家重大海洋科學工程項目。深海資源的探索與利用已形成新興科研領域[5],了解深海、探索利用深海資源已上升為國家戰略。

水下機器人可以代替人類在極端水下環境和深遠海環境下工作,可以作為勘測的載體探究人類未知地域,也可以實施水下作業以及減少工作人員的風險。隨著科技發展日新月異,水下機器人的關鍵技術不斷突破,有效推動水下機器人在復雜海洋環境觀測、深海資源探測等領域的應用[6]。水下機器人又稱為水下潛航器,依照工作特性和操作方式可分為有纜的遙控式水下潛水器(ROV)、自主水下航行器(AUV)、載人潛水器(HOV)和深海采礦車。

2.1 有纜的遙控式水下潛水器(ROV)

ROV 可用于水下觀測和作業,依靠水面母船的零浮力臍帶電纜提供電力和信號發送,因此ROV的作業范圍有限,但數據可以實時傳輸,且作業能力及續航能力強。ROV 作為最早開發的水下機器人,與其他類型的水下機器人相比,其憑借開發成熟度和各項優點在深海資源調查中有著不可代替的優勢。

自1953年第一臺無人遙控潛水器問世,至今已發展69年,ROV 研發制造商已有上百家,各種功能的ROV 接連問世。美國和日本是最早研究ROV的國家,在ROV 的研發和應用成熟度方面處于世界領先地位,已研發出潛深3 000～11 000 m 系列的ROV 深海裝備,如美國“海神”號和日本“海溝”號的潛深都可達上萬米,且能夠在深海和惡劣條件下順利完成水下調查等各項任務[7]。20世紀80年代初,“海人一號”的問世標志我國具有自主研發水下機器人的技術。近20年來,我國在ROV 研制方面迎頭趕上,哈爾濱工程大學、中國科學院、上海交通大學等一大批高校和科研院所參與研發性能更強的ROV,其中操作級ROV “海馬”號在海底深處完成冷泉探測、氣體收集和水底生物抓取等重要科研項目。隨著對深海的不斷探究,“發現”號和“海龍”號等系列ROV 深海裝備被應用到深海資源調查,在深海資源調查任務中成為主力勘探作業裝備,在作業的同時獲取珍貴的深海海底資源樣品和大量的深海影像資料[8],對人類探究未知的深海具有里程碑意義。

2.2 自主水下航行器(AUV)

AUV 自身攜帶能源,可根據規劃智能化自主航行,且執行任務的活動范圍廣,具有良好的機動性;但也因能源的限制,AUV 的作業時間較短,且作業能力相對不足。AUV 因具有良好的機動性和自主性,成為深海探測和作業中不可缺少的裝備。

20 世紀50 年代,美國牛頓大學研發的“SPURV”是目前能夠考證到的最早AUV。隨著人工智能等相關技術的不斷發展,一批性能好、實用性高和功能豐富的AUV 相繼研發,如美國的Bluefin系列。我國的AUV 研究也快速發展,首臺千米級AUV 在各科研單位的共同努力下研發出來,在此基礎上,我國與俄羅斯聯合研發首臺6 000米級深海AUV,并成功應用于太平洋多金屬結核調查,標志著AUV 在深海中的應用成為現實。2021年由哈爾濱工程大學自主研發的“悟空”號航行器在馬里亞納海溝進行全海深實驗,其下潛深度達10 896 m,創造AUV 深潛海試世界紀錄,并獲取深淵海底的珍貴信息。

“十二五”和“十三五”期間,沈陽自動化研究所自主研發“潛龍”系列和“探索”系列深海AUV 并投入實際應用,其中“潛龍”系列主要用于深海資源勘探[9],為我國深海資源的自主勘探掌握主動權。此外,沈陽自動化研究所首次利用自主研發的“探索4500” AUV 在北極實施中脊地形地貌勘探以及巖漿與熱液活動研究等科學考察工作,為北極環境保護提供重要的海洋環境參數和科學支撐,具有極高的科學價值。

2.3 載人潛水器(HOV)

HOV 作為“國之重器”,其技術和性能都是最優的;因其可以近距離觀察和人為控制,機動性、任務性和作業能力進一步加強,已逐步成為世界深遠海探測和作業的主力深海裝備之一。法國“鸚鵡螺”號和日本“深海6500”都已完成深海6 000 m 探測;目前世界上最先進的HOV 是美國“阿爾文”號,其相關技術最成熟、下潛次數最多,同時美國正在積極研發可下潛至6 500 m 的新一代HOV。2012年我國的“蛟龍”號在太平洋下潛最大深度達7 062 m,對我國HOV 事業的發展具有重要意義;我國“深海勇士”號可下潛4 500 m,各種系統和器件的自主研發率超過90%,對海洋裝備科技國產化發揮重要作用;我國“奮斗者”號下潛最大深度達10 909 m,截至2021年已完成21次超萬米的下潛作業,為我國全海深科學考察奠定堅實基礎[10]。

深海作業型HOV 均配置先進的多功能機械手以及各種取樣和潛鉆等作業工具,更方便進行沉積物或巖石精準取樣。我國的“蛟龍”號、“深海勇士”號和“奮斗者”號在深海科學考察中利用機械手等作業工具取得大量的深海海底資源樣品,為深海資源調查提供有力支撐。

2.4 深海采礦車

1990年我國將相關金屬資源的勘測和開發作為長遠發展項目,相應的金屬深海采礦車研發緊接其后。經過科研人員多年奮斗,我國深海采礦車從無到有、從樣機到整機、從實驗室到海試,體現我國對深海資源勘探和開發的決心和信心(表1)。

表1 國內深海采礦車發展歷程Table 1 Development history of domestic deep-sea mining vehicles

自2001 年我國首次完成采礦車百米湖試到2016年和2018年“鯤龍500”多金屬結核采礦車完成海試,不僅完成采礦車從湖試到海試的轉變[11],采礦車的下潛深度、功能性、穩定性以及自主作業和定位能力也穩步提升,標志著我國的深海采礦車已具有自主的海底采集和作業能力,可以向更深更遠的海洋進發。

2018—2021年我國的深海采礦車研制突飛猛進,不僅在采集重量上取得突破,還針對不同的礦產資源研發不同的采礦車,同時可與HOV 聯合作業,實現深海采礦車的智能化和功能化,為我國深海資源開采奠定良好的基礎。

3 《深海法》視角下深海資源調查的意義

《深海法》的頒布實施開啟我國深海資源調查事業發展的新篇章,更有力地推動深海自然資源的永續利用與開發。《深海法》是保障人類共同利益、和平利用深海資源和共享深海科學技術的法律基礎,為我國深海資源調查事業的發展提供頂層設計,使其有法可依、有章可循。

3.1 踐行習近平生態文明思想

習近平生態文明思想立足我國國情,具有理論性、科學性和前瞻性,是馬克思主義中國化的最新理論成果,進一步豐富和發展中國特色社會主義生態文明建設理論體系,是當前我國生態文明建設必須堅持的指導思想。在習近平生態文明思想指導下,我國從海洋生態環境保護國際合作的學習者、分享者、受益者,轉變為全球海洋生態文明建設的重要參與者、貢獻者和引領者,開創我國參與海洋生態環境國際合作的新天地。

《深海法》的目的就是保護海洋環境、促進海洋可持續發展和維護人類利益,其第三章規定深海調查開發、監測勘探應當運用先進技術,減少對海洋環境的破壞,進行必要的保護措施,保持海洋可持續發展和利用。《深海法》的實施是中國特色社會主義生態文明建設的重要成果,同時為其他國家提供重要的方法和經驗借鑒。中國與國際社會共同解決世界范圍的海洋生態問題,攜手共建生態良好的地球美好家園。

3.2 海洋命運共同體理念下的海洋治理變革

海洋命運共同體是人類命運共同體理論的重要組成部分,體現中國的世界觀和海洋觀,其重點是合作、互利、共贏[12]。深海資源調查是海洋命運共同體理念的具體實踐,是經略海洋的重要組成部分,是認識深海、探究深海、開發深海的重要途徑。深海探索促進深海資源調查技術和裝備研究,新技術、新裝備不斷應用于深海資源調查,并取得大量調查成果。

深海資源調查是推動海洋命運共同體理念下海洋治理變革的實際行動。為創新海洋治理模式以及引領全球海洋治理變革,我國需要積極參與深海科研項目等國際合作項目,與其他國家廣泛開展國際交流及討論。借助“一帶一路”倡議契機,加強與沿線國家的技術交流,共同開展深海調查研究活動,構建廣泛的利益共同體。發揮技術引領優勢,推動發展中國家的技術能力建設,深化全球海洋合作伙伴關系。

3.3 推動可持續發展

1992年聯合國環境與發展會議一致通過《里約環境與發展宣言》等規范條例,均以可持續發展原則為主旨。《深海法》的宗旨是保護國際海底區域的環境安全和資源可持續發展,維護人類共同繼承財產和全人類的利益,其第一章至第六章均體現環境保護原則[13]。

深海資源調查主要利用先進技術預先采取手段,將發生環境污染的可能性降到最低,并盡量避免其他相關災害的發生;承包者在合同獲批后要按照合同及國家有關部門的要求對管理區域進行調研,確定環境基線,預測環境影響;承包者要確定和實施環境監測計劃,留存相關數據;承包者必須采取手段保護管理區域內的生態環境,堅決維護可持續發展原則。

3.4 履行國際義務

1994年《聯合國海洋法公約》簽署生效以來,沿海國家積極參與各項金屬勘探以及國際生物多樣性等規則的制定和討論。部分國家根據相關國際法進行國內深海立法,我國也積極推進《深海法》立法工作,《深海法》于2016年5月1日實施[14]。

我國是國際海底管理局批準礦區數量和類型最多的國家。國際海底資源是全世界人民的共同財產,深海資源調查具有公益性,相關國家在享有權利的同時也承擔相應的義務,即向社會主體公開相關資料,為有意向在深海進行勘探、開采的實體提供參考意見。在《深海法》實施背景下的深海資源調查是推動建設新型國際關系的有利抓手,順應當今時代發展趨勢,具有鮮明的時代意義,充分展示中國在全球海洋治理體系中的智慧與責任擔當。

4 結語

深海資源調查和勘探開發離不開科技和人才的支撐,深海資源調查裝備的發展直接決定深海資源勘探開發活動的深度和精度。要強化可持續發展的人才隊伍建設,使法律、經濟、外交等專業與地質、生態、測繪等專業相互融合,為深海資源調查提供規范化流程,為完善深海法律法規做好技術儲備。科研人員應積極關注和運用國內外深海資源調查的新技術,不斷總結新裝備的作業方法,使我國在低成本下大幅提高深海勘探調查的效率和準確率,獲得良好的社會與經濟效益。

深海是地球上最大的未知區域,蘊含滿足人類長久生存和發展需求的各種資源。深海空間寬廣、戰略縱深巨大,世界海洋強國都對其產生濃厚興趣。《深海法》的頒布實施為深海資源的可持續利用提供中國智慧和中國方案,為我國參與全球深海資源調查和開發奠定法理基礎。