中國在海洋工程領域國家級科研平檯布局現狀和短板

中國的土地上，3.2萬公里的「長龍」面朝大海，北起鴨綠江口,南至北侖河口，以及星羅棋布的島嶼，這是祖國面向太平洋的戰略門戶。我們有960萬平方公里的陸地，470多萬平方公里的海域。2012年，黨的十八大吹響了「海洋強國戰略」的號角。2017年，黨的十九大，國家進一步重視，提出「加快建設海洋強國」。2018年，習近平總書記在青島海洋科學與技術試點國家實驗室考察時強調「建設海洋強國，我一直有這樣一個信念！」

走向「深藍」，並不比走向「深空」簡單。雖然前者還在地球上，後者已經飛向了太空。深空是生命的「荒原」，而「深藍」是生命競逐舞台，那裡也有高山峽谷、也有冷熱交替，但更多的是一片黑暗。這是一個國家綜合國力整體水平的體現，既要有對變幻莫測的海洋地質環境的深入研究，也要掌握極端海洋工程裝備的製造技術，它們要面對極地的超低氣溫、面對熱帶海水的超強腐蝕、面對大洋深淵的超高水壓……這些，都是大國科研力量的角逐。本文試圖從國家級科研平台的布局角度，闡明我國在未來海洋戰略角逐中的挑戰和短板，以供科學研究和平檯布局提供參考。

（註：本文所指國家級科研平台以國家重點實驗室為主，國家工程中心、國家企業技術中心、國家製造業創新中心、國防重點實驗室，以及其他地方平台不在本文考慮範圍）

向海圖強，中華逐夢

自明朝鄭和1405年七下西洋開始，中國人就試圖通過海洋探索廣袤的世界。可惜的是，而後經歷400年的閉關鎖國，使中國日漸保守。直到1840年鴉片戰爭，西方人從海上強行打開華夏國門。魏源編著《海國圖志》，論述海防問題，介紹海洋強國的政治、地理、經濟，中國人終於意識到海洋是大國的戰略門戶。

經略海洋的前提，首先是認識海洋。海洋地質環境及物理化學性質的複雜程度遠超我們想像，迄今人類對海洋探測和了解的範圍僅為5%左右。尤其是神秘莫測的深海，我們更是知之甚少。而且，海洋一直處於變化之中，在很多情況下海洋的變化速度超出我們對海洋的認知速度。中國湧現了大批學界先輩：

嚴欽尚（1917—1992年）：江蘇無錫人。海洋地質學家，比較沉積學開拓者與倡導者之一。

秦蘊珊（1933—2015年）：山東萊州人。海洋地質學家，中國海洋沉積學研究的開拓者之一，編繪了第一幅較完整的中國海陸架沉積類型分布圖。1966年開始在渤海灣進行油氣鑽探調查，推動中國海洋石油進入工業化階段。

汪品先（1936—）：江蘇蘇州人。海洋地質學家，主要從事海洋微體古生物及古環境的研究，在我國率先開展了微體化石埋藏學的研究，開拓和發展了古海洋學的研究。

得益於諸多先輩的努力，我國在海洋地質及環境方面的國家級平台建設卓有成效，是海洋工程領域最為引人矚目的方面，已有五家國家重點實驗室，筆者按照實驗室的建成時間進行了梳理。

海洋地質國家重點實驗室（同濟大學，2006年）：以海洋及相鄰陸區的地質與環境演變以及海底資源為總目標，重點開展西太平洋地球動力學與古環境演化研究。聚焦五大研究方向：古海洋與古環境學、大陸邊緣演化與海洋沉積物、海底資源、深海生物地球化學、海底過程與觀測。

近海海洋環境科學國家重點實驗室（廈門大學，2007年）：主攻海洋生物地球化學與生態系統動力學。聚焦六大研究方向：海洋地球化學過程與通量、海洋生態過程與機制、海洋環境變化過程與效應、海洋動力過程與海-陸-氣相互作用、方向五為海洋生態系統整合研究與可持續發展、微型生物碳泵與海洋碳中和機理。

衛星海洋環境動力學國家重點實驗室（自然資源部第二海洋研究所，2009年）：以維護海洋權益與防災減災等國家重大需求為牽引，以建立海洋環境立體觀測和預測的技術和理論體系為目標，聚焦三大研究方向：海洋衛星遙感技術與應用、海洋動力過程與生態環境、大洋環流與氣候變化。

海洋污染國家重點實驗室（香港城市大學、香港浸會大學、香港中文大學、香港理工大學、香港科技大學、香港大學，2009年）：主要致力於通過化學、生物及工程技術，早期偵測、評核、預測及控制影響海洋環境污染。

熱帶海洋環境國家重點實驗室（中國科學院南海海洋研究所，2014年）：致力於引領我國南海海洋和熱帶海洋的基礎和前沿方向的研究，聚焦三大研究方向：南海環流與中小尺度動力過程、熱帶海洋-大氣過程與氣候效應、熱帶海洋動力過程的環境效應。

在不斷加深對海洋認識的基礎上，我們認識到海洋不僅僅是國土安全的戰略門戶，而且蘊藏大量的油氣、礦產及其它可再生能源。中國走過了近60年的海上油氣勘探歷程，勘探難度越來越大。1982年，中國海洋石油總公司成立以後，海洋油氣勘探開發範圍由最初的渤海（平均水深18m）擴大到東海、南海，海洋油氣勘探開發正在由中淺海向深海發展。2021年6月25日，「深海一號」平台正式投產，標誌著中國從裝備技術到勘探開發能力全面實現從300米到1500米超深水的跨越。

自2010年起，國家開始加大海洋資源相關國家級科研平台的建設，到2020年，中國近海探井數超過全球海上總探井數的40%。國家級科研平台發揮了重要作用，對海洋地質環境認識的深化為油氣勘探發現提供了理論指導和科學依據。

海洋石油高效開發國家重點實驗室（中國海洋石油集團，企業國重，2010年）：實驗室以建立海洋石油高效開發新模式為目標，從化學驅油、多枝導流適度出砂、從式井網整體加密和熱力採油等研究方向進行技術創新和技術集成的研究與應用。

深海礦產資源開發利用技術國家重點實驗室（長沙礦冶研究院有限公司，企業國重，2012年）：國內唯一的深海礦產資源開發領域的國家重點實驗室。聚焦五大研究方向：深海礦產資源開發系統技術、深海礦物採集與海底行走技術、深海礦物輸運技術、深海作業裝備設計與分析技術、深海礦物高效提取和新型加工技術。

南海海洋資源利用國家重點實驗室（海南大學，省部共建，2016年）：我國首個針對南海海洋資源進行開發利用和保護研究的國家重點實驗室。聚焦五大研究方向：南海海洋生物資源利用、南海海洋化學與生態、南海海洋礦物資源新材料利用、南海海洋動力資源、南海海洋信息資源化技術。

據國際能源署IEA（2018）統計，全球海洋石油和天然氣探明儲量為354.7億噸和95萬億立方米，分別佔全球總儲量的20.1%和57.2%。從探明程度看，海洋石油和天然氣的資源總體探明率僅分別為23.7%和30.6%，尚處於勘探早期階段。其中，淺水（2000米）的石油資源探明率分別為28.1%，13.8%和7.7%；天然氣分別為38.6%、27.9%和7.6%。未來，海洋油氣具有極大的勘探開發潛力，是全球重要的油氣接替區。

海洋的戰略價值日益重要，國家提出海洋三深戰略「深潛、深鑽、深網」。海洋戰略已經不僅僅是國土安全和資源開發的概念，更是未來人類拓展活動範圍的戰略空間。但是，沒有先進的海洋工程裝備，我們對高深莫測的大海將束束手無策。

海洋強國，裝備先行

如何理解「深潛、深網、深鑽」三大戰略對於發展海洋裝備至關重要。

首先是「深潛」，中國的載人深潛已經產生巨大的社會影響，也是觀測深海最直接的手段。經過多年努力，中國擁有不同深度的載人深潛器——能潛入深海4500 m的「勇士號」、能潛入深海6500 m的「蛟龍號」和萬米全水深的「奮鬥者號」，裝備的水平已進入國際前列。隨著遙控技術和人工智慧的發展，許多極端環境的探索已經可以由機器人代替，深海探索也不例外。現在，不載人的潛器已經成為深潛探索的主力，通過纜線「臍帶」連接的無人遙控潛水器（ROV），可以由科學家在船上操縱。而水下自主航行器（AUV）連纜線都不用，可以長時間在海洋內部作業，這些不同種類的「水下機器人」已經成為深海科學探索和工程服務的主力。

其次是「深網」，雖然科學家親歷其境的探索有著不可替代的價值，然而從成本和效率出發，非載人深潛才是大範圍推廣的發展方向。然而，即便無人的深潛器也不能總呆在海里，深海巨大水壓是潛航器致命殺手，於是20世紀末開始發展海底觀測網，相當於將「氣象站」安置在海洋深處，對海洋內部進行長期、連續的原位實時觀測。海底觀測網的長期觀測是揭示深海奧秘的有效途徑，從連續測量深部洋流的流速流量，到颱風來襲或者火山爆發時監測海洋反應，將感測器放在海洋內部是最好的選擇。據說，美國、日本等就在第一島鏈海底布置了嚴密的觀測網，時刻監測中國的海上軍事動態。因此，海上攻防設備正朝超靜音方向發展，同時我們也需要發展中國的海底監測網，以防來犯之敵！

最後是「深鑽」，是探索深海難度最高、耗費最大的技術。因為人類一直想要了解地球深處的秘密，地殼最薄的地方在海底。上世紀六十年代發展起來的大洋鑽探技術，為地球科學研究打開了一扇「寶藏之門」。自從1968年美國啟動後不久，就發展為國際大洋鑽探計劃，由若干發達國家共同提供資金、選擇最佳技術，共同合作進行，簡單地說就是全球支持一條船進行鑽探。半個多世紀以來，大洋鑽探船成了海洋科學的「航母」，接二連三的重大發現導致了20世紀地球科學的革命。中國在1998年加入國際大洋鑽探計劃，二十多年來實現了南海4個航次，鑽探了17個站位，為認識南海深部做出了不可估量的貢獻。但是年逾半百的大洋鑽探計劃，無論在技術上還是組織上都已經難以適應新時期的科學需求。例如要鑽探地幔頂部，鑽頭就要求有耐高溫高壓的新型材料；鑽探船也可能要將泥漿泵甚至鑽機放到海底，以減少幾千米穿越海水的鑽具。

我們來看看中國的海洋裝備類國家科研平台都有哪些？

海岸和近海工程國家重點實驗室（大連理工大學，1990年）：實驗室定位於應用基礎研究，聚焦海岸和近海工程建設與安全防護、海洋資源開發利用、海洋環境修復與保護等國家重大需求。主要五大研究方向：海洋動力環境與流固耦合作用、陸海水域環境與海岸侵蝕防治、海岸與跨海工程及其防災減災、海洋資源開發基礎設施工程、海洋工程智慧運維與全壽命安全。

海洋工程國家重點實驗室（上海交通大學，1992年）：實驗室定位於應用基礎研究、國防科研和民用科研並重，聚焦船舶工程、海洋工程、水下工程領域國家重大需求，瞄準國際船海工程重大力學問題研究，圍繞深海無人潛水器、新型深海開發裝備、綠色高性能船舶三大方向開展創新攻關。

深海載人裝備國家重點實驗室（中船重工集團702研究所，企業國重，2017年）：實驗室以深海載人裝備的應用基礎研究、共性技術研究和創新人才的培養為主要任務，聚焦於深海載人裝備的總體技術、超大潛深技術和深海作業技術等三大方向，已經完成了「蛟龍號載人潛水器研製」、「深海空間站關鍵技術研究」、「機動式救生鍾」等30餘項科研項目，是國內開展深海載人裝備研究為特色的企業國家重點實驗室。

裝備先行，材料不行

（海洋材料類實驗室發展現狀）

起初，我們以「認識海洋」為目標，建立了體系較為完善的海洋地質、環境等領域的國家科研力量。我們認識到海洋是資源寶庫後，以「開發海洋」為目標，建立了海洋資源、海洋裝備領域的國家科研力量。現在面對「經略海洋」的戰略目標，我們越來越感到力不從心。

在陸地文明時期，人類沿著海岸線認識海洋，這是「一維」空間的概念。在海洋文明時期，西方強國穿越重洋征服了美洲、驚醒了東方，這是「二維」空間的概念。在海上強權時代，來犯之敵不光會從水面而來，這已經是「三維」空間的概念。更何況，海上強國早已挺近大洋深淵、挺近南北兩極，中國必須奮勇趕超！

裝備的落後，本質上是材料工業的落後，是材料研發力量的落後。

例如南海，位於近赤道低緯地區，屬熱帶季風氣候和赤道氣候，與其它海域的海洋環境相比，常年具有高日照輻射強度、高紫外含量、高濕熱、高鹽霧及高降雨量的特點。南海的年日照輻射總量約是其它海域的1.5-1.7倍，年平均溫度高達約是其它海域的1.7-2.7倍，年平均降雨量約是其它海域的1.3-2.4倍……特殊的強日照輻射、高濕熱、多雨和高鹽霧環境使得在南海海域服役的金屬材料面臨著異常嚴重的大氣腐蝕問題，給裝備的運行埋下極大的安全隱患。總之，是耐腐蝕材料的短板阻礙了南海的開發進程。

例如深海，每下潛10米，裝備承受的壓力便增加1個大氣壓。全球海底最深處——馬里亞納海溝，人稱「地球第四極」，其最深處約1.1萬米，相當於珠穆朗瑪峰疊加華山的海拔高度，其水壓更是接近1100個大氣壓，這個壓強足以將一輛坦克壓扁。深海除了高壓，更有奇特無比的「冷泉熱液」。「深海熱液」又稱為「黑煙囪」，主要是海底深處噴出的高溫流體遇到海水時混合形成的黑煙，這些黑煙富含硫化物顆粒，流體成分主要是甲烷、二氧化碳和硫化氫，溫度可以高達400攝氏度。「深海冷泉」來自海底沉積界面之下的流體，會以噴涌或滲漏方式從海底溢出。雖然現在人類的潛航器已經可以觸及大海最深處，但面對巨大壓強，只能是此地不宜久留。總之，是耐壓力材料的短板阻礙了深海的開發進程。

例如極地，北極最低氣溫-66℃，南極最低氣溫-93.2℃。人類最堅硬的牙齒在吃冰棍的時候，都覺得寒氣逼人。普通的鋼鐵、陶瓷、塑料在極端低溫下，會面臨直接脆斷的危險。極地超低溫環境易使極地裝備的關鍵部件結冰，會導致動力部件過載、冰載荷分布不均、影響制動效果等，降低安全性和操縱性。但是，極地區域不光是冷。兩極地區附近海域是冰天雪地，極地船舶的螺旋槳沒有破冰的能力如何前行？即使擁有破冰能力，破碎產生的冰水混合物猶如一群利刃在船體周圍「群魔亂舞」，彷彿鐵甲勇士在槍林彈雨中前行。中國極地科考裝備，目前是「兩船、六站、三飛機」，拿三飛機來說：「雪鷹601」原型機為美國巴斯勒BT-67運輸機（Basler BT-67）；「雪龍」號配備的直升機「雪鷹102」號，是俄羅斯卡莫夫直升機公司以卡-27海軍直升機為基礎、專為消防設計研製的雙發通用直升機；「雪龍2」號配備的直升機「雪鷹301」號，由義大利萊奧納多股份公司製造，是全球最大的旋翼機製造商。總之，是耐低溫/耐冰撞/防結冰材料的短板阻礙了極地的開發進程。

裝備先行，但材料不行。僅有的兩家海洋材料類國家重點實驗室，一家專攻海洋塗料，一家專攻海洋鋼鐵，他們在打造海洋裝備、助力海洋強國的戰略中發揮了巨大作用。

海洋塗料國家重點實驗室（中化集團海洋化工研究院公司，企業國重，2013年）：實驗室緊緊圍繞海洋塗料高新技術需求，以海洋塗料的應用基礎研究、關鍵原材料研製篩選與表徵、關鍵技術的研發及工程化為重點研究內容，拓展飛機塗料、重防腐塗料、環保塗料、功能材料、民用裝飾塗料、膠粘劑及有關助劑的應用開發研究、生產和經營。

海洋裝備用金屬材料及其應用國家重點實驗室（鞍鋼集團，企業國重，2015年）：是我國首個在海洋裝備用金屬材料及其應用領域設立的國家重點實驗室，致力于海洋裝備用金屬材料在突破性發展中所涉及的重大需求與制約瓶頸。主要研究五大方向：海洋裝備用金屬材料冶金技術、海軍裝備用金屬材料製備技術、海洋工程用金屬材料製備技術、海洋裝備用特種金屬材料製備技術和海洋裝備用金屬材料應用技術等。

儘管如此，面對未來海洋高技術領域的競逐，我們仍感力不從心。沒有頂尖的海工材料，沒有頂尖的海工裝備。沒有頂尖的海工裝備，就無從談起海洋強國戰略。

總結

至此，我們應該深刻地意識到：海洋強國，材料先行！一代海洋材料，支撐一代海洋裝備。地基不牢，真的就是地動山搖！

從陸地到沿海，從沿海到遠洋，從遠洋到深海、極地，我們開發海洋需要面對更多複雜、苛刻的環境。通過海洋地質、環境的研究，我們已經認識到溫度、壓力、濕度等耦合極端條件，是海洋工程裝備難以逾越的障礙。

但是，相較於海洋地質、環境、資源類科研平台，海洋裝備、尤其是海洋工程材料類的國家科研平台還非常薄弱，難以作為海洋領域戰略科技力量支撐海洋強國戰略。在轟轟烈烈投資科研平台建設的運動中，我們應該更加關注這塊戰略領域！

作者簡介

編輯丨鄭實

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