深海法视域下的深海资源调查装备发展研究

王芳 ,林群锋 ,王艺菲 ,耿丞泽 ,高秀晶

(1.福建理工大学智慧海洋与工程研究院 福州 350118;2.哈尔滨工程大学船舶工程学院 哈尔滨 150001)

0 引言

海洋是资源的宝库,富含矿物、油气、生物资源,尤其是深海海底的资源更是无限。面对深海海底资源的巨大吸引力,深海资源调查成为各国优先的研究方向,尤其是深海海底硫化物、多金属结核、富钴结壳等相关海洋资源调查项目是目前海洋科研的重点。2016年我国颁布实施《中华人民共和国深海海底区域资源勘探开发法》(以下简称《深海法》),填补我国在深海资源勘探领域的法律空白,我国对深海海底区域资源勘探开发和调查的研究进入新阶段,深海高技术装备在深海资源调查开发中的运用也进入新征程。

1 我国深海资源调查概述

20世纪70年代,我国初步在国际海底区域的深海开展资源调查和研究工作。1990年中国大洋矿产资源研究开发协会(以下简称中国大洋协会)成立,其目的在于开展海底资源开发活动,拓宽我国资源来源,提升深海高新技术的研究与应用水平,坚决维护我国在国际海底资源开发领域的权益,为全人类开发国际海底资源贡献力量。

1991年经联合国批准,中国大洋协会正式登记注册,我国走在国际海底资源开发国家前列,同时在国际海底区域分配到15万km2的深海海洋开辟区[1]。1999年在完成开辟区50%的区域放弃义务后,中国大洋协会在该区域又获得7.5万km2具有专属勘探权和优先商业开采权的多金属结核矿区,我国整体资源储备大幅增加[2]。

1997年根据《联合国海洋法公约》的相关规定,国际海底管理局批准中国大洋协会在该金属矿区开展长达15年的勘探工作[3]。2001年中国大洋协会与国际海底管理局签订《勘探合同》,该合同的生效标志着中国大洋协会从国际海底活动的投资者向国际海底资源的勘探承包者和探索者转变。2011年我国在印度洋获得1 万km2的合同区,2014年我国在东北太平洋获得约3 000 km2的海底资源合同区,使我国一跃成为世界首个在全球海底区域享有“三种资源、三块矿区”的海洋大国[4]。2019年我国在西太平洋获得7.4万km2的多金属结核勘探合同区。截至2021年,中国大洋协会组织完成69次中国大洋航次,并积极参与国际海底资源争取、国际海域权益维护、深海高新技术研发以及国际海域事务。

我国历来对深海矿产开发和资源调查非常重视,制定一系列法律法规以及调查规范,如《中华人民共和国矿产资源法》《大洋多金属结核矿产勘查规程》《中华人民共和国深海海底区域资源勘探开发法》《大洋资源调查术语》《大洋多金属硫化物资源勘查规范》《大洋富钴结壳资源勘查规程》,有力促进我国深海资源调查技术发展和装备能力建设,积极高效地推动深海资源调查的可持续高质量发展。

2 我国深海调查装备的发展

“十四五”规划提出我国未来将在深海等技术前沿的研究领域支持相应的国家重大海洋科学工程项目。深海资源的探索与利用已形成新兴科研领域[5],了解深海、探索利用深海资源已上升为国家战略。

水下机器人可以代替人类在极端水下环境和深远海环境下工作,可以作为勘测的载体探究人类未知地域,也可以实施水下作业以及减少工作人员的风险。随着科技发展日新月异,水下机器人的关键技术不断突破,有效推动水下机器人在复杂海洋环境观测、深海资源探测等领域的应用[6]。水下机器人又称为水下潜航器,依照工作特性和操作方式可分为有缆的遥控式水下潜水器(ROV)、自主水下航行器(AUV)、载人潜水器(HOV)和深海采矿车。

2.1 有缆的遥控式水下潜水器(ROV)

ROV 可用于水下观测和作业,依靠水面母船的零浮力脐带电缆提供电力和信号发送,因此ROV的作业范围有限,但数据可以实时传输,且作业能力及续航能力强。ROV 作为最早开发的水下机器人,与其他类型的水下机器人相比,其凭借开发成熟度和各项优点在深海资源调查中有着不可代替的优势。

自1953年第一台无人遥控潜水器问世,至今已发展69年,ROV 研发制造商已有上百家,各种功能的ROV 接连问世。美国和日本是最早研究ROV的国家,在ROV 的研发和应用成熟度方面处于世界领先地位,已研发出潜深3 000～11 000 m 系列的ROV 深海装备,如美国“海神”号和日本“海沟”号的潜深都可达上万米,且能够在深海和恶劣条件下顺利完成水下调查等各项任务[7]。20世纪80年代初,“海人一号”的问世标志我国具有自主研发水下机器人的技术。近20年来,我国在ROV 研制方面迎头赶上,哈尔滨工程大学、中国科学院、上海交通大学等一大批高校和科研院所参与研发性能更强的ROV,其中操作级ROV “海马”号在海底深处完成冷泉探测、气体收集和水底生物抓取等重要科研项目。随着对深海的不断探究,“发现”号和“海龙”号等系列ROV 深海装备被应用到深海资源调查,在深海资源调查任务中成为主力勘探作业装备,在作业的同时获取珍贵的深海海底资源样品和大量的深海影像资料[8],对人类探究未知的深海具有里程碑意义。

2.2 自主水下航行器(AUV)

AUV 自身携带能源,可根据规划智能化自主航行,且执行任务的活动范围广,具有良好的机动性;但也因能源的限制,AUV 的作业时间较短,且作业能力相对不足。AUV 因具有良好的机动性和自主性,成为深海探测和作业中不可缺少的装备。

20 世纪50 年代,美国牛顿大学研发的“SPURV”是目前能够考证到的最早AUV。随着人工智能等相关技术的不断发展,一批性能好、实用性高和功能丰富的AUV 相继研发,如美国的Bluefin系列。我国的AUV 研究也快速发展,首台千米级AUV 在各科研单位的共同努力下研发出来,在此基础上,我国与俄罗斯联合研发首台6 000米级深海AUV,并成功应用于太平洋多金属结核调查,标志着AUV 在深海中的应用成为现实。2021年由哈尔滨工程大学自主研发的“悟空”号航行器在马里亚纳海沟进行全海深实验,其下潜深度达10 896 m,创造AUV 深潜海试世界纪录,并获取深渊海底的珍贵信息。

“十二五”和“十三五”期间,沈阳自动化研究所自主研发“潜龙”系列和“探索”系列深海AUV 并投入实际应用,其中“潜龙”系列主要用于深海资源勘探[9],为我国深海资源的自主勘探掌握主动权。此外,沈阳自动化研究所首次利用自主研发的“探索4500” AUV 在北极实施中脊地形地貌勘探以及岩浆与热液活动研究等科学考察工作,为北极环境保护提供重要的海洋环境参数和科学支撑,具有极高的科学价值。

2.3 载人潜水器(HOV)

HOV 作为“国之重器”,其技术和性能都是最优的;因其可以近距离观察和人为控制,机动性、任务性和作业能力进一步加强,已逐步成为世界深远海探测和作业的主力深海装备之一。法国“鹦鹉螺”号和日本“深海6500”都已完成深海6 000 m 探测;目前世界上最先进的HOV 是美国“阿尔文”号,其相关技术最成熟、下潜次数最多,同时美国正在积极研发可下潜至6 500 m 的新一代HOV。2012年我国的“蛟龙”号在太平洋下潜最大深度达7 062 m,对我国HOV 事业的发展具有重要意义;我国“深海勇士”号可下潜4 500 m,各种系统和器件的自主研发率超过90%,对海洋装备科技国产化发挥重要作用;我国“奋斗者”号下潜最大深度达10 909 m,截至2021年已完成21次超万米的下潜作业,为我国全海深科学考察奠定坚实基础[10]。

深海作业型HOV 均配置先进的多功能机械手以及各种取样和潜钻等作业工具,更方便进行沉积物或岩石精准取样。我国的“蛟龙”号、“深海勇士”号和“奋斗者”号在深海科学考察中利用机械手等作业工具取得大量的深海海底资源样品,为深海资源调查提供有力支撑。

2.4 深海采矿车

1990年我国将相关金属资源的勘测和开发作为长远发展项目,相应的金属深海采矿车研发紧接其后。经过科研人员多年奋斗,我国深海采矿车从无到有、从样机到整机、从实验室到海试,体现我国对深海资源勘探和开发的决心和信心(表1)。

表1 国内深海采矿车发展历程Table 1 Development history of domestic deep-sea mining vehicles

自2001 年我国首次完成采矿车百米湖试到2016年和2018年“鲲龙500”多金属结核采矿车完成海试,不仅完成采矿车从湖试到海试的转变[11],采矿车的下潜深度、功能性、稳定性以及自主作业和定位能力也稳步提升,标志着我国的深海采矿车已具有自主的海底采集和作业能力,可以向更深更远的海洋进发。

2018—2021年我国的深海采矿车研制突飞猛进,不仅在采集重量上取得突破,还针对不同的矿产资源研发不同的采矿车,同时可与HOV 联合作业,实现深海采矿车的智能化和功能化,为我国深海资源开采奠定良好的基础。

3 《深海法》视角下深海资源调查的意义

《深海法》的颁布实施开启我国深海资源调查事业发展的新篇章,更有力地推动深海自然资源的永续利用与开发。《深海法》是保障人类共同利益、和平利用深海资源和共享深海科学技术的法律基础,为我国深海资源调查事业的发展提供顶层设计,使其有法可依、有章可循。

3.1 践行习近平生态文明思想

习近平生态文明思想立足我国国情,具有理论性、科学性和前瞻性,是马克思主义中国化的最新理论成果,进一步丰富和发展中国特色社会主义生态文明建设理论体系,是当前我国生态文明建设必须坚持的指导思想。在习近平生态文明思想指导下,我国从海洋生态环境保护国际合作的学习者、分享者、受益者,转变为全球海洋生态文明建设的重要参与者、贡献者和引领者,开创我国参与海洋生态环境国际合作的新天地。

《深海法》的目的就是保护海洋环境、促进海洋可持续发展和维护人类利益,其第三章规定深海调查开发、监测勘探应当运用先进技术,减少对海洋环境的破坏,进行必要的保护措施,保持海洋可持续发展和利用。《深海法》的实施是中国特色社会主义生态文明建设的重要成果,同时为其他国家提供重要的方法和经验借鉴。中国与国际社会共同解决世界范围的海洋生态问题,携手共建生态良好的地球美好家园。

3.2 海洋命运共同体理念下的海洋治理变革

海洋命运共同体是人类命运共同体理论的重要组成部分,体现中国的世界观和海洋观,其重点是合作、互利、共赢[12]。深海资源调查是海洋命运共同体理念的具体实践,是经略海洋的重要组成部分,是认识深海、探究深海、开发深海的重要途径。深海探索促进深海资源调查技术和装备研究,新技术、新装备不断应用于深海资源调查,并取得大量调查成果。

深海资源调查是推动海洋命运共同体理念下海洋治理变革的实际行动。为创新海洋治理模式以及引领全球海洋治理变革,我国需要积极参与深海科研项目等国际合作项目,与其他国家广泛开展国际交流及讨论。借助“一带一路”倡议契机,加强与沿线国家的技术交流,共同开展深海调查研究活动,构建广泛的利益共同体。发挥技术引领优势,推动发展中国家的技术能力建设,深化全球海洋合作伙伴关系。

3.3 推动可持续发展

1992年联合国环境与发展会议一致通过《里约环境与发展宣言》等规范条例,均以可持续发展原则为主旨。《深海法》的宗旨是保护国际海底区域的环境安全和资源可持续发展,维护人类共同继承财产和全人类的利益,其第一章至第六章均体现环境保护原则[13]。

深海资源调查主要利用先进技术预先采取手段,将发生环境污染的可能性降到最低,并尽量避免其他相关灾害的发生;承包者在合同获批后要按照合同及国家有关部门的要求对管理区域进行调研,确定环境基线,预测环境影响;承包者要确定和实施环境监测计划,留存相关数据;承包者必须采取手段保护管理区域内的生态环境,坚决维护可持续发展原则。

3.4 履行国际义务

1994年《联合国海洋法公约》签署生效以来,沿海国家积极参与各项金属勘探以及国际生物多样性等规则的制定和讨论。部分国家根据相关国际法进行国内深海立法,我国也积极推进《深海法》立法工作,《深海法》于2016年5月1日实施[14]。

我国是国际海底管理局批准矿区数量和类型最多的国家。国际海底资源是全世界人民的共同财产,深海资源调查具有公益性,相关国家在享有权利的同时也承担相应的义务,即向社会主体公开相关资料,为有意向在深海进行勘探、开采的实体提供参考意见。在《深海法》实施背景下的深海资源调查是推动建设新型国际关系的有利抓手,顺应当今时代发展趋势,具有鲜明的时代意义,充分展示中国在全球海洋治理体系中的智慧与责任担当。

4 结语

深海资源调查和勘探开发离不开科技和人才的支撑,深海资源调查装备的发展直接决定深海资源勘探开发活动的深度和精度。要强化可持续发展的人才队伍建设,使法律、经济、外交等专业与地质、生态、测绘等专业相互融合,为深海资源调查提供规范化流程,为完善深海法律法规做好技术储备。科研人员应积极关注和运用国内外深海资源调查的新技术,不断总结新装备的作业方法,使我国在低成本下大幅提高深海勘探调查的效率和准确率,获得良好的社会与经济效益。

深海是地球上最大的未知区域,蕴含满足人类长久生存和发展需求的各种资源。深海空间宽广、战略纵深巨大,世界海洋强国都对其产生浓厚兴趣。《深海法》的颁布实施为深海资源的可持续利用提供中国智慧和中国方案,为我国参与全球深海资源调查和开发奠定法理基础。