王芳 ,林群鋒 ,王藝菲 ,耿丞澤 ,高秀晶

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

0 引言

海洋是資源的寶庫(kù),富含礦物、油氣、生物資源,尤其是深海海底的資源更是無(wú)限。面對(duì)深海海底資源的巨大吸引力,深海資源調(diào)查成為各國(guó)優(yōu)先的研究方向,尤其是深海海底硫化物、多金屬結(jié)核、富鈷結(jié)殼等相關(guān)海洋資源調(diào)查項(xiàng)目是目前海洋科研的重點(diǎn)。2016年我國(guó)頒布實(shí)施《中華人民共和國(guó)深海海底區(qū)域資源勘探開發(fā)法》(以下簡(jiǎn)稱《深海法》),填補(bǔ)我國(guó)在深海資源勘探領(lǐng)域的法律空白,我國(guó)對(duì)深海海底區(qū)域資源勘探開發(fā)和調(diào)查的研究進(jìn)入新階段,深海高技術(shù)裝備在深海資源調(diào)查開發(fā)中的運(yùn)用也進(jìn)入新征程。

1 我國(guó)深海資源調(diào)查概述

20世紀(jì)70年代,我國(guó)初步在國(guó)際海底區(qū)域的深海開展資源調(diào)查和研究工作。1990年中國(guó)大洋礦產(chǎn)資源研究開發(fā)協(xié)會(huì)(以下簡(jiǎn)稱中國(guó)大洋協(xié)會(huì))成立,其目的在于開展海底資源開發(fā)活動(dòng),拓寬我國(guó)資源來源,提升深海高新技術(shù)的研究與應(yīng)用水平,堅(jiān)決維護(hù)我國(guó)在國(guó)際海底資源開發(fā)領(lǐng)域的權(quán)益,為全人類開發(fā)國(guó)際海底資源貢獻(xiàn)力量。

1991年經(jīng)聯(lián)合國(guó)批準(zhǔn),中國(guó)大洋協(xié)會(huì)正式登記注冊(cè),我國(guó)走在國(guó)際海底資源開發(fā)國(guó)家前列,同時(shí)在國(guó)際海底區(qū)域分配到15萬(wàn)km2的深海海洋開辟區(qū)[1]。1999年在完成開辟區(qū)50%的區(qū)域放棄義務(wù)后,中國(guó)大洋協(xié)會(huì)在該區(qū)域又獲得7.5萬(wàn)km2具有專屬勘探權(quán)和優(yōu)先商業(yè)開采權(quán)的多金屬結(jié)核礦區(qū),我國(guó)整體資源儲(chǔ)備大幅增加[2]。

1997年根據(jù)《聯(lián)合國(guó)海洋法公約》的相關(guān)規(guī)定,國(guó)際海底管理局批準(zhǔn)中國(guó)大洋協(xié)會(huì)在該金屬礦區(qū)開展長(zhǎng)達(dá)15年的勘探工作[3]。2001年中國(guó)大洋協(xié)會(huì)與國(guó)際海底管理局簽訂《勘探合同》,該合同的生效標(biāo)志著中國(guó)大洋協(xié)會(huì)從國(guó)際海底活動(dòng)的投資者向國(guó)際海底資源的勘探承包者和探索者轉(zhuǎn)變。2011年我國(guó)在印度洋獲得1 萬(wàn)km2的合同區(qū),2014年我國(guó)在東北太平洋獲得約3 000 km2的海底資源合同區(qū),使我國(guó)一躍成為世界首個(gè)在全球海底區(qū)域享有“三種資源、三塊礦區(qū)”的海洋大國(guó)[4]。2019年我國(guó)在西太平洋獲得7.4萬(wàn)km2的多金屬結(jié)核勘探合同區(qū)。截至2021年,中國(guó)大洋協(xié)會(huì)組織完成69次中國(guó)大洋航次,并積極參與國(guó)際海底資源爭(zhēng)取、國(guó)際海域權(quán)益維護(hù)、深海高新技術(shù)研發(fā)以及國(guó)際海域事務(wù)。

我國(guó)歷來對(duì)深海礦產(chǎn)開發(fā)和資源調(diào)查非常重視,制定一系列法律法規(guī)以及調(diào)查規(guī)范,如《中華人民共和國(guó)礦產(chǎn)資源法》《大洋多金屬結(jié)核礦產(chǎn)勘查規(guī)程》《中華人民共和國(guó)深海海底區(qū)域資源勘探開發(fā)法》《大洋資源調(diào)查術(shù)語(yǔ)》《大洋多金屬硫化物資源勘查規(guī)范》《大洋富鈷結(jié)殼資源勘查規(guī)程》,有力促進(jìn)我國(guó)深海資源調(diào)查技術(shù)發(fā)展和裝備能力建設(shè),積極高效地推動(dòng)深海資源調(diào)查的可持續(xù)高質(zhì)量發(fā)展。

2 我國(guó)深海調(diào)查裝備的發(fā)展

“十四五”規(guī)劃提出我國(guó)未來將在深海等技術(shù)前沿的研究領(lǐng)域支持相應(yīng)的國(guó)家重大海洋科學(xué)工程項(xiàng)目。深海資源的探索與利用已形成新興科研領(lǐng)域[5],了解深海、探索利用深海資源已上升為國(guó)家戰(zhàn)略。

水下機(jī)器人可以代替人類在極端水下環(huán)境和深遠(yuǎn)海環(huán)境下工作,可以作為勘測(cè)的載體探究人類未知地域,也可以實(shí)施水下作業(yè)以及減少工作人員的風(fēng)險(xiǎn)。隨著科技發(fā)展日新月異,水下機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)不斷突破,有效推動(dòng)水下機(jī)器人在復(fù)雜海洋環(huán)境觀測(cè)、深海資源探測(cè)等領(lǐng)域的應(yīng)用[6]。水下機(jī)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(cè)和作業(yè),依靠水面母船的零浮力臍帶電纜提供電力和信號(hào)發(fā)送,因此ROV的作業(yè)范圍有限,但數(shù)據(jù)可以實(shí)時(shí)傳輸,且作業(yè)能力及續(xù)航能力強(qiáng)。ROV 作為最早開發(fā)的水下機(jī)器人,與其他類型的水下機(jī)器人相比,其憑借開發(fā)成熟度和各項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)在深海資源調(diào)查中有著不可代替的優(yōu)勢(shì)。

自1953年第一臺(tái)無(wú)人遙控潛水器問世,至今已發(fā)展69年,ROV 研發(fā)制造商已有上百家,各種功能的ROV 接連問世。美國(guó)和日本是最早研究ROV的國(guó)家,在ROV 的研發(fā)和應(yīng)用成熟度方面處于世界領(lǐng)先地位,已研發(fā)出潛深3 000～11 000 m 系列的ROV 深海裝備,如美國(guó)“海神”號(hào)和日本“海溝”號(hào)的潛深都可達(dá)上萬(wàn)米,且能夠在深海和惡劣條件下順利完成水下調(diào)查等各項(xiàng)任務(wù)[7]。20世紀(jì)80年代初,“海人一號(hào)”的問世標(biāo)志我國(guó)具有自主研發(fā)水下機(jī)器人的技術(shù)。近20年來,我國(guó)在ROV 研制方面迎頭趕上,哈爾濱工程大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院、上海交通大學(xué)等一大批高校和科研院所參與研發(fā)性能更強(qiáng)的ROV,其中操作級(jí)ROV “海馬”號(hào)在海底深處完成冷泉探測(cè)、氣體收集和水底生物抓取等重要科研項(xiàng)目。隨著對(duì)深海的不斷探究,“發(fā)現(xiàn)”號(hào)和“海龍”號(hào)等系列ROV 深海裝備被應(yīng)用到深海資源調(diào)查,在深海資源調(diào)查任務(wù)中成為主力勘探作業(yè)裝備,在作業(yè)的同時(shí)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(duì)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(jù)規(guī)劃智能化自主航行,且執(zhí)行任務(wù)的活動(dòng)范圍廣,具有良好的機(jī)動(dòng)性;但也因能源的限制,AUV 的作業(yè)時(shí)間較短,且作業(yè)能力相對(duì)不足。AUV 因具有良好的機(jī)動(dòng)性和自主性,成為深海探測(cè)和作業(yè)中不可缺少的裝備。

20 世紀(jì)50 年代,美國(guó)牛頓大學(xué)研發(fā)的“SPURV”是目前能夠考證到的最早AUV。隨著人工智能等相關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展,一批性能好、實(shí)用性高和功能豐富的AUV 相繼研發(fā),如美國(guó)的Bluefin系列。我國(guó)的AUV 研究也快速發(fā)展,首臺(tái)千米級(jí)AUV 在各科研單位的共同努力下研發(fā)出來,在此基礎(chǔ)上,我國(guó)與俄羅斯聯(lián)合研發(fā)首臺(tái)6 000米級(jí)深海AUV,并成功應(yīng)用于太平洋多金屬結(jié)核調(diào)查,標(biāo)志著AUV 在深海中的應(yīng)用成為現(xiàn)實(shí)。2021年由哈爾濱工程大學(xué)自主研發(fā)的“悟空”號(hào)航行器在馬里亞納海溝進(jìn)行全海深實(shí)驗(yàn),其下潛深度達(dá)10 896 m,創(chuàng)造AUV 深潛海試世界紀(jì)錄,并獲取深淵海底的珍貴信息。

“十二五”和“十三五”期間,沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所自主研發(fā)“潛龍”系列和“探索”系列深海AUV 并投入實(shí)際應(yīng)用,其中“潛龍”系列主要用于深海資源勘探[9],為我國(guó)深海資源的自主勘探掌握主動(dòng)權(quán)。此外,沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所首次利用自主研發(fā)的“探索4500” AUV 在北極實(shí)施中脊地形地貌勘探以及巖漿與熱液活動(dòng)研究等科學(xué)考察工作,為北極環(huán)境保護(hù)提供重要的海洋環(huán)境參數(shù)和科學(xué)支撐,具有極高的科學(xué)價(jià)值。

2.3 載人潛水器(HOV)

HOV 作為“國(guó)之重器”,其技術(shù)和性能都是最優(yōu)的;因其可以近距離觀察和人為控制,機(jī)動(dòng)性、任務(wù)性和作業(yè)能力進(jìn)一步加強(qiáng),已逐步成為世界深遠(yuǎn)海探測(cè)和作業(yè)的主力深海裝備之一。法國(guó)“鸚鵡螺”號(hào)和日本“深海6500”都已完成深海6 000 m 探測(cè);目前世界上最先進(jìn)的HOV 是美國(guó)“阿爾文”號(hào),其相關(guān)技術(shù)最成熟、下潛次數(shù)最多,同時(shí)美國(guó)正在積極研發(fā)可下潛至6 500 m 的新一代HOV。2012年我國(guó)的“蛟龍”號(hào)在太平洋下潛最大深度達(dá)7 062 m,對(duì)我國(guó)HOV 事業(yè)的發(fā)展具有重要意義;我國(guó)“深海勇士”號(hào)可下潛4 500 m,各種系統(tǒng)和器件的自主研發(fā)率超過90%,對(duì)海洋裝備科技國(guó)產(chǎn)化發(fā)揮重要作用;我國(guó)“奮斗者”號(hào)下潛最大深度達(dá)10 909 m,截至2021年已完成21次超萬(wàn)米的下潛作業(yè),為我國(guó)全海深科學(xué)考察奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)[10]。

深海作業(yè)型HOV 均配置先進(jìn)的多功能機(jī)械手以及各種取樣和潛鉆等作業(yè)工具,更方便進(jìn)行沉積物或巖石精準(zhǔn)取樣。我國(guó)的“蛟龍”號(hào)、“深海勇士”號(hào)和“奮斗者”號(hào)在深?？茖W(xué)考察中利用機(jī)械手等作業(yè)工具取得大量的深海海底資源樣品,為深海資源調(diào)查提供有力支撐。

2.4 深海采礦車

1990年我國(guó)將相關(guān)金屬資源的勘測(cè)和開發(fā)作為長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展項(xiàng)目,相應(yīng)的金屬深海采礦車研發(fā)緊接其后。經(jīng)過科研人員多年奮斗,我國(guó)深海采礦車從無(wú)到有、從樣機(jī)到整機(jī)、從實(shí)驗(yàn)室到海試,體現(xiàn)我國(guó)對(duì)深海資源勘探和開發(fā)的決心和信心(表1)。

表1 國(guó)內(nèi)深海采礦車發(fā)展歷程Table 1 Development history of domestic deep-sea mining vehicles

自2001 年我國(guó)首次完成采礦車百米湖試到2016年和2018年“鯤龍500”多金屬結(jié)核采礦車完成海試,不僅完成采礦車從湖試到海試的轉(zhuǎn)變[11],采礦車的下潛深度、功能性、穩(wěn)定性以及自主作業(yè)和定位能力也穩(wěn)步提升,標(biāo)志著我國(guó)的深海采礦車已具有自主的海底采集和作業(yè)能力,可以向更深更遠(yuǎn)的海洋進(jìn)發(fā)。

2018—2021年我國(guó)的深海采礦車研制突飛猛進(jìn),不僅在采集重量上取得突破,還針對(duì)不同的礦產(chǎn)資源研發(fā)不同的采礦車,同時(shí)可與HOV 聯(lián)合作業(yè),實(shí)現(xiàn)深海采礦車的智能化和功能化,為我國(guó)深海資源開采奠定良好的基礎(chǔ)。

3 《深海法》視角下深海資源調(diào)查的意義

《深海法》的頒布實(shí)施開啟我國(guó)深海資源調(diào)查事業(yè)發(fā)展的新篇章,更有力地推動(dòng)深海自然資源的永續(xù)利用與開發(fā)?！渡詈７ā肥潜Ｕ先祟惞餐?、和平利用深海資源和共享深?？茖W(xué)技術(shù)的法律基礎(chǔ),為我國(guó)深海資源調(diào)查事業(yè)的發(fā)展提供頂層設(shè)計(jì),使其有法可依、有章可循。

3.1 踐行習(xí)近平生態(tài)文明思想

習(xí)近平生態(tài)文明思想立足我國(guó)國(guó)情,具有理論性、科學(xué)性和前瞻性,是馬克思主義中國(guó)化的最新理論成果,進(jìn)一步豐富和發(fā)展中國(guó)特色社會(huì)主義生態(tài)文明建設(shè)理論體系,是當(dāng)前我國(guó)生態(tài)文明建設(shè)必須堅(jiān)持的指導(dǎo)思想。在習(xí)近平生態(tài)文明思想指導(dǎo)下,我國(guó)從海洋生態(tài)環(huán)境保護(hù)國(guó)際合作的學(xué)習(xí)者、分享者、受益者,轉(zhuǎn)變?yōu)槿蚝Ｑ笊鷳B(tài)文明建設(shè)的重要參與者、貢獻(xiàn)者和引領(lǐng)者,開創(chuàng)我國(guó)參與海洋生態(tài)環(huán)境國(guó)際合作的新天地。

《深海法》的目的就是保護(hù)海洋環(huán)境、促進(jìn)海洋可持續(xù)發(fā)展和維護(hù)人類利益,其第三章規(guī)定深海調(diào)查開發(fā)、監(jiān)測(cè)勘探應(yīng)當(dāng)運(yùn)用先進(jìn)技術(shù),減少對(duì)海洋環(huán)境的破壞,進(jìn)行必要的保護(hù)措施,保持海洋可持續(xù)發(fā)展和利用?！渡詈７ā返膶?shí)施是中國(guó)特色社會(huì)主義生態(tài)文明建設(shè)的重要成果,同時(shí)為其他國(guó)家提供重要的方法和經(jīng)驗(yàn)借鑒。中國(guó)與國(guó)際社會(huì)共同解決世界范圍的海洋生態(tài)問題,攜手共建生態(tài)良好的地球美好家園。

3.2 海洋命運(yùn)共同體理念下的海洋治理變革

海洋命運(yùn)共同體是人類命運(yùn)共同體理論的重要組成部分,體現(xiàn)中國(guó)的世界觀和海洋觀,其重點(diǎn)是合作、互利、共贏[12]。深海資源調(diào)查是海洋命運(yùn)共同體理念的具體實(shí)踐,是經(jīng)略海洋的重要組成部分,是認(rèn)識(shí)深海、探究深海、開發(fā)深海的重要途徑。深海探索促進(jìn)深海資源調(diào)查技術(shù)和裝備研究,新技術(shù)、新裝備不斷應(yīng)用于深海資源調(diào)查,并取得大量調(diào)查成果。

深海資源調(diào)查是推動(dòng)海洋命運(yùn)共同體理念下海洋治理變革的實(shí)際行動(dòng)。為創(chuàng)新海洋治理模式以及引領(lǐng)全球海洋治理變革,我國(guó)需要積極參與深?？蒲许?xiàng)目等國(guó)際合作項(xiàng)目,與其他國(guó)家廣泛開展國(guó)際交流及討論。借助“一帶一路”倡議契機(jī),加強(qiáng)與沿線國(guó)家的技術(shù)交流,共同開展深海調(diào)查研究活動(dòng),構(gòu)建廣泛的利益共同體。發(fā)揮技術(shù)引領(lǐng)優(yōu)勢(shì),推動(dòng)發(fā)展中國(guó)家的技術(shù)能力建設(shè),深化全球海洋合作伙伴關(guān)系。

3.3 推動(dòng)可持續(xù)發(fā)展

1992年聯(lián)合國(guó)環(huán)境與發(fā)展會(huì)議一致通過《里約環(huán)境與發(fā)展宣言》等規(guī)范條例,均以可持續(xù)發(fā)展原則為主旨。《深海法》的宗旨是保護(hù)國(guó)際海底區(qū)域的環(huán)境安全和資源可持續(xù)發(fā)展,維護(hù)人類共同繼承財(cái)產(chǎn)和全人類的利益,其第一章至第六章均體現(xiàn)環(huán)境保護(hù)原則[13]。

深海資源調(diào)查主要利用先進(jìn)技術(shù)預(yù)先采取手段,將發(fā)生環(huán)境污染的可能性降到最低,并盡量避免其他相關(guān)災(zāi)害的發(fā)生;承包者在合同獲批后要按照合同及國(guó)家有關(guān)部門的要求對(duì)管理區(qū)域進(jìn)行調(diào)研,確定環(huán)境基線,預(yù)測(cè)環(huán)境影響;承包者要確定和實(shí)施環(huán)境監(jiān)測(cè)計(jì)劃,留存相關(guān)數(shù)據(jù);承包者必須采取手段保護(hù)管理區(qū)域內(nèi)的生態(tài)環(huán)境,堅(jiān)決維護(hù)可持續(xù)發(fā)展原則。

3.4 履行國(guó)際義務(wù)

1994年《聯(lián)合國(guó)海洋法公約》簽署生效以來,沿海國(guó)家積極參與各項(xiàng)金屬勘探以及國(guó)際生物多樣性等規(guī)則的制定和討論。部分國(guó)家根據(jù)相關(guān)國(guó)際法進(jìn)行國(guó)內(nèi)深海立法,我國(guó)也積極推進(jìn)《深海法》立法工作,《深海法》于2016年5月1日實(shí)施[14]。

我國(guó)是國(guó)際海底管理局批準(zhǔn)礦區(qū)數(shù)量和類型最多的國(guó)家。國(guó)際海底資源是全世界人民的共同財(cái)產(chǎn),深海資源調(diào)查具有公益性,相關(guān)國(guó)家在享有權(quán)利的同時(shí)也承擔(dān)相應(yīng)的義務(wù),即向社會(huì)主體公開相關(guān)資料,為有意向在深海進(jìn)行勘探、開采的實(shí)體提供參考意見。在《深海法》實(shí)施背景下的深海資源調(diào)查是推動(dòng)建設(shè)新型國(guó)際關(guān)系的有利抓手,順應(yīng)當(dāng)今時(shí)代發(fā)展趨勢(shì),具有鮮明的時(shí)代意義,充分展示中國(guó)在全球海洋治理體系中的智慧與責(zé)任擔(dān)當(dāng)。

4 結(jié)語(yǔ)

深海資源調(diào)查和勘探開發(fā)離不開科技和人才的支撐,深海資源調(diào)查裝備的發(fā)展直接決定深海資源勘探開發(fā)活動(dòng)的深度和精度。要強(qiáng)化可持續(xù)發(fā)展的人才隊(duì)伍建設(shè),使法律、經(jīng)濟(jì)、外交等專業(yè)與地質(zhì)、生態(tài)、測(cè)繪等專業(yè)相互融合,為深海資源調(diào)查提供規(guī)范化流程,為完善深海法律法規(guī)做好技術(shù)儲(chǔ)備?？蒲腥藛T應(yīng)積極關(guān)注和運(yùn)用國(guó)內(nèi)外深海資源調(diào)查的新技術(shù),不斷總結(jié)新裝備的作業(yè)方法,使我國(guó)在低成本下大幅提高深?？碧秸{(diào)查的效率和準(zhǔn)確率,獲得良好的社會(huì)與經(jīng)濟(jì)效益。

深海是地球上最大的未知區(qū)域,蘊(yùn)含滿足人類長(zhǎng)久生存和發(fā)展需求的各種資源。深海空間寬廣、戰(zhàn)略縱深巨大,世界海洋強(qiáng)國(guó)都對(duì)其產(chǎn)生濃厚興趣。《深海法》的頒布實(shí)施為深海資源的可持續(xù)利用提供中國(guó)智慧和中國(guó)方案,為我國(guó)參與全球深海資源調(diào)查和開發(fā)奠定法理基礎(chǔ)。