Was ist „Blue Starfish“? Vorstellung der treibenden Sea Steam Interface Boje „Blue Star“

1. Einführung in die treibende Luft-Meer-Schnittstellenboje

Die treibenden Bojen der „Blue Star“-Serie an der Luft-Meer-Grenzfläche sind das erste „miniaturisierte, leichte und intelligente“ treibende Beobachtungssystem, das vom Forschungsteam des National Marine Technology Center erfolgreich entwickelt wurde und auf dem neuen Konzept der „kostengünstigen, gerasterten und globalisierten“ Beobachtung der Luft-Meer-Grenzfläche basiert. Mit ihr können kostengünstig vernetzte Beobachtungen meteorologischer und hydrologischer Profildaten in einer Höhe von 3 Metern über der Meeresoberfläche driftend durchgeführt werden, wobei die Kosten etwa ein Dreißigstel der Kosten einer in der Tiefsee verankerten Boje betragen. Es hat die Art und Weise der Messung der Luft-Meer-Grenzfläche revolutioniert, verfügt über das Potenzial für globale Beobachtungen der Meereswirtschaft, besitzt völlig unabhängige Rechte am geistigen Eigentum und ist ein internationales Spitzenunternehmen auf diesem Gebiet.

Die treibende Boje an der Luft-Meer-Grenzfläche wurde als Hauptbeobachtungsgerät in relevante Meeresprojekte in meinem Land und in das vom Ministerium für natürliche Ressourcen initiierte internationale Programm zur gitterförmigen Beobachtung der globalen Luft-Meer-Grenzfläche integriert. Es wurde auch vom Ministerium für natürliche Ressourcen in Betrieb genommen. Dieser Schritt wird die operativen Beobachtungen meines Landes in der Tiefsee und den Polargebieten, die wissenschaftliche Forschung und den Meeresumweltschutz erheblich verbessern, das potenzielle Risiko eines Datenverlusts an der globalen Luft-Meer-Grenzfläche beseitigen, die Ausweitung der Beobachtungen meines Landes an der Luft-Meer-Grenzfläche auf globale Gewässer fördern und die Fähigkeiten meines Landes zur globalen Meeresbeobachtung und -verwaltung verbessern.

Abbildung 1: Schematische Darstellung der Struktur der treibenden Boje an der Luft-Meer-Grenzfläche (links) und Feldbeobachtungskarte (rechts)

2. Durchbruch bei wichtigen Kerntechnologien und Erreichen der internationalen Führungsposition

Mit der Unterstützung von mehr als 20 Projekten, darunter dem zentralen F&E-Plan des Ministeriums für Wissenschaft und Technologie, dem wissenschaftlichen und technologischen Durchbruchsprojekt des Ministeriums für Industrie und Informationstechnologie, der Vorforschung für Ausrüstung und Entwicklung des 13. Fünfjahresplans der Zentralen Militärkommission, der Vorforschung für die Marine des 13. Fünfjahresplans, dem „Aoshan Science and Technology Innovation Plan“ des Laoshan-Labors und den Geschäftsprojekten des Ministeriums für natürliche Ressourcen, hat das wissenschaftliche Forschungsteam des Zentrums im Laufe der Jahre sukzessive Durchbrüche in vielen Schlüsseltechnologien erzielt.

(1) Ein Durchbruch in der Technologie zur langfristigen Zuverlässigkeit und Lagestabilität kleiner einsäuliger Strukturen unter komplexen und rauen Seebedingungen.

Es werden Untersuchungen zur strukturellen Zuverlässigkeit und Lagestabilität kleiner, schlanker Einsäulenplattformen unter komplexen Meeresbedingungen mit gekoppelten Wind-, Wellen- und Strömungsverhältnissen durchgeführt und ein Bewegungsreaktionsmodell sowie ein Spannungscharakteristikmodell zwischen den strukturellen Eigenschaften der Plattform und der Umgebung erstellt. Es wurden Durchbrüche bei der strukturellen Zuverlässigkeit und Lagestabilität kleiner, schlanker Einsäulenplattformen bei vorübergehenden Stößen sowie bei der langfristigen Widerstandsfähigkeit gegenüber schweren Seebedingungen und Materialermüdung erzielt. Es werden 15 Monate Ozeanbeobachtungen und 12 Monate Polarbeobachtungen durchgeführt, sowie genaue und stabile Messungen während eines Supertaifuns der Kategorie 17, was die Möglichkeiten zur mehrjährigen Beobachtung treibender Bojen an der Luft-Meer-Grenzfläche in den Weltmeeren verbessern wird.

(2) Bei der Forschung und Entwicklung einer Reihe von Miniatursensoren für Meteorologie und Hydrologie und ihrer hochzuverlässigen und hochintegrierten integrierten Anwendungstechnologien wurde ein Durchbruch erzielt.

Angesichts der gegenseitigen Beeinflussung zwischen dem Multisensor-Layout und der kleinen und leichten Plattform konzentrierten wir uns auf die Schlüsseltechnologieforschung in den Bereichen Strukturdesign, Messung und Online-Qualitätskontrollalgorithmus, Hauptsteuerungssystem von Instrumenten zur Messung von mikroatmosphärischem Wind, Temperatur, Feuchtigkeit und Druck, hochempfindliche Wassertemperatursensoren in Sondenform und miniaturisierte Wellenmessgeräte sowie die Forschung zum hochintegrierten Design mit der treibenden Bojenplattform für die Schnittstelle zwischen Meer und Luft. Wir haben Durchbrüche beim leichten und widerstandsarmen Design von 3 Meter hohen meteorologischen Messsensoren erzielt und so den Einfluss der Sensoren auf die schwankende Haltung und die strukturellen Eigenschaften der Bojenplattform unter Bedingungen mit großem Kraftarm reduziert. Wir haben Durchbrüche beim hochintegrierten Design meteorologischer und hydrologischer Sensoren und Bojenplattformen erzielt, wodurch die Messsicherheit und -genauigkeit der Boje im schwankenden Zustand gewährleistet und die Beobachtungswirksamkeit der treibenden See-Luft-Grenzfläche unter komplexen Seebedingungen verbessert wird. Auf einer kleinen und leichten Plattform mit einem Gewicht von 33,6 kg ist eine genaue Erfassung von Parametern wie Windgeschwindigkeit, Windrichtung, Lufttemperatur, Luftdruck, relativer Luftfeuchtigkeit, Meeresoberflächentemperatur, Strömungsgeschwindigkeit, Strömungsrichtung, Wellenhöhe, Wellenrichtung und Wellenperiode sowie eine präzise Berechnung der fühlbaren Wärme, der latenten Wärme und des Impulsflusses zwischen See- und Luftströmungen möglich.

(3) Kleinskalige „Licht-Wellen-Chemie“-Multi-Energie-Komplementarität und diversifizierte stabile Energiespeicher- und -versorgungstechnologie mit hoher Dichte.

Um die Nachhaltigkeit und hohe Leistung der mehrkompositen Umweltenergiesammlung aus Sonnenenergie und Wellenenergie unter komplexen Meeresbedingungen sicherzustellen, liegt der Schwerpunkt auf der Lösung der Probleme der Miniaturisierung, des geringen Gewichts und der hochdichten Konstruktion von zusammengesetzten Energiesammelgeräten für kleine treibende Plattformen. Es wurden Durchbrüche in der hochintegrierten Technologie von Dünnschicht-Solarchips und Bojenkörpern, der Dual-Mode-Energiegewinnung durch Wellenenergieschütteln und vertikales Schwingen sowie der Dual-Mode-Transduktions-Wellenenergiegewinnungstechnologie durch Aufwärtskonvertierung mittels piezoelektrisch-elektromagnetischer Kopplung erzielt. Auf begrenztem Raum wurde eine hocheffiziente Energiegewinnung und hochdichte Energieumwandlung komplexer zufälliger Wellenbewegungen erreicht. Die dynamische Modellforschung und der strukturelle Entwurf des Dualmodus-Energieerfassungsmechanismus wurden durchgeführt, die MEMS-Prozessentwicklung des angeordneten piezoelektrischen Übertragungsmechanismus wurde durchgeführt und die Aufwärtskonvertierungskopplungsmechanismusanalyse und strukturelle Optimierung des vertikalen Schwingenergieerfassungsmechanismus wurden durchgeführt. Die Probleme der effizienten Energieverwaltung, Speicherung und kontinuierlichen und stabilen Stromversorgung im Prozess der Komplementarität mehrerer Energieträger wurden gelöst, um die Energiegewinnung und die Effizienz der Stromversorgung zu maximieren.

3. Durchbruch bei den operativen Beobachtungsfähigkeiten und Entwicklung eines globalen Beobachtungslayouts

Bisher wurden über 100 Sätze von Beobachtungen der Grenzfläche zwischen Luft und Meer mithilfe von treibenden Bojen durchgeführt und über 20 Einheiten haben die Daten und die Ausrüstung eingesetzt. Es wurden drei Vor-Ort-Vergleiche mit Ankerbojen nach internationalem Standard durchgeführt und die Qualität der Beobachtungsdaten hat ein international fortgeschrittenes Niveau erreicht. Mit innovativen Anwendungsmethoden hat es Chinas 35., 36. und 37. wissenschaftliche Expedition in die Antarktis, in den Westpazifik, die Kuroshio-Erweiterung, Supertaifune, mesoskalige Wirbel und andere Anwendungen für driftende Netzwerke abgeschlossen. Der Beobachtungsbereich umfasst die Küstengewässer meines Landes, den Äquatorialpazifik, das Warmwasserbecken im Westpazifik, die Kuroshio-Ausdehnung, das Japanische Meer, den Indischen Ozean, den antarktischen Westgürtel und andere globale Ozeane in hohen, mittleren und niedrigen Breiten sowie die Luzonstraße, die Diaoyu-Inseln, die Huangyan-Insel, die Tsushima-Straße, die Taiwanstraße und andere verschiedene Meerengen und wichtige Gebiete. Detaillierte Beobachtung.

Die Beobachtungsmethode mit treibenden Bojen an der Luft-Meer-Grenzfläche wird von in- und ausländischen Experten auf dem Gebiet der Beobachtung der Luft-Meer-Grenzfläche anerkannt und die Beobachtungsdaten wurden von zahlreichen wissenschaftlichen Forschungsinstituten im In- und Ausland ausgewertet und angewendet. Die Beobachtungsdaten sind genau und zuverlässig und erreichen ein internationales Spitzenniveau. Die Instrumente und Geräte arbeiten stabil und verfügen über das Potenzial für operative Beobachtungen in globalen Gewässern. Experten des Zentrums veröffentlichten auf der Weltbeobachtungskonferenz (OceanObs‘19) ein Beobachtungs-Weißbuch, in dem sie den Einsatz von treibenden Bojen an der Luft-Meer-Grenzfläche als neues Mittel zur Beobachtung der Luft-Meer-Grenzfläche befürworteten und das Driftbeobachtungsprogramm der Luft-Meer-Grenzfläche leiteten.

Derzeit werden treibende Bojen an der Schnittstelle zwischen Luft und Meer von Einheiten des Ministeriums für natürliche Ressourcen eingesetzt, um operative Beobachtungen in den Ozeanen und Polarregionen durchzuführen. von Forschungsinstituten wie der Ocean University of China, der Hohai University, China Shipbuilding und der National University of Defense Technology, um wissenschaftliche Beobachtungen durchzuführen; und von mehreren Militärabteilungen wie dem Naval Research Institute, der Sea Cucumber Naval Command and Support Brigade und den Northern und Southern Theater Navyes, um den Schutz der Meeresumwelt für große Seemissionen zu gewährleisten. Über die entsprechenden Anwendungen wurde in maßgeblichen nationalen Medien wie CCTV News, People's Daily und der Nachrichtenagentur Xinhua ausführlich berichtet, und sie hatten eine positive gesellschaftliche Wirkung.

Abbildung 2 Bereitstellungsanwendung im Nordwestpazifik

Abbildung 3 Einsatz im antarktischen Westgürtel

Abbildung 4 Globale Einsatz- und Anwendungsentwicklung von treibenden Bojen an der Luft-Meer-Grenzfläche

Abbildung 5 Einige maßgebliche Medienberichte