Das Forschungsschiff „Science“: Ein mobiles Labor auf See in der Tiefsee

Produziert von: Science Popularization China

Autor: Jiang Ruhan und Wang Min (Institut für Ozeanologie, Chinesische Akademie der Wissenschaften)

Hersteller: China Science Expo

In den Himmel, in die Erde und ins Meer aufzusteigen, ist der gemeinsame Traum der gesamten Menschheit. Der Ozean ist das größte Gebiet der Erde, aber auch das Gebiet, das der Menschheit am wenigsten bekannt ist. Unser Erkundungs- und Forschungsgebiet der Ozeane umfasst nur etwa 5 % des gesamten Ozeans, was unserem Verständnis des Weltraums unterlegen ist.

Ohne moderne Meeresausrüstung ist die Erkundung und Erforschung der Ozeane vergeblich. Von Zheng Hes Reisen in den Westen und Kolumbus‘ Beginn des Zeitalters der Entdeckungen bis hin zur weltweiten Ozeanexpedition der britischen Challenger, den Tiefseeerkundungen des bemannten Tauchboots Alvin und der erfolgreichen Landung der Struggler auf dem Grund des Marianengrabens hat die Menschheit nie aufgehört, die Ozeane zu erforschen.

Bemanntes Tauchboot „Struggler“ (Fotoquelle: China Shipbuilding Industry Corporation)

„Wenn Sie Ihre Arbeit gut machen wollen, müssen Sie zuerst Ihre Werkzeuge schärfen.“ Als wichtige Plattform für die Erforschung und Erforschung der Ozeane spielen wissenschaftliche Forschungsschiffe eine unersetzliche Rolle bei der umfassenden Erkundung und Erforschung der Ozeane. Der 18. Nationalkongress der Kommunistischen Partei Chinas traf wichtige strategische Vorkehrungen für den Aufbau einer starken Seefahrtsnation und leitete eine neue Ära der Entwicklung in der Meereswissenschaft und -technologie ein. Der 19. Nationalkongress der Kommunistischen Partei Chinas schlug vor, „eine koordinierte Entwicklung von Land und Meer aufrechtzuerhalten und den Aufbau einer starken Seefahrernation zu beschleunigen.“

Als wichtiges nationales Instrument für die Meeresforschung war das Forschungsschiff „Science“ Zeuge der glorreichen Reise der rasanten Entwicklung der Meereswissenschaften und -technologie meines Landes im neuen Zeitalter und hat ein neues Kapitel in der Reise durch die herrliche Tiefsee und den Ozean geschrieben.

Videoquelle: Institut für Ozeanologie, Chinesische Akademie der Wissenschaften, Bearbeitung: Impressions of the Sea von China Science and Technology

Die „Science“ segelt durch die Wellen (Bildnachweis: Institut für Ozeanologie, Chinesische Akademie der Wissenschaften)

1. Die Vergangenheit fortführen und in die Zukunft blicken: Das wissenschaftliche Forschungsschiff „Changzi“ der neuen Ära

Bevor die „Science“ in Dienst gestellt wurde, gab es für die meereswissenschaftlichen Forschungsschiffe meines Landes kein spezielles Design. Der Bug war meist aufrecht oder gerade nach vorne geneigt und die Rümpfe waren relativ schlank. Bei den wissenschaftlichen Forschungsschiffen wie der „Venus“ und der „Science No. 1“ handelte es sich überwiegend um umgebaute Schiffe, und die Meeresforschung befand sich noch in der Phase der „Nutzung des Vorhandenen“.

Mit der kontinuierlichen Verbesserung der umfassenden nationalen Stärke meines Landes und der Entwicklung und Umsetzung der maritimen Machtstrategie sind höhere Anforderungen an die wissenschaftlichen Erkundungsfähigkeiten der Tiefsee gestellt worden. Um wissenschaftliche Tiefseeexpeditionen durchführen zu können, ist der Bau einer neuen Generation hochseetauglicher Forschungsschiffe für umfassende wissenschaftliche Zwecke immer dringlicher geworden. Vor diesem Hintergrund entstand die „Science“ und wurde zum „Wegbereiter“ der neuen Generation wissenschaftlicher Forschungsschiffe.

Nach den letzten Handgriffen ist die Wissenschaft startklar (Bildnachweis: Institut für Ozeanologie, Chinesische Akademie der Wissenschaften)

Während der Entwurfsphase gehörten dem Entwurfsteam Kapitäne und Wissenschaftler von wissenschaftlichen Forschungsschiffen mit umfassender Seefahrtserfahrung an, die den Bedarf an wissenschaftlicher Forschung vorschlugen. Das China Ship and Ocean Engineering Design and Research Institute wandelte diese Anforderungen in Schiffsparameter für die Konstruktion um und entwickelte schließlich eine Lösung vom Typ „kurz und breit“, die speziell für wissenschaftliche Tiefseeexpeditionen konzipiert wurde. Der Bau wurde 2010 von Wuchang Shipbuilding Heavy Industry Co., Ltd. begonnen und 2012 offiziell in Betrieb genommen.

Das Meeresforschungsschiff „Science“ gilt als „ältester Sohn“ der bahnbrechenden umfassenden Meereserkundungsschiffe des neuen China und trägt die Träume von Generationen chinesischer Meereswissenschaftler und -techniker in sich. Nachdem der „Kexue“ in Betrieb genommen wurde, wurde seine hervorragende Leistung von Branchenkennern einstimmig anerkannt. Anschließend wurden die Schwesterschiffe der „Kexue“ [1], wie die „Xiangyanghong 01“, „Xiangyanghong 03“ und „Dongfanghong 3“, nacheinander gebaut, vom Stapel gelassen und in Betrieb genommen und leisteten einen wichtigen Beitrag zur sprunghaften Verbesserung der Möglichkeiten meines Landes im Bereich der wissenschaftlichen Meeresforschung.

2. Hervorragende Leistung beim Bau eines Offshore-Wissenschaftslabors

Die „Science“ hat eine Gesamtlänge von 99,80 Metern, eine Breite von 17,80 Metern, einen Tiefgang von 8,90 Metern, eine Bruttotonnage von 4711, eine Reichweite von 15.000 Seemeilen, eine Kapazität von 80 Personen und verfügt über globale Navigations- und Allwetterbeobachtungsfunktionen, um den Anforderungen unbegrenzter Navigationsbereiche gerecht zu werden. Es ist das hinsichtlich seiner Gesamtleistung fortschrittlichste wissenschaftliche Forschungsschiff meines Landes.

Die „Science“ verwendet ein elektrisches Antriebssystem vom Pod-Typ, das mit zwei Bugstrahlrudern, einer 360-Grad-Panorama-Steuerplattform, einer unbemannten Kabine und einer Ein-Personen-Steuerbrücke ausgestattet ist. Das fortschrittliche elektrische Antriebssystem in Pod-Bauweise und zwei Bugstrahlruder bilden das erste dynamische Positionierungssystem DP-1 des Landes, das in wissenschaftlichen Forschungsschiffen eingesetzt wird. Es verfügt über eine hervorragende Manövrierfähigkeit und verbessert die Genauigkeit wissenschaftlicher Forschungsaktivitäten erheblich.

Das elektrische Antriebssystem der Science in Kapselform (Bildnachweis: Institut für Ozeanologie, Chinesische Akademie der Wissenschaften)

Um eine akustische Unterwasserortung durchführen zu können, wurde das Design des Wulstbugs der Science optimiert und dieser mit Hubflossen und Bugstrahlruder-Schlitzabdeckungen ausgestattet, um eine geräuscharme Umgebung für die akustische Ortung zu schaffen. Die „Science“ verfügt über ein Achterdeck von etwa 500 Quadratmetern, auf dem problemlos eine Vielzahl wissenschaftlicher Untersuchungsgeräte transportiert werden kann. Dies bietet mehr Möglichkeiten für wissenschaftliche Tiefseeexpeditionen und dient als Plattform für umfassende, multidisziplinäre Untersuchungstätigkeiten.

Der kabelgesteuerte Unterwasserroboter „Discovery“ transportierte die „Science“ (Fotoquelle: Institut für Ozeanologie, Chinesische Akademie der Wissenschaften)

Das Vorder- und das Hinterdeck bieten Platz für fünf Container, was die modulare Entwicklung wissenschaftlicher Untersuchungsgeräte effektiv fördert, die Zeit für die Schiffsvorbereitung und Inbetriebnahme der Geräte verkürzt und die Effizienz wissenschaftlicher Untersuchungen pro Zeiteinheit verbessert.

„Science“ integriert sieben Hauptsysteme, darunter ein Gewässererkennungssystem, ein Atmosphärenerkennungssystem, ein Meeresbodenerkennungssystem, ein Tiefsee-Extremumgebungserkennungssystem, ein Vor-Ort-Verifizierungssystem für Fernerkundungsinformationen, Schiffsexperimente und Schiffsnetzwerke. Es ist mit einer Vielzahl international führender Detektionsgeräte wie dem 4.500 Meter langen ROV „Discovery“ ausgestattet. Es verfügt über hochpräzise und umfassende Langzeitbeobachtungs-, Erkennungs-, Vor-Ort-Probenahme- und Analysefunktionen für dynamische Umgebungen, geologische Umgebungen, ökologische Umgebungen usw. und ist als „mobiles Labor auf See“ bekannt.

Schematische Darstellung des Borderkennungs- und Testsystems der „Science“ (Fotoquelle: Institut für Ozeanologie, Chinesische Akademie der Wissenschaften)

3. Ein starkes Team baut eine hochwertige Tiefsee-Vermessungsplattform

Im Gegensatz zu gewöhnlichen Schiffen[2] verfügt die Science über drei Abteilungen: die Decksabteilung, die Maschinenabteilung und das Bordlabor .

Die Deckabteilung ist wie das menschliche Gehirn. Es ist für die Formulierung und Ausführung der Navigationsanweisungen des Schiffes und die Mitwirkung bei der Durchführung meereswissenschaftlicher Untersuchungstätigkeiten verantwortlich. Es besteht aus dem Kapitän, dem Politkommissar, dem Ersten, Zweiten und Dritten Maat, den diensthabenden Matrosen und der Küchenabteilung.

Der Maschinenraum ist wie die Beine eines Menschen. Er befolgt die Navigationsanweisungen des Schiffs, stellt die Energie für die Navigation des Schiffs bereit und bietet Wartung und technischen Support für die mechanische und elektrische Ausrüstung des Schiffs. Es besteht aus dem Chefingenieur, dem zweiten Ingenieur, dem dritten Ingenieur, dem elektronischen und elektrischen Personal sowie den diensthabenden Mechanikern.

Das Schiffslabor ist wie die Hände eines Menschen. Um die wissenschaftliche Untersuchungsmission der Reise abzuschließen, ist man auf die fortschrittliche wissenschaftliche Untersuchungsausrüstung angewiesen, die die „Science“ an Bord hat. Es besteht aus dem leitenden Wissenschaftler, dem Leiter des Bordlabors, dem Ingenieur- und technischen Personal sowie den Mitgliedern der Seemannschaft.

Silhouetten verschiedener Abteilungen der „Wissenschaft“ (Fotoquelle: Institut für Ozeanologie, Chinesische Akademie der Wissenschaften)

Die wissenschaftliche Forschungsflotte des Instituts für Ozeanologie der Chinesischen Akademie der Wissenschaften war die erste, die den Slogan „Professionelle Leute leisten professionelle Arbeit in der Meeresforschung“ vorbrachte. Im Laufe der Jahre wurde ein wissenschaftliches Untersuchungsteam aufgebaut, das eng mit der Decksabteilung, der Maschinenabteilung und dem Bordlabor zusammenarbeitet und über ausgeprägte technische Fähigkeiten und einen harten Arbeitsstil verfügt. Es wurde ein effizienter Arbeitsmodus entwickelt, bei dem Ingenieure und technisches Personal die Bedienung der Untersuchungsgeräte und die grundlegenden Probenentnahmearbeiten während der wissenschaftlichen Untersuchung durchführen und die Wissenschaftler auf See mehr Energie in die Probenverarbeitung investieren und so solide technische Unterstützung für wissenschaftliche Meeresuntersuchungen und Explorationsforschung bieten.

Ein Gruppenfoto der Wissenschaftscrew (Fotoquelle: Institut für Ozeanologie, Chinesische Akademie der Wissenschaften)

4. Erfolgreiche Ergebnisse aus zehn Jahren Tiefseeforschung

In den vergangenen zehn Betriebsjahren hat das Forschungsschiff „Science“ eine Reihe bedeutender nationaler wissenschaftlicher Forschungsprojekte durchgeführt, wobei der Schwerpunkt auf der Erforschung der Tiefsee, wichtigen Kerntechnologien und wichtigen wissenschaftlichen Fragen lag. Es hat fast 50 Tiefsee-Erkundungsfahrten durchgeführt, den Äquator zehnmal überquert, mehr als 2.000 Tage sichere Navigation absolviert und mehr als 300.000 Seemeilen zurückgelegt. Es hat Dutzenden von Universitäten und Forschungsinstituten im ganzen Land mehr als 1.500 Reisen ermöglicht und eine wichtige meerestechnische Unterstützungsplattform für die Durchführung von Tiefseeforschung, die Wahrung nationaler Meeresrechte und -interessen sowie die Erkundung von Tiefseeressourcen bereitgestellt. Darüber hinaus hat es die meereswissenschaftlichen Untersuchungskapazitäten und das Forschungsniveau meines Landes an die Weltspitze gebracht.

Das Discovery ROV führt wissenschaftliche Tiefseeerkundungen durch (Bildnachweis: Institut für Ozeanologie, Chinesische Akademie der Wissenschaften)

Mithilfe des Forschungsschiffs „Science“ hat das Institut für Ozeanologie der Chinesischen Akademie der Wissenschaften die Führung beim Aufbau eines umfassenden Tiefsee-Erkundungs- und Forschungssystems von Weltklasse übernommen und Durchbrüche bei Schlüsseltechnologien erzielt, wie etwa der Fixpunkterkennung in 10.000 Metern Tiefsee, der Erkennung und Probenahme in 6.000 Metern Tiefsee, der Präzisionserkennung und Probenahme in 4.500 Metern Tiefsee, der Navigationserkennung von Gewässerprofilen in 1.000 Metern Tiefe, der Sedimentkernbohrung in 30 Metern Tiefsee und der Gesteinskernbohrung in 20 Metern Länge. Damit wurde das Ziel erreicht, „hinabzusteigen, klar zu sehen, abzubauen, genau zu messen, alle Funktionen zu haben und sich das leisten zu können“.

Zum ersten Mal wurde in China ein Erkennungstechnologiesystem etabliert, das „Makro und Mikro, Navigation und Fixpunkt, Gradient und In-situ“ kombiniert. Es ist in der Lage, eine dreidimensionale, synchrone und präzise umfassende Erkennung und Probenentnahme der Tiefseetopographie, der Meeresbodenumgebung und der Wasserumgebung durchzuführen. Die Auflösung der Erkennung der Topographie in der Tiefseenähe hat den Zentimeterbereich erreicht und den Sprung vom „Indoor-Simulationsexperiment → mobiles Meereslabor → Tiefsee-In-situ-Labor“ realisiert. Es wurden erfolgreich Tiefsee-Erkennungen in extremen Umgebungen, Tiefsee-Feldversuche, Meeresbodenkultivierungsexperimente und langfristige kontinuierliche Tiefsee-In-situ-Erkennungen durchgeführt, wodurch die wissenschaftliche Idee, „das Labor auf den Meeresboden zu verlegen“, verwirklicht wurde und die Tiefsee-Erkennungs- und Experimentierfähigkeiten meines Landes in die Reihen der fortschrittlichsten Länder der Welt geführt wurden.

Die „Science“ führt In-situ-Fixierungsexperimente an Tiefseeorganismen durch (Bildquelle: Institut für Ozeanologie, Chinesische Akademie der Wissenschaften)

Mit „Science“ als Plattform haben wir uns auf wichtige wissenschaftliche Fragen in den extremen Tiefseeumgebungen wie kalten Quellen, hydrothermalen Flüssigkeiten und Seebergen im Westpazifik konzentriert und eine Reihe origineller Ergebnisse und großer Durchbrüche erzielt. Wir haben das weltweit schwierige Problem der Echtzeitübertragung von Tiefseebojendaten überwunden und das weltweit größte Echtzeit-Beobachtungsnetzwerk für wissenschaftliche Untersuchungen im Westpazifik aufgebaut, wodurch die Tiefseeerkundung von der „Videowiedergabe“ zur „Live-Übertragung“ wurde.

Die von der Discovery fotografierten hydrothermalen Quellen am Meeresboden (Bildnachweis: Institut für Ozeanologie, Chinesische Akademie der Wissenschaften)

Es war das erste Projekt weltweit, das vor Ort Temperaturgradienten in Flüssigkeiten hydrothermaler Quellen ermittelte und Temperaturprofile von über 30 hydrothermalen Quellen erstellte (wobei die höchste Temperatur 383,3 °C betrug). Außerdem wurde erstmals „brennbares Eis“ auf dem Meeresboden in der Südlichen Hemisphäre entdeckt. Insgesamt wurden über 6.000 Proben von über 700 großen biologischen Tiefseearten gesammelt und eine neue Familie, eine neue Unterfamilie, 13 neue Gattungen und 128 neue Arten entdeckt. Es wurden mehr als 8.000 Stämme von Tiefseemikroorganismen (darunter 46 neue Bakterienarten) gewonnen. Bisher wurde in meinem Land die größte Bibliothek biologischer Tiefseeproben mit der größten Anzahl an Proben und Arten sowie die einzige lebende chemotrophe Tiefsee-Bibliothek biologischer Proben aufgebaut.

Von „Science“ gesammelte biologische Proben aus der Tiefsee (Bildnachweis: Institut für Ozeanologie, Chinesische Akademie der Wissenschaften)

Es wurden mehr als drei Tonnen geologischer Proben aus der Tiefsee gesammelt und die erste ultralange Sedimentsäulenprobe des Landes (16,01 Meter) mit Lage- und Orientierungsinformationen gewonnen, wodurch die Tiefseeforschung meines Landes an die Spitze der Welt gelangte.

Die „Science“ führt Tiefseebojen-Ausbringungsoperationen durch (Fotoquelle: Institut für Ozeanologie, Chinesische Akademie der Wissenschaften)

Auch die ozeanwissenschaftliche Expedition von „Science“ über den Äquator hat in der internationalen Gemeinschaft große Beachtung gefunden. Unter anderem berichtete und kommentierte das Magazin „Nature“ zweimal über „Science“ und die Verbesserung der wissenschaftlichen Meeresforschungskapazitäten meines Landes und lobte diese als „eine weitere Leistung 600 Jahre nach Zheng Hes Reise in den Westen“. Mithilfe der „Science“, einer nationalen Waffe, überquerten Wissenschaftler den Äquator und drangen in die Tiefsee vor, wobei sie ihr Verständnis des westlichen Pazifiks kontinuierlich erweiterten und sich in Richtung weiterer Meere bewegten.

Bemerkung:

[1] Ein Schwesterschiff ist ein Schiff des gleichen Typs oder einer nahezu identischen Konstruktion wie ein anderes Schiff. Die Schiffe hatten einen nahezu identischen Rumpf- und Aufbauaufbau, eine ähnliche Verdrängung und im Großen und Ganzen die gleiche Ausstattung und Ausrüstung.

[2] Frachtschiffe sind üblicherweise in den Decksabschnitt und den Maschinenraumabschnitt unterteilt.