前進海底探險!帶你搶先看海研生力軍「新海研 1、2、3 號」!

因應海洋研究需求,科技部繼 9.5 億打造「勵進」研究船後,今年底、明年初又有三艘 16 億的研究船「新海研 1 號、2 號、3 號」,投入海洋研究的行列,預備接替服務 30 年老船的「海研一、二、三號」任務,組成新的海研船隊。

三艘海上尋寶船,居然能開拓疆土?

新海研 1 號全長 66 公尺、2200 噸,未來由臺灣大學營運管理,主要跑遠程航線;新海研 2 號與新海研 3 號體型稍小,全長 40 公尺、800 噸,由臺灣海洋大學及中山大學管理,分別會跑東海與南海航線。

新海研 3 號(前)與新海研 2 號(後)在今年 9、10 月陸續驗收,最快會在今年底舉行交船典禮。圖片提供/張詠斌

可別把海研船想得跟漁船、貨船一樣喔!海研船載著先進的儀器,就像是海上的「尋寶船」,可以藉由聲納、岩芯採樣等設備,來發掘海底的「寶物」、揭開海平面下的秘密,無論是對天然海底資源的開採,或是海軍潛艦攻擊與防衛皆很重要。

更厲害的是,海研船甚至能為國家擴大「海權」呢!

根據《聯合國海洋法公約》規定:如果沿海國的陸地領土有自然延伸的海床和底土範圍(大陸棚範圍),就算超過 200 海哩的專屬經濟區 (EEZ),該國仍有海底資源開發權。

中山大學海洋科學院副教授張詠斌表示,這項規定讓各國無不卯足力量,證實鄰海附近的大陸棚與本國領土相連,正因如此,備有探測聲納裝備的研究船在他國附近海域就非常敏感。

2012 年日本就曾向聯合國申請擴大 31 萬平方公里的大陸棚面積,相當於其國土的 82%,大大增加日本對海域探勘與資源開採權,可是讓韓國、中國氣得跳腳呢註1

好的,現在知道「海研船」的厲害了吧!在「新海研 1 號、2 號、3 號」還沒正式開啟科研任務前,泛科學先帶大家到臺灣國際造船(臺船)的基隆廠區,瞧瞧新船的模樣,搶先一看新船的儀器設備。

臺船基隆廠廠區一個個棚子都是造船的生產線。圖片拍攝/簡鈺璇

海研船底的秘密:各式昂貴的聲納儀器

走進基隆廠區內,從鋼材切割、加工組裝、焊接,加裝儀器,一個個架高的棚子搭起造船生產線,這時,新海研 1 號(新海 1)已進到船塢內了。臺船將船塢的水抽乾、架高船底準備為新海一上白色的新塗裝,而塗裝完畢後,新海一就會進入海上測試階段了。

新海研 1 號在今年八月進船塢整理,準備噴漆塗裝。圖片拍攝/簡鈺璇

「人生難得有機會看到船底啊!快拍照」臺大海洋研究所教授詹森說道,邊拿起手機與船底的螺旋槳自拍。詹森是新海研船籌備小組成員,也是新船從無到有的催生者之一,籌備三年期間,除了到各部會開會,就是跑船廠「盯哨」看進度,開工後每月都到船廠三次,把船當成自己的孩子一樣。

三年多來參與新船籌劃小組,終於看到海研船快完工的樣子,詹森開心地拿起手機與新海研一號自拍。圖片拍攝/簡鈺璇

其實,海研船最重要的武器都在船底喔!抬頭一瞧,船底下有各式圓圓、長長的凹槽,這些可不是進出水的洞,而是埋了市值數百萬的聲納儀器的地方喔!

船底的聲納儀器有三種:

1. 多音束測深儀 (Multi-beam):讓研究船從大近視變成裸視 1.0

船底下長型、排列呈 T 字型的裝置,就是聲納設備「多音束測深儀」(Multi-beam),紅色的面則是它發出聲波的音鼓。雖然它看起來毫不起眼,卻是新海研船的鎮船之寶,也是船上最貴的儀器。

有了它,臺灣就能仰賴它準確掃射海底地形,提升研究品質,順便探測海底大陸棚,擴大我們的海洋國土(誤)。

Multi-beam 音鼓 (Transducer) 在海研船底的樣子。圖片拍攝/簡鈺璇

張詠斌表示,以前量測地形都是用「單音束」(Single-beam) 的測深儀,一次只能發射單束聲波,然後讓船慢慢開,一點一點把資料串起來,合成海底地形資料,但點跟點之間會產生誤差,比如說有魚游過去、水下干擾,或是地形造成波折射等誤差都無法排除,就像是「近視的人看海底,覺得底下有東西,但看不清楚是什麼形狀」。

但 Multi-beam 不一樣,不同頻率的聲波出去,可以得到各種頻率掃出去的結果,頻率越低的波束可穿透的水深越深,再將資料比對,清楚的地形資料就出來了,如同戴上眼鏡一般。

新海研配置的 Multi-beam,新海 1 在 6000 米內有效,新海二、三則是 3000 米。臺大海研所楊穎堅教授形容,以前用 Single-beam 像是拿鋤頭耕田,一次只能掃一條線,現在 Multi-beam 則是耕耘機翻土,可掃射整個海底面。

Multi-beam 會發出多個扇面聲波,取得的資料範圍是整個面,換算的海底地形解析度較單音束測深儀 (Single-beam) 高。圖片提供/臺大海研所

2. 單音束科學測深儀 (Single-beam):小兵立大功

除了長型的 Multi-beam 之外,船底還有許多紅色圓形的聲納裝置(長得好像爵士鼓啊~),像是單音束測深儀或科學魚探機器 (Single-beam),可發射單一脈衝至海底,用地形反射傳回的聲波強度推估水深。

張詠斌表示,雖然 Multi-beam 比 Single-beam 厲害許多,能將海底地形掃得更清楚,但 Single-beam 的好處就是不需經過資料處理,可以馬上秀出那條線的地形圖,而 Multi-beam 則需要比較繁複的資料處理。

因此,研究者在用 Multi-beam 前,還是會拿 Single-beam 為地形把個脈,做個初步探測。

如圖所示,船底左邊兩個圓圈是科學魚探機跟單音束測深儀,右邊兩圈為都卜勒流速剖面儀,鼓面越大、發射的頻率越低、量測的距離越深。圖片拍攝/簡鈺璇

3. 都卜勒流速剖面儀 (ADCP):都卜勒效應好好用

另一組圓形裝置就是 ADCP ,它應用都卜勒原理,當反射波的波長變短、頻率變高,就表示水流向音鼓發出的聲源移動,反之則遠離聲源,使用四組音鼓就可以推算水流速度剖面。

船底除了三組聲納設備外,還裝設「超短基線 (USBL)」水下定位系統,因應水下儀器無法裝設 GPS,工作人員會將 USBL 收發器裝在船底,應答器放在儀器或載具上,藉由回傳的訊號量測兩者間的距離。

船底有安裝 USBL,可作為水下載具的接收站臺。圖片拍攝/簡鈺璇

慢工出細活,研究船設計可需要高深的功夫!

臺船有近 50 年的造船經驗,但這是臺船第一次建造高級研究船。

臺船專案經理、基隆廠主任施炎輝表示,臺船造船速度很快,但造研究船沒辦法那麼快,儀器設備自國外進口、安裝、測試其實都需要時間,且船的設計必須符合研究需求,像是船尾的底部要非常平坦,如果設計不好,聲納儀器的效果就會大打折扣。

臺船第一次建造和設計高級研究船,施工的每個細節都要非常注意,圖為新海研 3 號的半成品照。圖片提供/張詠斌

其講究的程度連壓克力板的厚薄都得調整。詹森表示,聲納的壓克力板太厚會吸收聲波,所以廠商必須要重新訂製。

此外,研究船實驗室與主機房內,儀器眾多,要如何將大把如同頭髮般的電線理得整齊、便於維護也是個難題。由此可知,研究船的施工與設計細節還真不少呢!

圖十、詹森老師發現聲納設備的壓克力板太厚,立刻要求臺船重換。圖片拍攝/簡鈺璇

為了讓研究船可以平穩運行,有別於之前用柴油主機帶動馬達,新海研船使用發電機帶動馬達,以推動螺旋槳轉動,因此它的航行噪音較小、振動也比較輕微。此外,海研船也配置「減搖裝置」,像是新海 2、新海 3 都裝上了陀螺儀,日後研究人員暈船的狀況就「可能」不會那麼嚴重了XDD

另一方面,新海研船上還備有「動態定位系統」(DP),臺船造船師傅提到,這個系統只有軍事船和特殊需求的船才會裝,它能夠分析海流狀況、修正船與原本 GPS 定位的差距,並調整船的位置,讓船可以不偏移。

詹森表示,以前海研船都是靠經驗老道的船員「手動」調整位置,有了 DP,船的定位可以更精準。

新海研 1 的操船室,特別加裝 DP 系統的操控臺。圖片拍攝/簡鈺璇

近期新海 2、新海 3 進入海上測試階段,臺大海研所副教授楊穎堅已搶先搭上新海 2,他表示相當滿意,「新海研船相當平穩、安靜,船的轉身速度敏捷」。

儀器測試亦是海研船交船前的重要一環,一般商船大多海試三天,海研船儀器測試和校正可是要花兩三個月呢!楊穎堅表示,臺船技術不錯,因為聲納設備跟船體的方位校正通常要花 24 小時,但新海 3 只花了 5 小時就校正完成,可見安裝時的偏離角度不大。

安全第一!新海研可是更注重安全了呢!

海研船的安全也是重要一環,在海研五號 2014 年不幸沉沒,兩位優秀研究者罹難後,監察院糾正科技部和交通部,提及海研五號的操船公司未依規定取得「安全管理章程」(International Safety Management Code,ISM),導致海五「因人為操作缺失而沉沒」。

詹森表示,海五是大家的痛,管理海研船的學校與機構有責任維繫研究人員與學生的安全,依科技部規定新海研 1、2、3 號建造與營運都要符合 ISM 規定,船隻管理的學校臺大、海大與中山也要取得該船的「安全管理認證書」。

張詠斌提到,研究船屬於公務船,原本可以豁免 ISM,但因為海五的緣故,研究船的安全必須提升至客船等級且需符合各項國際公約,所以臺船更改設計加強船體結構、救生、水密與防火設備等等,加上每位船員都有個人房間,因此新海研 1、2、3 號即使噸位變重,容納人數也沒有增加太多。

詹森提到,研究船的安全一來倚賴優質船廠,二來則是營運單位的管理,「船員一定要由學校自己聘,不能用外包」,這樣讓船員對船有感情,做事會比較認真和謹慎,且能夠直接與研究人員溝通,對海上研究作業也有幫助。

操船除了可以在船長室外,甲板上備有兩個「烤肉架」,天氣晴可至室外操船。圖片拍攝/簡鈺璇

「現在的研究船稍微可惜的地方就是研究作業區太小,像把整個貨車的東西擠在小客車上。」張詠斌表示,以安全為優先是對的,但希望日後設計研究船時也把研究需求列入考慮。

目前新海研 2 號、新海研 3 號正在最後的海試階段,在順利通過儀器檢測、驗船後,已於今 (2019) 年 11 月舉辦交船典禮,而新海研 1 號則會在明年才會完成交船。

你是否跟我一樣等不及看海研船海上馳騁的英姿呢?讓我們一起期待他們正式服役後為我們的研究帶來的新進展吧!

新海一上有起重機、A 架和深海絞機等大型設備。圖片拍攝/簡鈺璇


新海研三姐妹的小檔案(資料整理/簡鈺璇)

新海研 1 號
R/V New Ocean Researcher 1
新海研 2 號
R/V New  Ocean Researcher 2
新海研 3 號
R/V New  Ocean Researcher 3
交船日 預計 2020 年 預計 2019 年 預計 2019 年
總噸位 2200 噸 800 噸 800 噸
全長 66 公尺 45 公尺 45 公尺
續航力 45 天 30 天以上
營運管理者 臺灣大學 臺灣海洋大學 中山大學
港籍 基隆港 基隆港 高雄港
設計建造地 臺灣 臺灣 臺灣

註解:

  1. 自由時報:日本延伸大陸棚 首獲聯合國承認

關於作者

Suzuki

超純社會組學生,對未知的一切感到好奇,意外掉入科技與科學領域,希望在猛點頭汲取知識的同時,也能將箇中妙趣分享給大家。

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