冰架热水钻机关键技术与系统开发 冰架热水钻机关键技术与系统开发

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冰架热水钻机关键技术与系统开发

       在全球气候变化背景下,冰架-海洋相互作用、冰盖-冰架系统向海洋的输入对全球变化,尤其对海平面上升具有重要影响,急需对冰架下海洋动力、冰架底部融冻过程等进行观测。同时南极冰架与海洋水团和环流的相互作用研究已被国际南大洋科学委员会列入了科学前沿研究计划。利用热水冰钻在冰架上钻取观测孔是开展这些观测的重要途径。

       同时我国具有开展南极Amery冰架-海洋作用研究的地域优势,但在该区域建站的俄罗斯、澳大利亚、印度等国对Amery冰架十分关注,目前处于竞争强于合作局面;迫切要求我国进一步加强Amery冰架观测研究,本项目实施十分必要,并面临着现实的紧迫性。

      本课题的总体目标是:开发出一套性能稳定可靠的热水钻探技术系统,满足南极地区冰架-海洋相互作用观测的需求,为在南极地区开展冰架下大洋水团运动机理与模型、冰架运动及其稳定性、冰盖物质平衡等方面的研究奠定基础。此外,考虑到南极考察的现场要求,热水钻探机系统的运输与现场钻探必需满足后勤保障条件要求。具体研究内容包括开发出一套性能稳定可靠的热水钻机技术系统,能钻透冰架(1000-1500m),热水钻机要钻透1500米的冰层,形成一个直径35cm,深度1500m的冰孔,要求钻进速度为30m/h,连续工作时间6小时。以及钻机系统开发完成后的试钻探,并提供热水钻机系统研发报告、现场试验报告及操作技术规范等。

        中国科学院国家天文台南京天文光学技术研究所作为第一协作单位,项目负责人李国平。主要承担热水循环系统、水体加热系统设计和关键部件研制,协助进行热水钻系统总体设计。主要工作包括大功率水加热器研制、大体积软体保温储水箱研制、大功率雪融化加热器研制、太阳能集热装置研制、大体积压力容器研制、防冻添加剂存储箱研制、防冻液加注系统研制、大流量过滤装置研制、高压球形阀研制、低压球形阀研制、减压阀研制、传感器安装壳体研制、高压输水软管接头、燃油锅炉、低压泵、大功率空气压缩机、防冻添加剂等采购集成。

       自课题实施以来,各项工作进展顺利。对国际热水钻探技术进行了广泛调研,并派遣技术小组分别赴英国和美国进行了热水钻探技术的深入调研。根据国际调研成果,立足本项目的设计目标和我国目前的后勤保障能力,进一步细化了钻机系统的各项设计指标,并对系统主要部件和材料开展了市场调研,确定了钻机的具体技术方案,对各主要部件进行了指标分析和结构选型。目前该项目正在进行结构的部件设计和研制阶段。