叫我「勵進」Call me LEGEND——深度剖析全臺灣最大海洋研究船

 
2018/08/10 羅書韻 | 財團法人國家實驗研究院國家高速網路與計算中心     6,339
「她的名字就叫『勵進』,不是勵進號。」為了替她正名,海洋中心的工作人員這麼說道。與海研一號至三號的命名方式不同,這艘今年5月啟用、擁有全臺最先進配備的海洋研究船,以清代書法家鄧石如字體題名,而英文船名則取其近似諧音「Legend」,更加氣勢磅礡,不僅彰顯臺灣在海洋研究領域上不斷精益求精的精神,也期許新研究船帶來的活力,能為臺灣締造新的傳奇。
 
 
勵進研究船的建造始於國家研究船能量重建計畫。由於現役的海研一號、二號、三號年事已高,科學研究設備卻不斷更新,使新研究船的建造規劃勢在必行。造船工程於105年初開工,直至船舶下水,期間耗時約一年半,並於107年5月23日在高雄港正式啟用。
 
 
勵進是一艘2000噸級的船舶,若將油箱加滿,大約需要500公秉的燃油。與三艘前輩研究船相比,由於船身較大,她在海上承受風浪時的穩定性更高,也能容納數量較多或體積較大的研究儀器,支援更精密的探勘或測量作業。由於科學研究儀器設置於後主甲板,勵進的駕駛臺擁有360度觀景窗以及前、後兩個操作區,方便在施放儀器時能同時駕駛及監控施放過程。
 
 
 
身為全臺現役最大海洋研究船,勵進擁有許多特殊設計。基於安全考量,船身採用雙層船殼,而船體也有許多隔艙,緊急時能封鎖部分船艙以避免船體進水過多。此外,船上配備的逃生艇數量也非常多,可搭載人數為全船滿員人數的4倍,大幅提升了人員的安全規格。
 
 
另一項與眾船不同的設計則是電力推進系統。勵進配備360度全向式主推進器及船艏管道式側推器,並以發電機供給電力驅動。透過本身搭載的精確定位系統輔助,這套電力推進系統在航行過程中,會持續地自主偵測船舶與目標位置的偏差,並計算環境中風浪、海流等的外力影響,判斷推進器應施加多少推力才能使船舶不會偏離航道,能夠維持在固定位置或沿著固定軌跡航行。勵進搭載的五部發電機均設置在整艘船正中心的機艙內,以便使船體的重心維持平衡。
 
 
其他特色還包括船底的掛艙結構。船身上,靠近船艏的位置標示了「GONDOLA」字樣,下方就是掛艙結構所在之處,勵進的聲納系統就安置在內。掛艙結構的形狀神似小飛機,能減輕船底氣泡對聲納系統的干擾。「GONDOLA」標示除了代表船底有突出物體,也具有警示作用,提醒岸上人員須多加留意,避免水深不足造成危險。
 
 
   依需求靈活運用的主甲板空間
 
研究船船艉的主甲板,是研究人員布置與操作科儀設備時最常使用的空間。若有機會登上甲板,一定不會錯過擁有亮麗藍色塗裝、看起來像怪手的巨大吊臂以及聳立的A架。這些大傢伙外表粗獷,卻是佈放與回收海上科學儀器的好幫手。主吊臂可承重達15噸,主要用途是吊掛甲板上的科儀設備與機具。位於船艉的艉A架能傾倒至水平,增加施放儀器時的靈活度,而右舷的側A架則常用於輔助施放長岩心採樣系統。
 
 
同樣放置在主甲板的,還有海洋研究不可或缺的基本水文量測儀器「溫鹽深儀(CTD,Conductivity Temperature Depth)」,透過量測溫度、導電度、壓力三項數值,推算所在位置的鹽度及深度,而掛載的採水瓶則可收集海水樣本,並於實驗室進一步分析其生物及化學性質。目前勵進船上使用的採水瓶容量為12公升,未來也會採用其他容量,如20公升,使採樣作業更有彈性。
 
 
 
研究船在海上作業時經常需要使用纜線,而收集與固定纜線的機具稱為「絞機」。為了因應不同研究需求,勵進上搭載了三臺功能各異的絞機。深海絞機主要用於執行深海採長岩心任務,其拉力最高可達15噸,並使用在水中幾乎無重量,但依然具有超高拉力的編織繩索,以減輕絞機於深海作業時,纜繩自身所造成的重量負擔。由於使用的繩索長達8000公尺,也有專用的儲線槽來收納繩索。整套深海絞機系統安置於主甲板下層的絞機艙間。多功能絞機使用的則是鎧甲訊號鋼纜,通常與CTD、ROV或水下拖曳載具搭配使用,可同時傳送訊號及供電。另外還有多用途的拉力絞機。
 
 
 
   不斷升級的長岩心採樣系統
 
岩心採集是海洋地質研究的重點工作,而能採集到的岩心有多長,也象徵著國家的海洋研究實力有多強。國研院海洋中心長期致力於強化岩心探採能力,並建置國家級海洋岩心庫,以收藏全臺學者參與國際合作或國內計畫的採集成果。這些岩心大多來自臺灣鄰近海域,通常會在採集後剖半,一半提供實驗分析,另一半則留存於岩心庫,供建檔及比對實驗結果時使用。
 
海洋中心的長岩心採樣系統包含巨型箱型岩心採樣器、震盪式岩心採樣器、活塞式/重力式岩心採樣器。海上能採集的岩心長度,除了與探採設備有關,也須考量研究船的噸位是否能支撐。過去臺灣受限於研究船的大小,所能採集的岩心長度約略只有10公尺,現在有了勵進的強力後援,未來將使用活塞式/重力式岩心採樣器,預計能取得最長達20公尺的岩心。
 
 
 
   媲美真人潛水員的水下遙控無人載具
 
從前要探查深不見底的海洋,只能依賴訓練精良的潛水員。然而海中的危險難以預測,潛水員除了要克服水壓及暗流,在背著氧氣瓶的狀況下也無法攜帶太多設備,科學家因此開發了水下遙控無人載具(ROV,Remotely Operated Vehicle),代替人類探索水下世界的奧秘。為此,ROV除了要能在深海觀測與記錄,也需具備採集海中樣品的能力。
 
海洋中心的ROV屬於深海工作型,擁有視力良好的眼睛——HD高畫質攝影機、照相機及小型LED攝影機,以及有力的機械手臂——舉重可達90公斤,最大甚至可負擔達454公斤。它本體的重量約6公噸,在水中另可掛載多達250公斤的科學儀器或採集到的樣本,並能依據任務需求調整裝備。
 
ROV出動時,除了載具本體,外觀像是貨櫃的控制室也會一起登船。控制室內部如同飛機駕駛艙,並有專門的駕駛員負責操作機械手臂及掛載的科學儀器。可別以為駕駛ROV的工作很輕鬆,由於海中環境與陸地不同,駕駛員都必須受過專業的訓練及不斷累積實戰經驗,才能確保ROV在深海順利運作。
 
 
   實現全方位探測的測深系統
 
施放儀器的工作主要在後主甲板區域進行,而從甲板進入艙內,可以看到空間寬廣的船上實驗室,一共分為三個區塊:溼式實驗室、生地化實驗室及主實驗室。溼式實驗室內設置了數個大型的實驗用水槽,供清理採集到的標本或清洗儀器時使用。生地化實驗室中除了一般存放標本的冷藏、冷凍冰箱,也有足以容納大型標本的冰櫃。
 
再往裡走,則會看到排列了許多監控螢幕的主實驗室。船上有許多搭載在船底的科學研究儀器,而在主實驗室中,研究人員可以觀看所有儀器回傳的測量數據。在定位與導航方面,探測導航系統的畫面為駕駛臺與主實驗室共用,水下定位系統則會透過設置在船底的伸縮音鼓與水下機具上的應答器通訊,以得知其在水中的位置。
 
在水深測量的部分,勵進上搭載的儀器相當全面,多音束聲納系統涵蓋淺海(可達水下600公尺)及深海(可達水下11000公尺),單音束聲納系統的測量深度則達水下11000公尺,獲得的資料能幫助研究人員繪製出精細的海底地形圖。
 
看到這裡不禁想問,聲納測深的運作方式是經由發出固定頻率的聲波後再接收回波,但船上搭載了這麼多系統,若是同時運作,互相干擾的話要怎麼辦呢?這時聲納同步器就會派上用場了。聲納同步器能夠調整不同系統的作動時間,避免在測量過程中彼此干擾而造成測量誤差。
 
另外,船上還有可以探測底質的地層剖面儀,及測量海流時使用的都卜勒流剖儀。地層剖面儀的訊號能穿透海床,幫助研究人員分析地底可能的沉積狀況,同時判斷在岩心採樣時應使用哪些工具。都卜勒流剖儀能即時測得海流的流速與流向,研究人員可據此判斷儀器的施放位置,避免強勁的海流將儀器帶至遠處。而相關資料事後也都可以提供研究人員再做進一步分析。
 
 
在眾多先進配備的輔助下,未來勵進會持續聚焦於發展ROV探測、沉積物與長岩心採樣,以及地形與海床底質資料收集等任務。背負著全體國民的期許,勵進研究船將為臺灣海洋研究領域帶來怎樣的突破呢?就讓我們拭目以待!

(本文由科技部補助「科普資源整合運用與推廣整合型計畫」執行團隊執行編輯)
 
審校:國家實驗研究院台灣海洋科技研究中心
 
 
 
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