海洋工程技术支撑中微子科学前沿探索——柔性潜标精密布放装置“蜘蛛系统”成功完成海试

2025-10-11

 近日，上海交通大学成功完成国际首创深海中微子探测潜标专用载具——深海精密仪器柔性布放装置“蜘蛛系统”（英文简称SPIDER，Subsea Precision Instrument Deployer with Elastic Releasing)的全功能海试。该项研究由海洋工程全国重点实验室田新亮和郭孝先副研究员团队牵头完成。这一突破标志着深海工程领域开辟新方向，以自主创新的海洋工程技术有力支撑极端宇宙现象的前沿科学探索，为“海玲计划”的深海工程建设奠定了坚实基础。

海铃计划”是由上海交通大学发起的深海中微子望远镜项近日目。该计划旨在通过捕捉来自天体和地球大气核反应过程产生的高能中微子，探索驱动极端宇宙现象的深层规律，解答宇宙射线起源之谜，加速我国完备多信使天文网的建设，推动粒子物理、天体物理、地球物理、海洋科学等前沿交叉研究，孕育原创的重大科学发现。项目的顺利实施，迫切需要突破深海极端环境下的工程技术瓶颈，实现大规模、高精度深海仪器布放。

 

未来的海铃中微子望远镜全阵列将由约1000根中微子探测潜标组成，形成直径约4公里的圆盘状阵列，整体布设于3500米深海底部。每根潜标高约700米，悬挂20个直径43厘米的耐高压光学探测球舱。如何在极端海底环境中稳定、高效地完成如此庞大而精密的柔性潜标阵列组网，是国际深海中微子探测面临的重大挑战。

 

研究团队从蜘蛛吐丝的连续性与可控性中获得灵感，提出“整体集成—柔性释放—垂直展开”的设计思路，使长达700米的精密中微子探测潜标能够在深海环境下有序展开，攻克了超长柔性线缆的精准深海布放这一国际难题。与地中海中微子探测项目KM3NeT采用的“滚球方案”相比，本装置从设计之初即充分考虑系统的可拓展性。目前，装置采用双轨20球舱结构设计，具备良好的模块化和拓展能力，未来可方便升级以容纳更多的探测球舱，满足未来多样化中微子探测的需求。研发团队依托上海交通大学大型船海试验设施，经过8个版本迭代与多轮测试，最终成功研制完成这一特种水下装备。

 

在本次海试中，SPIDER系统在1300米深海环境中严格按照预设程序，顺利完成“轻”“重”两种载荷模式的稳定释放，先后实现近底悬停、水下机器人辅助解锁、串列自主上浮与展开等一系列高难度动作。系统在十分钟内连续稳定旋转90圈，成功安全释放出20个光电探测球舱与4个浮力块，所有球舱姿态均达到中微子探测所需要求，充分验证了SPIDER系统的稳定性和可靠性。

未来，研究团队将基于本次海试积累的大量数据，进一步优化SPIDER系统的自主性与智能化水平，全面提升其在复杂海洋环境下的适应性，加速推进“海铃计划”的工程实施。这一成果不仅展现了我国以海洋工程技术突破支撑基础科学研究的能力，更标志着我国在深海工程与前沿科学交叉领域取得了重要进展。

本项目在不同的研发阶段得到了国家重点研发计划“海洋中微子探测技术”、上海市基础研究领域“多波段中微子探测研究”等多项科研计划的支持。