廉價的深海跳躍式潛水器可能推動深海科學研究與採礦發展

位處澳洲與南美洲之間，美國國家海洋暨大氣總署（NOAA）的探測船「雷尼爾號」（Rainier）目前正執行一項任務，繪製超過 8,000 平方海里的太平洋海床地圖，以尋找關鍵礦產資源。但它並非孤軍奮戰；從本週開始，為期一個月的時間裡，它將部署兩台長橢圓形的霓虹色潛水器作為計畫的特務，將它們送往近 6,000 公尺深的海底，在海床上「跳躍」前行。

這些由新創公司 Orpheus Ocean 製造的潛水器，專為探索此類環境而設計：那是一個充滿各種生命的泥濘基質，從微小的微生物到蠕蟲和蝸牛，還有如雞蛋般大小的金屬「結核」——包含銅、鈷、鎳和錳——這些都是全球科技產業至關重要的資源。

科學家和企業長期以來一直尋求探測深海並將這些寶藏帶回地表。於 2024 年從伍茲霍爾海洋研究所（WHOI）拆分出來的 Orpheus 公司，正處於讓這些可能性變得更具經濟效益的有利位置。該公司創辦人兼執行長、化學家出身的傑克·羅素（Jake Russell）表示，該公司設計載具的理念很簡單：「廉價深潛」（deep for cheap）。每台載具的造價僅需數十萬美元，而現有的選擇則在 500 萬至 1,000 萬美元之間。且與大多數自主式海洋載具不同，它們可以深入海床並採集沉積物核心——以及其中的生物。

Orpheus 的工程師多年來一直致力於改良其深海設計，大部分工作是在 WHOI 進行，並與 NOAA 及美國國家航空暨太空總署（NASA）合作。其原型機被評定具備潛入 11,000 公尺（馬里亞納海溝最深處）的能力。雖然它們已完成兩次商業部署，但這次新探險標誌著潛水器迄今為止最大的考驗：在多週時間內進行大範圍作業，並同時運行多種儀器。載具將以海面上的「雷尼爾號」為基地，每次游出 10 公里，每秒拍攝一張高解析度影像，且每台每次最多可採集 8 個海床實體樣本。

如果一切順利，這次測試將有助於確立該載具作為政府機構、科學家和企業探測研究極度匱乏的深海及其資源的工具。雖然它們並非市場上的唯一選擇，但 Orpheus 希望其體積小巧和造價低廉的優勢，能讓它們很快成為最普及的工具之一。

目前，為了到達這些深度，科學家必須排隊等待政府機構和研究機構擁有的數量有限且昂貴的潛水器。這種模式較適合捕捉深海的片段快照，而非探測其相互關聯的生態與生物地球化學系統。羅素表示：「我們正在調查的這片區域……很大程度上從未進行過任何細節探索。我們看到的任何事物對 NOAA 和科學界來說都將是全新的發現。」

沉積物專家

Orpheus 潛水器被歸類為自主水下載具（AUV），它們根據預設指令與即時決策混合運行，且無需與母船連接。但與傳統設計用於長距離、高速滑行的 AUV 不同，這些潛水器短而壯碩，並帶有小腳——這有利於在海床上軟著陸，然後推入泥土中為科學家吸出沉積物核心。當它們著陸後，潛水器可以離開表面，推進幾英尺，然後再次降落，以一種「跳躍」的方式移動。

它們的機身主要由一種稱為複合泡沫（syntactic foam）的浮力材料製成，重要的電子設備則封裝在厚實的玻璃球中。同樣類型的泡沫（其中散布著中空玻璃微珠以防止在高壓下崩塌）曾在 2012 年搭載電影導演詹姆斯·卡麥隆（James Cameron）前往馬里亞納海溝；他甚至捐贈了剩餘材料供早期的 Orpheus 原型機使用。

羅素表示，Orpheus 機器人長度不到兩公尺，重量低於 600 磅（270 公斤），是市場上能下潛至 6,000 公尺最迷你、也因此最便宜的海洋載具。它們的設計初衷是為了組成未來的機器人探險艦隊。

加州理工學院的地球生物學家維多利亞·奧芬（Victoria Orphan）曾在一項科學活動中使用過 Orpheus 載具，她表示這種方法源於一個根本性的挑戰：「每當你在深海作業時，當你把東西從船舷放下去，總會面臨它可能回不來的風險。」對於由 NOAA、WHOI 和蒙特雷灣水族館研究所（MBARI）等機構營運的現有大型昂貴載具群來說，失去一台載具可能是災難性的，更不用說科學家們已經在為其有限的使用時間展開激烈競爭。

2024 年春天，奧芬和她的同事在一次研究阿拉斯加阿留申群島沿岸深海甲烷滲漏的探險中，對一台 Orpheus 潛水器進行了測試。他們希望在派遣載人潛水器「阿爾文號」（Alvin）進行更詳細的研究（針對特定區域及其中的微生物和動物）之前，先利用該載具繪製該區域的地圖。

但奧芬回憶道，正如任何新型技術一樣，「總會有成長的陣痛」。酷寒的溫度和陡峭的地形增加了未預見的挑戰，潛水器花了整整三週時間才獲得滲漏點的高解析度照片。

這次挫折並未減弱奧芬對這些機器潛力的興奮。她說：「在沉積物與海洋表面的交界處，存在著大量真實且未知的科學。Orpheus 類型的儀器，若配備合適的感測器和採樣器，將成為一個非常有力的工具。」

羅素設想將這些載具與專門設計的酬載配對，以感測化學滲漏的熱量、偵測沉積物羽流、海洋生物排出的 DNA，或是埋藏電纜的磁力吸引。

蘇格蘭海洋科學協會的深海生態學家安德魯·斯威特曼（Andrew Sweetman）雖未與 Orpheus 合作過，但他認為這些載具具備「兩全其美」的優點。它們既能像 AUV 一樣在大範圍區域漫遊，也能像遙控潛水器（ROV，透過纜線連接船隻並執行人類即時指令的機器人）一樣進行精確的採樣操作。

斯威特曼表示，除了價格低廉外，這些載具體積小巧，意味著不需要大型研究船來運送它們出海。這可能會讓沒有這類船隻的小國或較貧窮國家更容易進行探索，他說：「這在某種程度上將有助於深海科學的民主化。」他想像利用潛水器採集的沉積物核心來探測棲息在海床的動物如何循環養分——這是海洋作為碳匯角色中的關鍵要素。

採礦推力

儘管小型、廉價的海洋載具吸引了科學家的目光，但也引起了企業的興趣。羅素表示，每週都會收到來自深海採礦、國防、離岸風電、電信以及石油和天然氣產業的諮詢。他指出，Orpheus 僅是「服務提供者」，協助在需要的地方收集數據，但不參與如何利用海床的決策。他還表示，更好的數據——例如海床地形、沉積物品質和生命跡象等資訊——也「提高了」政府和監管機構才剛開始設定的門檻。

然而，許多科學家對於日益增長的深海採礦壓力感到不安。上週唐納·川普總統發布的一項行政命令進一步助長了這一趨勢，該命令要求美國政府迅速發展礦產勘探與加工。而上個月初，政府還宣布成立一個新的政府部門：海洋礦產管理局（Marine Minerals Administration）。


斯威特曼表示，鑑於目前深海資訊的匱乏，「我認為推動深海採礦的速度太快了。」奧芬補充道，深海群落「可能是我們星球上最穩定的環境。生活在那裡的生物真的不適應大量的干擾，它們需要非常、非常長的時間才能恢復，如果還能恢復的話。」

政府和企業提議的一種採礦方法涉及一種運作方式基本上像巨型推土機的機器，在海床上拖網，吸走一整條物質，並在後方留下痕跡和沉積物羽流。MBARI 的海洋工程師布雷特·霍布森（Brett Hobson）表示，像 Orpheus 這樣的技術或許能讓公司「以更精確的外科手術方式採集樣本，而不是粗暴地鏟起海床上的所有東西並進行過濾。」

在 MBARI 負責海洋載具工作數十年的霍布森也指出，Orpheus 潛水器不會是唯一的選擇。挪威、法國、日本、中國和英國等國的公司與政府機構也在開發類似的深海載具，他說：「作為一個社會，我們真正需要的是讓更多這類系統投入使用。」

隨著 Orpheus 的霓虹色載具在未來幾週內潛入太平洋，它們在未來科學與資源調查中的準備程度將變得更加清晰。奧芬說，它們每次下潛都會獲得多一點數據——「僅僅是我們星球上最小的一張郵票。還有太多東西需要學習。」