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觀察丨“奮斗者”號創造中國載人深潛新紀錄 逐夢深藍

發布時間:2020-11-20 |  來源:中央紀委國家監委網站

中央紀委國家監委網站 柴雅欣

11月19日6時47分,我國自主研制的“奮斗者”號全海深載人潛水器布放入海,10時09分坐底馬里亞納海溝?!皧^斗者”號載人潛水器采用了安全穩定、動力強勁的能源系統,擁有先進的控制系統和定位系統以及耐壓的載人球艙和浮力材料。這是“奮斗者”號載人潛水器入水時的場景。(中國船舶集團 供圖)

在逐夢深藍的路上,中國人又“潛”進了一大步。

11月19日10時09分,由我國自主研制的“大國重器”——“奮斗者”號全海深載人潛水器成功坐底馬里亞納海溝。這是繼11月10日、13日、16日三次萬米級海試后,“奮斗者”號再探萬米洋底。

馬里亞納海溝是全球最深的海溝,像一座在海底倒立的山峰,海溝最深處“挑戰者深淵”測得最大深度為11034米,相當于珠穆朗瑪峰頂疊加一座西岳華山的海拔高度,是已知海洋最深處。11月10日,“奮斗者”號坐底“挑戰者深淵”,創造了中國載人深潛新紀錄,也是世界上首次同時將3人帶到海洋最深處。

坐底深度10909米,創造中國載人深潛新紀錄

短短10天內,“奮斗者”號四探洋底。

11月10日,北京時間清晨4時20分左右,在早兩個時區的馬里亞納海溝,太陽已從太平洋上升起,“奮斗者”號載著3名潛航員,從“探索一號”母船機庫緩緩推出,被穩穩地起吊布放入水,蛙人解纜后注水下潛。艙內,顯控面板上的深度數字逐漸增大,舷窗外的顏色從碧藍到深藍到變暗,直至一片漆黑。

8時12分,“奮斗者”號在馬里亞納海溝成功下潛到10909米,成為中國歷史上第一艘下潛到“挑戰者深淵”的載人潛水器。

之后,在11月13日海試任務中,“奮斗者”號載人潛水器和“滄?!碧柹詈V懫髀摵献鳂I,實現萬米水下全球首次高清視頻信號直播和傳輸;11月16日,“奮斗者”號僅用半小時左右的時間就找回了此前布放在海底的3個取樣器,作業難度堪比“大海撈針”。這項操作對深??瓶继貏e是未來實現深??蒲械脑慌囵B、長期監測等意義重大。

11月19日“奮斗者”號下潛,是此輪萬米海試的“交卷”一關。它承擔著復核洋底科考作業功能的任務,坐底后開啟巡航和作業模式,進行潛水器功能性能檢測,測試機械手,并在找到“滄?!碧柡笈c其聯合作業。

據介紹,“奮斗者”號由中國船舶集團有限公司第七〇二研究所(以下簡稱七〇二所)牽頭總體設計和集成建造,中國科學院深??茖W與工程研究所作為業主單位牽頭開展海試。

深海萬米之處是科研“無人區”,載人潛水器是進入“無人區”的科考利器

從外觀上看,“奮斗者”號像一條大頭魚,“肚子”涂成了綠色,這是因為綠光在海水中衰減較小,便于在深海捕捉到它的身影。而頭頂呈醒目的橘色,也是便于上浮到水面時能被母船快速發現。

深海萬米之處可謂是科研“無人區”,載人潛水器則是進入“無人區”的科考利器?!按箢^魚”不僅涂裝靚麗、靈動自如,而且“肚”里有貨?!皧^斗者”號可以同時搭載3名潛航員和科學家下潛,作業能力覆蓋全球海洋百分之百海域。

據七〇二所副所長,“奮斗者”號總設計師、萬米海試總指揮葉聰介紹,這次萬米海試,“奮斗者”號載人潛水器運行團隊逐漸壓縮,將把更多的位置留給科學家。

“深海非常震撼,我觀測到這里有海參!”在一段來自萬米海底的通話中,中國科學院深??茖W與工程研究所研究員賀麗生分享了她的探險發現。

與前三次只有潛航員下潛不同,11月19日,除了兩名潛航員外,賀麗生以科學家的身份參與下潛。據浙江大學海洋學院教授陳鷹介紹,科學家通常坐在潛水器右舷,艙內配有豐富的作業工具,供其在海底進行觀測、采樣、培養等科考任務。

“我們此次科考任務包括以生物為重點,觀察萬米深淵海底生物的種類等,也會擇機采一些生物樣本。我們還帶了一些自主工作的采樣裝置,像序列采水器、原位化學實驗裝置?!辟R麗生說。

“雙船雙潛”是“奮斗者”號海試關鍵詞,雙母船為海試任務保駕護航

“雙船雙潛”,是“奮斗者”號海試任務的關鍵詞。

“雙船”,是為“奮斗者”號深潛護航的雙母船——“探索一號”(支持船)和“探索二號”(保障船);“雙潛”指的是雙潛水器:一個是主角,即“奮斗者”號,另一個則是主角的“御用攝影師”——“滄?!碧?。

顧名思義,母船像一位母親,深海潛水器要想在萬米級深度自由探索,離不開母船的全力保障。

“探索一號”科考船長94.45米、型寬17.9米,是一艘戰功赫赫的海洋科考“老大哥”。它也是載人潛水器“深海勇士”號的科考母船,還曾搭載無人潛水器“海斗一號”等深??瓶祭鬟M行萬米級無人科考活動。

相比于經驗豐富的“探索一號”,“探索二號”是新手上路。它長87.2米,型寬18.8米,是中國首艘專為萬米深??瓶即蛟斓哪复?,今年6月才出塢。它是一個多功能海洋科考平臺,可搭載60名科考隊員和船員開展海試任務,海上連續工作最遠距離大于15000海里,連續工作最長時間超75天。

“探索二號”不僅噸位大、性能好,而且搭載的許多科研設備和探測神器都由我國自主研發。

中國船舶集團有限公司第七〇四研究所(以下簡稱七〇四所)是參與研制“探索二號”船國產化科考設備的主要單位,主要負責研制“探索二號”船上的科考作業水面支持系統。

據七〇四所工作人員介紹,以溫鹽深儀(CTD)吊放裝置為例,這是測量萬米深海環境的專用裝置,也是科考作業水面支持的關鍵裝備,曾長期被國外“卡脖子”。去年年底,七〇四所自主研發的CTD吊放裝置通過驗收,使這一深海裝備邁入國產化時代。

從伸縮折臂吊、CTD吊,到全海深地質絞車、6000米光電纜絞車,再到水聲通信、水聲定位、多波束等深海聲學設備,“探索二號”共增裝14臺全國產化科考裝備,徹底擺脫長期以來對國外廠家水面支持裝備的依賴,標志著我國在全海深科考作業裝備能力上又進一步。

“滄?!碧柵c“奮斗者”號搭檔,直擊洋底作業第一現場

由于陽光無法抵達,深海區一片漆黑。要想一睹“奮斗者”號在海底的英姿,打光拍照必不可少。與“奮斗者”號一同探秘海底的還有“滄?!碧?,它是一臺全球獨家的深海著陸器,可以進行全海深4K超高清視頻的拍攝、采集和傳輸處理,不僅可以搭載全海深高清相機,直播回傳萬里洋底的實時畫面,還能記錄“奮斗者”號的一舉一動,是后者當之無愧的“御用攝影師”。

此外,“滄?!碧栍幸粋€“小助理”——其內部的移動機器人“凌云”號。它可以在海底自由活動,提供更多角度的照明,為直擊“奮斗者”號洋底作業提供第二機位。

“奮斗者”號與“滄?!碧柌皇峭瑫r“捆綁”入海,二者如何找到對方搭檔作業呢?

據了解,“滄?!碧枙认聺摰胶5?,成為水下拍攝的主機位,并運行預先設置的自動程序,將內部移動機器人“凌云”號喚醒,通過自動程序設計路徑移動,作為水下拍攝的第二機位。

“滄?!碧柧途w后,“奮斗者”號緊隨其后向海底下潛,坐底后通過聲學通信定位和探測雷達,在漆黑的海底找到“滄?!碧?,并從“滄?!碧柕纳戏骄従忨側氘嬅嬷醒?,穩坐鏡頭前。之后,“奮斗者”號和“滄?!碧栔恍枰獙⒏髯源钶d的通信設備互相對準,就可以對話合作了。

“奮斗者”號有一顆強大的中國“心臟”,國產化率超96.5%

下潛深度,標注著中國深潛事業的創新高度?!皧^斗者”號能在萬米洋底勇往直“潛”,得益于有一顆強大的中國“心臟”。

作為我國唯一一臺可以搭載人員下潛到海底一萬米的科考裝備,“奮斗者”號代表了當前深海工程技術領域的頂級水平,更在多個關鍵技術和重要材料領域擁有國產化核心,國產化率超過96.5%。

中國科學院聲學研究所研究員、“奮斗者”號潛航員楊波和他的團隊經歷了從“蛟龍”號、“深海勇士”號到“奮斗者”號的一次次任務?!拜d人深潛突破新的深度紀錄,我們都明白很難,但是必須要完成。實際上,從9000米到11000米,對我們來說都是未知的空白?!睏畈ㄕf,通過科研團隊的充分準備和攻關,團隊得以戰勝一系列“不確定”。

“奮斗者”號全海深載人潛水器是“十三五”國家重點研發計劃“深海關鍵技術與裝備”重點專項的核心研制任務,2016年立項,由七〇二所牽頭,中科院深??茖W與工程研究所等20家科研院所、13家高校、60余家企業,近千名科研人員開展關鍵核心技術攻關。

據葉聰介紹,走向深海第一個難題就是海水帶來的高壓?!皧^斗者”號下潛的馬里亞納海溝最深處,水壓超過110兆帕,相當于2000頭非洲象踩在一個人的背上。如此高壓,意味著潛水器的材料、結構設計等都面臨嚴峻挑戰,“奮斗者”號該如何抗壓?

首先要有一身堅固的“鎧甲”。經過多年上千次的優化測試,中國自主研發的全新高強高韌鈦合金足以應對深海的高壓和沖擊。

搞定材料只是萬里長征第一步,想要成功下潛萬米,還需要極其精密的制造、冷彎、焊接技術,保證球艙的可靠性。研發團隊改進焊接方式,從焊縫多、工期長的傳統“瓜瓣焊接”改為焊縫少、可靠性高的“半球焊接”?!皧^斗者”號鈦合金載人球艙直徑達2米,是世界最大,標志著我國鈦合金材料技術和焊接加工技術已經達到國際領先水平。

除了解決水壓問題,“奮斗者”號還需要解決操控、供氧、電池、照明、影像、自動巡航、水聲通信等一系列問題,還要搭載相關人員、一系列科學設施等在水中完成科考作業,這進一步加大了制造難度。

在“蛟龍”號、“深海勇士”號載人潛水器研制與應用的基礎上,歷經多年艱苦攻關,“奮斗者”號研發團隊在耐壓結構設計及安全性評估、鈦合金材料制備及焊接、浮力材料研制與加工、聲學通信定位等方面實現技術突破,順利完成了潛水器的設計、總裝建造、陸上聯調、水池試驗和海試驗收,具備了全海深進入、探測和作業能力,已轉入試驗性應用階段。

由300米到10909米,逐漸增加的不只是下潛深度

“深海是人類在地球上了解最少的區域,深海地下更是一片未知世界?!焙Q蟮刭|學家、中國科學院院士汪品先這樣評價。

未知多,風險大,潛向萬米海底的路道阻且險。中國深海探索技術事業起步較晚,始于上世紀70年代。1971年,“深潛救生艇研制工作組”即“7103研制工作組”成立。5年后,深潛救生艇設計工作完成。1986年,中國第一艘深潛救生艇完成試驗,下潛深度300米,掀開了我國載人深潛新篇章。

從無到有,由淺入深??茖W家們不斷攻克高壓、密封、腐蝕、絕緣等技術難題,拉近我國深海探索技術與國際先進水平的距離,自主研發載人潛水器的腳步越邁越大。2002年,7000米載人潛水器重大專項立項,而在立項之初,我國研制過的載人潛水器最深下潛深度只有600米。

十年磨一劍。2012年,我國第一臺自主設計和集成研制的7000米級載人潛水器“蛟龍”號問世,刷新當時同類作業型載人潛水器下潛深度7062米的世界紀錄。2017年,我國4500米級“深海勇士”號載人潛水器研制成功,實現“核心技術自主化,關鍵設備國產化”。全海深載人潛水器“奮斗者”號,正是在“蛟龍”號和“深海勇士”號基礎上發展而來的最新成果。

從300米到10909米,這不僅是對自然邊界的探索,更是對合金材料、水聲通信、精密加工等底層技術的探索;逐漸增加的也不只是下潛深度,還有我國為地球板塊運動等科學難題做出的研究貢獻,以及在科技領域自主研發的能力與信心。

研制大深度載人潛水器帶動我國深海能源、材料、結構、通訊導航定位等高新技術和產業全面發展

“奮斗者”號海底作業期間,潛航員通過潛水器搭載的聲學通信系統,表達了巡航海底的感受:“萬米的海底,妙不可言?!?

為什么要潛到這么深?這不僅是好奇心使然。海洋面積占地球面積71%,海水占地球水資源總量97%,深海區域是探索包括生命起源和地球演化在內重大科學問題的必由之路,而進入大洋深淵開展科考并獲得科研樣本是深入推進相關研究、作出原始和基礎性貢獻的重要條件。此外,深海蘊藏著極其豐富的資源,礦物和能源儲量都超過陸地。正因如此,人類一直致力于挺進深海,科學家們也從未停止對各種海洋工作潛水器的研究。

中國一直注重海洋尤其是深海研究,實現“全海深”進入,開展“全海深”科考是中國科學家孜孜以求的目標。也許有人會問,之前我國已經研制出“海斗一號”等萬米級無人潛水器,為什么還要研制萬米級載人潛水器呢?

“從技術角度來說,研制萬米級載人潛水器會推進突破一系列關鍵技術問題?!敝袊茖W院深??茖W與工程研究所研究員包更生解釋說,從科學角度來說,載人潛水器在進行水下科考時機動性、巡航能力更強,可搭載更多科考裝備,因此既要有無人潛水器,也要有載人潛水器。

研制以“奮斗者”號為代表的大深度載人潛水器意義重大。據七〇二所專家介紹,這可以帶動我國深海能源、材料、結構、通訊導航定位等高新技術和產業全面發展,不斷拓展新的應用領域,同時也顯示了我國在深??萍碱I域的科技實力和蘊藏的潛力。

未來,我國潛水器將繼續向全海深譜系化、功能化方向發展,根據不同的任務和目的,選用不同下潛深度的潛水器,為海底資源、地質和深海生物調查,以及科學研究、水下工程、打撈救援和深??脊诺忍峁┲С?。

驚濤駭浪間,大海充滿對生命極限的考驗,但并未阻擋人類勇往直前的腳步。更多像“奮斗者”號一樣的大國重器,將引領人們走向更深更遠。

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