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载人潜水器装上“中国芯” 向深海11000米进发 通信系

发布日期:2021-01-29 21:02   来源:未知   阅读:

  原标题:[探秘]厉害了!载人潜水器跳动“中国芯”!向深海11000米进发!

  深海潜水器是海洋技术开发的前沿和制高点之一,体现着一个国家的综合技术力量。2012年我国首台自主设计、研制的作业型深海载人潜水器“蛟龙”号,创造了7026米的世界最深下潜记录,让中国成为继美国、法国、俄罗斯、日本后,第五个拥有深海勘探能力的国家。圆满完成海试任务的“蛟龙”号从哪里诞生?它的成功需要克服哪些技术难题?《经济半小时》记者走近“蛟龙”,听听它的故事。

  十年磨一剑 “蛟龙”号进军海洋深处

  经济半小时记者李雪峰:这里是国家深海基地潜水器实验室,在我身旁摆放的就是“蛟龙”号一比一的复原模型,“蛟龙”号是我国自行设计,集成研制的载人潜水器,它长度是8.2米,宽3米,高3.4米,最大的下潜度是7062米,它创造了世界上同类型载人潜水器最大的下潜记录。也就意味着“蛟龙”号可以在全世界99.8%的海域内自由行动。

  2012年6月24日,这一天注定是一个载入史册的日子,7000米深海的“蛟龙”号潜水员与相隔几百公里外“翱翔”天宫的宇航员,穿越漫漫天际,互致问候。

  “蛟龙号”、“天宫一号”里6位中国人实现了,中华民族“上九天揽月,下九洋捉鳖”的夙愿。中国成为美、法、俄、日之后世界上第五个掌握大深度载人深潜技术的国家,让中国人站上了深海勘探的世界舞台。

  “蛟龙”号总设计师 徐岂南:我们研制蛟龙号是能够进入深海的关键装备,能提高我国对深海战略资源的开发能力,提升我国治理海底治理的话语权。

  2002年6月,科技部正式把7000米载人潜水器,也就是“蛟龙号”列为国家863计划重大专项科研任务。载人潜水器总师单位,702所联合中科院沈阳自动化所、中科院声学所负责潜水器本体研制任务,同时承担总装与集成、潜航员培训等工作。中船重工702所徐岂南教授,担任总设计师,年逾古稀的徐岂南带领团队,开启了一条艰难漫长的研发之路,7000米水下深度耐压安全技术,成为了突破重点。

  徐岂南:这么大的一个巨大的水压,作为一个比喻就相当于,法国巴黎的埃菲尔铁塔十五座左右的这么一个重量,这么大的压力压在这个外面。

  蛟龙号研发团队,在国外封锁技术,原材料等复杂条件下,通过与国内100多家科研、生产单位,历时10年的基础研究、技术攻关,攻克了7000米大深度耐压、密封、安全技术,可靠水声通信,深海复杂环境下精细作业等一系列世界性难题。2009年蛟龙号总装试验完成,但这只是蛟龙号走向深海的第一步,海试才是真正的考验。

  2009年8月6日,向阳红09号考察船奔赴南中国海,正式开启了蛟龙号挑战深海极限的艰难征程。海试注定是一波三折的,第一次下潜的“蛟龙”号,刚下潜50米水声通信系统就出现了故障,不久电池的问题也被发现。

  面对困难和危险,研发团队临危不乱,将一个个故障排除 。2010年5月经过了八大技术攻关改造的蛟龙号再赴南海,开始了3000米海试任务,6月20日,蛟龙号下潜到1800米后,发生了接地检测数值升高的突发情况,这意味着海水对电路的腐蚀将会急剧累加,潜水器出现漏水的危险。危机时刻,潜航员沉着冷静,果断应对,潜水器上的设备逐一断电查找故障,直到下潜深度达到2400米,绝缘故障的设备才被排除,化险为夷。

  时隔两年,2012年6月3日,向阳红09船搭载着蛟龙号向马里亚纳海进发,执行7000米级载人深潜海试任务。对整个研发团队而言,这次的海试就是期末考试。6月24日,早晨5点,身着红白戎装的潜水器起调,入海,很快以每分钟41米的速度向深海进发,一千米,三千米,五千米,这些曾经带给海试工作带来巨大困难和荣誉的熟悉深度,被蛟龙号甩在了身后。

  2012年6月24日9点15分,潜航员叶聪从海底向母船报告,蛟龙号成功下潜到马里亚纳海沟7000米。随后蛟龙号一鼓作气,进行了50、51次下潜,2012年6月27日,“蛟龙”号创造了最大深潜记录7062米。

  2012年7月16日上午,随着“向阳红09”船顺利返抵青岛,为期44天的蛟龙号载人潜水器7000米级海试任务圆满完成,标志着蛟龙号历时10年的研制和海试工作圆满结束。

  徐岂南:我们要深海进入,要深海探测,要深海开发,所以我们蛟龙号这种潜水器这种装备,就是为第一步进入跟探测服务的,没有我们蛟龙号这样的装备,我们用中国的老话就是望洋兴叹。

  蛟龙号厘米级测绘地貌 世界上首次水下成功传输图像声音和文字

  蛟龙号的研发团队 “十年磨一剑”,填补了我国载人潜水器的空白,并创造了世界最大的下潜记录,让国人为之振奋。然而这只是蛟龙号走向深海大洋的第一步,想要真正业务化、常态化运行,还要经历实验性应用这一关。2013年7月,蛟龙号正式交付国家海洋局开展实验性应用,4年多时间过去了,试验应用效果到底如何呢?

  2015年3月17日,搭载“蛟龙”号载人深潜器的母船“向阳红09”船,结束了在印度洋的科考任务,停靠在青岛母港的国家深海基地码头,至此这里成为了“蛟龙”号的新家。

  基地管理中心副总工程师丁忠军告诉记者,“蛟龙”号是我国深海高技术装备发展的一座里程碑,在技术上有四大优势,除了下潜深度深以外,还有三个。第一就是它的水声通信系统,研制了国际首例可传输图像、数据、文字和语音等信息的潜水器水声通信系统。第二是它精细的地形地貌测绘技术,拍摄图像最高分辨率可达到厘米级。第三就是可以自动驾驶,并且有出色的悬停地位技术,它可以实现海底精准定高,悬停定位。

  唐家陵今年33岁,大学毕业后进入国家海洋局北海分局,通过层层选拔成为了我国培养的首批潜航员 ,他参与了蛟龙号潜水器1000米至7000米海上试验,并创纪录地成功下潜至7062米,可谓战功卓著。

  跟航天员不同,潜航员要具体负责对载人潜水器的日常的检修维护,检修维护工作由潜航员牵头,组织技术团队实施。作为我国第一艘载人潜水器,蛟龙号平日的维护保养是一项至关重要的工作。

  蛟龙号的前部是设备最多,也是机械最复杂的部分。圆形的观察窗是蛟龙号的眼睛,通过它能窥见广阔而神秘的海底世界,除了三个观察窗,两个机械手、一个回收栏以外,还集中了15套照明设备及7套影像装置。其中两只机械手分工明确,需要交替配合操作,操作难度最大。

  蛟龙号水下作业最长时间近12小时,在此期间,潜航员只能靠吃巧克力、牛肉干充饥,不能休息,一直是高度紧张的工作状态。对于潜航员来说,每一次下潜,都是对耐力的极大考验。

  《经济半小时》记者看到“蛟龙”号驾驶仓的直径是2.1米,里面有各种仪器电脑几十台,还有几十个灯接近上百个显示的按纽,操作面板就是蛟龙号的控制核心,所有的关键操作都在上面,有的操作甚至只有0.1个毫米的动作,要求手的精确操作非常高。

  五年来,在国家深海基地技术运行团队的保障下,蛟龙号在涵盖海山、冷泉、热液、洋中脊、海沟、海盆等典型海底地形区域,实现了100%安全下潜,充分验证了蛟龙号的性能,在西南印度洋和西北印度洋热液区复杂地形下,蛟龙号在深海海底发现大面积黑烟囱,这些黑烟囱就是海底热泉,原理和火山喷泉类似,喷出来的热水就像黑烟囱一样,这些烟柱则是由喷发出的硫化物堆集而成。蛟龙号对其中一个11米高黑烟囱,在其顶部直径5厘米喷口内,对379.7℃的热液进行取样和连续温度测量。

  国家深海基地中心 潜航员唐嘉陵:这个对我们操作要求非常高的,而且一般在孔里面保持接近十分钟,让探针不动维持最高的高度。一旦失误就可能前五分钟十分钟白费了,全部重新来。

  就在一个多月前,蛟龙号刚刚结束了为期142天的中国大洋第38航次科考之旅,首次对西北印度洋进行了海底勘探。第144次下潜成功地在马里亚纳海沟6300米深度,开展了搜寻工作,并回收第122次下潜布放的气密性保压序列采水器,在国际上首次实现时隔一年在6000米深海底对科学仪器的定点搜寻与回收。

  中国大洋第38航次科考二三航段 前方总指挥 邬长斌:这个就是我们证明了蛟龙号在精确的定位能力,另外我们回收打捞的能力,这一点是非常难能可贵的。

  蛟龙号自试验性应用以来,先后在七大海区开展了下潜作业,取得了一系列勘探成果。初步查明了南海冷泉区和海山区生物群落特征,6个新物种及3个生物群落等新一系列发现,并初步圈定了1000米级多金属结核试验区的目标靶区,获得了高质量结核、结壳样品及数据资料,为我国科学家在深海大型底栖生物分类学和生物多样性领域的研究提供了有利条件。为深入研究南海铁锰成矿作用等科学研究提供了支撑,也为后续开展采矿环境影响评价打下了基础。  

  邬长斌:我们在矿区的资源评价,环境特征的研究过程中,也起到很重要的作用,这一点在过去都是无可替代的。

  自2013年6月至今,蛟龙号共完成4个试验性应用航次,在6大海区,开展了101个蛟龙号潜次作业。历时517天,航行87225.5海里,参航人员高达1000人次以上,完成了262站位配套的常规调查海上调查,获得了高质量的珍贵地质与生物样品共计约3860件。

  “蛟龙号”计划于2019年前完成大修和技术升级,随后进行业务化运行。“蛟龙号”完成升级改造之后,将沿“一带一路”及全球主要海区进行一次环球科考航次。

  国家深海基地管理中心主任 于洪军:环球航次就是三龙同时作业,潜龙、海龙和蛟龙同船作业,最大效力地发挥作用,也会发生它的一些,包括我们提升话语权,帮助一些沿海“一带一路”国家实现一些海洋的培训,一些合作。

  载人潜水器装上“中国芯”正向11000米进发

  蛟龙号的研制成功,使我国站上了深海探测的世界舞台,大幅提升了我国的自主研发能力,并且带动了我国深海装备制造业的发展。前不久蛟龙号的“同胞”兄弟,我国第二台载人潜水器在无锡下水测试。 

  2017年 5月28日,中船重工702研究所,蛟龙号诞生的地方,4500米载人潜水器在702所专用水池,进行了长达6个小时的全流程水池试验,测试显示各项指标正常,符合设计预期。

  中船重工702所4500米载人潜水器试航员 张伟:我们主要完成三大项重要内容,第一项就是在水池中央进行作底操作机械手进行作业,然后就是上浮到水面,进行一个定身定项的首操和自动的一些航行,然后就是对于全系统的一个功能的测试和负荷。

  在外型上,“蛟龙号”和4500米载人潜水器并没有太大的区别,观察窗从3个变成了5个,但新的潜水器拥有一颗“中国心”,专家介绍说,“蛟龙号”上有许多部件都是进口的。经过多年的努力,我国先后攻克了钛合金载人舱球壳制造、大深度浮力材料制备、深海推进器等多项核心技术,使我国在深海核心装备国产化方面取得了显著进步。

  中国工程院院士吴有生:刚开始我们研制“蛟龙号”的时候,国内的能力还是有限的,那么厚的钛合金板制造不了,我们只能买俄罗斯的钛合金板,请俄罗斯加工,使用“蛟龙号”的时候,我们就在开发这个技术,因此“蛟龙号”成功了,我们能力也具备了,用到了4500米载人潜器上,材料是我们制造的,加工是我们加工的。

  我国自主研制的4500米载人潜水器的核心部件全部实现了国产化,整体国产化率超过了90%。在性能方面,4500米潜水器也比蛟龙号有大幅提升,锂电池替代了原来的银芯电池,电池可用次数从原来的50次增加到500次。设计寿命也从一年变成了现在的五年,但是成本却只有原来的一半。

  我们有了能下潜到7000米的深度蛟龙号,为何中国还要研制4500米载人潜水器呢?吴有生院士介绍说,这个深度基本上覆盖了中国主要海域和国际海域资源可开发的深度,4500米深度覆盖整个南海的探测、下潜、开发等方面的需求,大部分活动和经济活动、军事活动都将在这个层面上展开。

  世界上海底最深的地方,深度超过一万米。此次新的载人潜水器4500米的探测能力,并不是我国自主研制的最终目标。在4500米的基础上,未来我国的载人深潜还会有更多的期待。吴有生院士介绍说,目前我国已经部署了11000米深度的项目,现在已经开始研发,预计能在2020年下水。

  吴有生:“蛟龙号”的意义在哪里呢?它向我们展示了中国人是有能力走向深海的,因此在开放深海的初级阶段中国人应该有所作为,因此我们国家重视深海战略,要研究深海战略,而且我们应该有自相信,在深海科学研究领域,尤其在南海科学研究领域,我们应该争取在不久的将来成为世界领跑者。

  半小时观察:深海潜水器助力探索未知世界

  目前,我国已形成了1000米、4500米、7000米到万米级全海深潜水器的研制能力。作业功能覆盖海洋科研、大洋矿产资源开发、搜救打捞、旅游观光等。深海潜水器的研制成功,标志着我国深海科技创新能力正在从“跟随”向“并行”、“领先”转变。当前人类对海洋的认识仍然有限,尤其对深海的认知还不如对月球表面的认识程度,而这些深海“蛟龙”将为我们发现更多大洋深处的宝藏,揭开更多深海下不为人知的奥秘。

责任编辑:张迪