中國(guó)載人深潛： 向海底一萬(wàn)米進(jìn)發(fā)

3月10日，“探索一號(hào)”科考船搭載“深海勇士”號(hào)載人潛水器靠港三亞，圓滿(mǎn)完成了我國(guó)首次覆蓋西南印度洋和中印度洋的TS10深潛科考航次。本航次中，“深海勇士”號(hào)在高海況、海底地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜的西南印度洋和中印度洋熱液區(qū)，創(chuàng)造了一系列中國(guó)載人深潛作業(yè)的新紀(jì)錄。

深海潛水器被認(rèn)為是發(fā)展深海技術(shù)的引擎和集成平臺(tái)，也是開(kāi)展深海科學(xué)研究、資源開(kāi)發(fā)的重要支撐，相關(guān)技術(shù)的進(jìn)步將促進(jìn)深海裝備配套技術(shù)和新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展。2017年科技部等三部門(mén)印發(fā)的《“十三五”海洋領(lǐng)域科技創(chuàng)新專(zhuān)項(xiàng)規(guī)劃》提到的重要目標(biāo)，就是開(kāi)展?jié)撍髯V系化工程。

從“蛟龍”號(hào)到“深海勇士”號(hào)，再到萬(wàn)米載人潛水器，規(guī)劃實(shí)施以來(lái)，我國(guó)潛水器譜系化工程有序推進(jìn)。

“蛟龍”將重返馬里亞納海溝

2012年，“蛟龍”號(hào)在馬里亞納海溝完成最大設(shè)計(jì)深度海試，最大下潛深度7062米，刷新了作業(yè)型載人潛水器的世界紀(jì)錄。由于當(dāng)時(shí)潛水器常態(tài)化業(yè)務(wù)運(yùn)行的條件仍不完備，自然資源部中國(guó)大洋礦產(chǎn)資源研究開(kāi)發(fā)協(xié)會(huì)計(jì)劃用5年時(shí)間開(kāi)展“蛟龍”號(hào)試驗(yàn)性應(yīng)用，完成其從海試向常態(tài)化業(yè)務(wù)運(yùn)行的過(guò)渡。

5年來(lái)，“蛟龍”號(hào)像是一輛深海出租車(chē)，共成功下潛158次，搭載經(jīng)過(guò)培訓(xùn)的科學(xué)家等“乘客”下潛到海洋深處，開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)勘查研究。此前，“蛟龍”號(hào)的母船是已屆退役年限的“向陽(yáng)紅09”船。而今年7月，大修與技術(shù)升級(jí)后的“蛟龍”號(hào)所搭乘的母船將改成“深海一號(hào)”，“蛟龍”號(hào)也將重返馬里亞納海溝。

在2018年12月舉行的“深海一號(hào)”下水儀式上，自然資源部中國(guó)大洋礦產(chǎn)資源研究開(kāi)發(fā)協(xié)會(huì)主任劉峰說(shuō)，這是我國(guó)首艘按照綠色化、信息化、模塊化、便捷化、舒適化和國(guó)際化原則設(shè)計(jì)建造的全球級(jí)特種調(diào)查船，“蛟龍”號(hào)與新母船相配合，將顯著提升我國(guó)精細(xì)探索大洋資源環(huán)境的能力與水平。

國(guó)家深海基地管理中心副總工程師丁忠軍告訴記者，“蛟龍”號(hào)重返馬里亞納海溝會(huì)開(kāi)展為期約40天的適配式海試，預(yù)計(jì)下潛深度7000米，共10個(gè)左右潛次。之后，潛水器將進(jìn)入業(yè)務(wù)化運(yùn)行階段，“深海一號(hào)”將攜“蛟龍”號(hào)在西太平洋馬里亞納海盆，執(zhí)行中國(guó)大洋56航次任務(wù)。

“深海勇士”國(guó)產(chǎn)化率達(dá)95%

下潛深度是深海探索能力的一種象征，深海潛水器國(guó)產(chǎn)化程度和運(yùn)行能力的提高，是確保深海探索能力的關(guān)鍵。作為我國(guó)第二臺(tái)深海載人潛水器，4500米級(jí)載人潛水器“深海勇士”號(hào)的研發(fā)目標(biāo)，是在“蛟龍”號(hào)研制與海試的基礎(chǔ)上，推動(dòng)我國(guó)大深度潛水器關(guān)鍵技術(shù)和核心部件國(guó)產(chǎn)化、功能化、譜系化，并帶動(dòng)深海技術(shù)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

2017年底，課題通過(guò)科技部組織的驗(yàn)收。2018年，“深海勇士”號(hào)完成87次下潛，不僅超過(guò)了美國(guó)“阿爾文”號(hào)2018年度下潛次數(shù)，還創(chuàng)造了我國(guó)潛水器年度潛次紀(jì)錄。2019年2月23日，“深海勇士”號(hào)在中印度洋洋脊熱液場(chǎng)完成了第150次下潛。依據(jù)經(jīng)費(fèi)額度計(jì)算，4500米級(jí)載人潛水器國(guó)產(chǎn)化率達(dá)到95%，這也大大降低了運(yùn)行成本，提高了科考性?xún)r(jià)比。

中科院深海科學(xué)與工程研究所博士李季偉認(rèn)為，在2018年航次中，“深海勇士”號(hào)對(duì)極端海況環(huán)境的適應(yīng)性、全時(shí)段作業(yè)能力大大加強(qiáng)。

在南海科考航次中，“深海勇士”號(hào)在19天里連續(xù)下潛，總計(jì)完成20次下潛，并首次創(chuàng)造了52小時(shí)內(nèi)連續(xù)下潛4次的紀(jì)錄，這包含1次六級(jí)海況的布放和回收，3次夜晚布放及回收，目前在國(guó)際上只有俄羅斯具備夜晚布放與回收的能力。

在西南印度洋科考航次中，“深海勇士”號(hào)在海況惡劣的西風(fēng)帶海域作業(yè)49天，共下潛43次，經(jīng)受住了惡劣海況和復(fù)雜海底地形的考驗(yàn)。來(lái)自國(guó)內(nèi)外8家單位的26名科學(xué)家參加下潛，進(jìn)一步擴(kuò)大了“深海勇士”號(hào)應(yīng)用的開(kāi)放程度，加快了潛水器應(yīng)用的國(guó)際化步伐。

通過(guò)這些航次，我國(guó)形成了與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)接軌的載人潛水器海上運(yùn)行管理規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)志著我國(guó)進(jìn)入從自主研制載人深潛器到擁有世界先進(jìn)運(yùn)行和作業(yè)能力的嶄新時(shí)代。

“中國(guó)深度”期待更高紀(jì)錄

日前，一場(chǎng)特殊的高難度縫合手術(shù)，在北京進(jìn)行。有點(diǎn)特別的是，手術(shù)對(duì)象是由高強(qiáng)度鈦合金材料制成的載人艙球殼的兩個(gè)半球。這臺(tái)手術(shù)的縫合線長(zhǎng)達(dá)6米，手術(shù)“傷口”厚達(dá)105毫米。

作為整個(gè)潛水器里規(guī)格最大的一個(gè)耐壓容器，載人球艙材料十分特殊，球艙成敗直接關(guān)系整個(gè)項(xiàng)目成敗。工程師采用了一種創(chuàng)新的縫合方式——真空電子束焊接，這樣規(guī)格厚度和長(zhǎng)度的“縫合手術(shù)”在國(guó)內(nèi)外從未有過(guò)。焊接是在真空環(huán)境里完成的，工程師在真空室外操作焊槍?zhuān)瑢?duì)準(zhǔn)兩個(gè)半球中間的赤道縫發(fā)射電子束。赤道縫溫度高達(dá)1300多攝氏度，載人艙球殼邊旋轉(zhuǎn)，工程師邊焊接。

中科院金屬所鈦合金研究部副主任雷家峰說(shuō)，焊接必須是一個(gè)連續(xù)的過(guò)程，如果有斷弧再重新起焊，焊接質(zhì)量將會(huì)下降，“我們要求一次成功”。而這只是極限深度帶來(lái)極限設(shè)計(jì)、極致制造的一個(gè)例子。

在“蛟龍”號(hào)和“深海勇士”號(hào)研制經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，2016年，全海深(萬(wàn)米級(jí))載人潛水器項(xiàng)目正式立項(xiàng)。“蛟龍”號(hào)在7000米處的壓力是700個(gè)大氣壓，萬(wàn)米級(jí)載人潛水器還要增加400余個(gè)大氣壓。

萬(wàn)米級(jí)載人潛水器總設(shè)計(jì)師、中船重工702所副所長(zhǎng)葉聰告訴記者，即使有之前的技術(shù)基礎(chǔ)，高壓低溫的深海環(huán)境給球殼焊接、浮力材料測(cè)試、鋰電池質(zhì)量控制、液壓元件適應(yīng)性等都帶來(lái)了前所未有的挑戰(zhàn)。

“很多技術(shù)都經(jīng)歷了曲折坎坷。”葉聰說(shuō)，雖然難度很大，好在有準(zhǔn)備。“去年七月設(shè)計(jì)階段全部完成，現(xiàn)在部件開(kāi)始陸續(xù)到貨，三月進(jìn)入總裝階段。2020年萬(wàn)米級(jí)載人潛水器將完成試驗(yàn)、投入使用，創(chuàng)造新的‘中國(guó)深度’，進(jìn)一步提升我國(guó)海洋探測(cè)能力與研究水平。”

本報(bào)記者 陳 瑜