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中國載人深潛:向海底一萬米進發

2019-3-19 9:27:49 來源:中國礦業報 作者:陳瑜

3月10日,“探索一號”科考船搭載“深海勇士”號載人潛水器靠港三亞,圓滿完成了我國首次覆蓋西南印度洋和中印度洋的TS10深潛科考航次。在本航次中,“深海勇士”號在高海況、海底地質環境復雜的西南印度洋和中印度洋熱液區,創造了一系列中國載人深潛作業的新紀錄。

深海潛水器被認為是發展深海技術的引擎和集成平臺,也是開展深海科學研究、資源開發的重要支撐,相關技術的進步將促進深海裝備配套技術和新興產業發展。2017年科技部等三部門印發的《“十三五”海洋領域科技創新專項規劃》提到的重要目標,就是開展潛水器譜系化工程。

“蛟龍”號到“深海勇士”號,再到萬米載人潛水器,規劃實施以來,我國潛水器譜系化工程有序推進。

“蛟龍”將重返馬里亞納海溝

2012年,“蛟龍”號在馬里亞納海溝完成最大設計深度海試,最大下潛深度7062米,刷新了作業型載人潛水器的世界紀錄。由于當時潛水器常態化業務運行的條件仍不完備,中國大洋礦產資源研究開發協會計劃用5年時間開展“蛟龍”號試驗性應用,完成其從海試向常態化業務運行的過渡。

5年來,“蛟龍”號像是一輛深海出租車,共成功下潛158次,搭載經過培訓的科學家等“乘客”下潛到海洋深處,開展現場勘查研究。此前,“蛟龍”號的母船是已屆退役年限的“向陽紅09”船。而今年7月,大修與技術升級后的“蛟龍”號所搭乘的母船將改成“深海一號”,“蛟龍”號也將重返馬里亞納海溝。

4500米級載人潛水器“深海勇士”號

在2018年12月舉行的“深海一號”下水儀式上,中國大洋礦產資源研究開發協會主任劉峰表示,這是我國首艘按照綠色化、信息化、模塊化、便捷化、舒適化和國際化原則設計建造的全球級特種調查船,“蛟龍”號與新母船相配合,將顯著提升我國精細探索大洋資源環境的能力與水平。

國家深海基地管理中心副總工程師丁忠軍告訴記者,“蛟龍”號重返馬里亞納海溝會開展為期約40天的適配式海試,預計下潛深度7000米,共10個左右潛次。之后,潛水器將進入業務化運行階段,“深海一號”將攜“蛟龍”號在西太平洋馬里亞納海盆,執行中國大洋56航次任務。

“深海勇士”國產化率達95%

下潛深度是深海探索能力的一種象征,深海潛水器國產化程度和運行能力的提高是確保深海探索能力的關鍵。作為我國第二臺深海載人潛水器,4500米級載人潛水器“深海勇士”號的研發目標,是在“蛟龍”號研制與海試的基礎上,推動我國大深度潛水器關鍵技術和核心部件國產化、功能化、譜系化,并帶動深海技術相關產業的發展。

2017年底,課題通過科技部組織的驗收。2018年,“深海勇士”號完成87次下潛,不僅超過了美國“阿爾文”號2018年度下潛次數,還創造了我國潛水器年度潛次紀錄。2019年2月23日,“深海勇士”號在中印度洋洋脊熱液場完成了第150次下潛。依據經費額度計算,4500米級載人潛水器國產化率達到95%,這也大大降低了運行成本,提高了科考性價比。

中科院深海科學與工程研究所博士李季偉認為,在2018年航次中,“深海勇士”號對極端海況環境的適應性、全時段作業能力大大加強。

在南海科考航次中,“深海勇士”號在19天里連續下潛,總計完成20次下潛,并首次創造了52小時內連續下潛4次的紀錄,這包含1次六級海況的布放和回收,3次夜晚布放及回收,目前在國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”號在海況惡劣的西風帶海域作業49天,共下潛43次,經受住了惡劣海況和復雜海底地形的考驗。來自國內外8家單位的26名科學家參加下潛,進一步擴大了“深海勇士”號應用的開放程度,加快了潛水器應用的國際化步伐。

通過這些航次,我國形成了與國際標準接軌的載人潛水器海上運行管理規范和標準,標志著我國進入從自主研制載人深潛器到擁有世界先進運行和作業能力的嶄新時代。

“中國深度”期待更高紀錄

一場特殊的高難度縫合手術,在北京進行。有點特別的是,手術對象是由高強度鈦合金材料制成的載人艙球殼的兩個半球。這臺手術的縫合線長達6米,手術“傷口”厚達105毫米。

作為整個潛水器里規格最大的一個耐壓容器,載人球艙材料十分特殊,球艙成敗直接關系整個項目成敗。工程師采用了一種創新的縫合方式——真空電子束焊接,這樣規格厚度和長度的“縫合手術”在國內外從未有過。焊接是在真空環境里完成的,工程師在真空室外操作焊槍,對準兩個半球中間的赤道縫發射電子束。赤道縫溫度高達1300多℃,載人艙球殼邊旋轉,工程師邊焊接。

中科院金屬所鈦合金研究部副主任雷家峰表示,焊接必須是一個連續的過程,如果有斷弧再重新起焊,焊接質量將會下降,“我們要求一次成功”。而這只是極限深度帶來極限設計、極致制造的一個例子。

在“蛟龍”號和“深海勇士”號研制經驗基礎上,2016年,全海深(萬米級)載人潛水器項目正式立項。“蛟龍”號在7000米處的壓力是700個大氣壓,萬米級載人潛水器還要增加400余個大氣壓。

萬米級載人潛水器總設計師、中船重工702所副所長葉聰表示,即使有之前的技術基礎,高壓低溫的深海環境給球殼焊接、浮力材料測試、鋰電池質量控制、液壓元件適應性等都帶來了前所未有的挑戰。

“很多技術都經歷了曲折坎坷。”葉聰說,“雖然難度很大,好在有準備。去年七月設計階段全部完成,現在部件開始陸續到貨,今年三月進入總裝階段。2020年萬米級載人潛水器將完成試驗、投入使用,創造新的‘中國深度’,進一步提升我國海洋探測能力與研究水平。”□

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