中国载人深潜: 向海底一万米进发

4500米级载人潜水器“深海勇士”号

3月10日,“探索一号”科考船搭载“深海勇士”号载人潜水器靠港三亚,圆满完成了我国首次覆盖西南印度洋和中印度洋的TS10深潜科考航次。本航次中,“深海勇士”号在高海况、海底地质环境复杂的西南印度洋和中印度洋热液区,创造了一系列中国载人深潜作业的新纪录。

深海潜水器被认为是发展深海技术的引擎和集成平台,也是开展深海科学研究、资源开发的重要支撑,相关技术的进步将促进深海装备配套技术和新兴产业发展。2017年科技部等三部门印发的《“十三五”海洋领域科技创新专项规划》提到的重要目标,就是开展潜水器谱系化工程。

从“蛟龙”号到“深海勇士”号,再到万米载人潜水器,规划实施以来,我国潜水器谱系化工程有序推进。

“蛟龙”将重返马里亚纳海沟

2012年,“蛟龙”号在马里亚纳海沟完成最大设计深度海试,最大下潜深度7062米,刷新了作业型载人潜水器的世界纪录。由于当时潜水器常态化业务运行的条件仍不完备,自然资源部中国大洋矿产资源研究开发协会计划用5年时间开展“蛟龙”号试验性应用,完成其从海试向常态化业务运行的过渡。

5年来,“蛟龙”号像是一辆深海出租车,共成功下潜158次,搭载经过培训的科学家等“乘客”下潜到海洋深处,开展现场勘查研究。此前,“蛟龙”号的母船是已届退役年限的“向阳红09”船。而今年7月,大修与技术升级后的“蛟龙”号所搭乘的母船将改成“深海一号”,“蛟龙”号也将重返马里亚纳海沟。

在2018年12月举行的“深海一号”下水仪式上,自然资源部中国大洋矿产资源研究开发协会主任刘峰说,这是我国首艘按照绿色化、信息化、模块化、便捷化、舒适化和国际化原则设计建造的全球级特种调查船,“蛟龙”号与新母船相配合,将显著提升我国精细探索大洋资源环境的能力与水平。

国家深海基地管理中心副总工程师丁忠军告诉记者,“蛟龙”号重返马里亚纳海沟会开展为期约40天的适配式海试,预计下潜深度7000米,共10个左右潜次。之后,潜水器将进入业务化运行阶段,“深海一号”将携“蛟龙”号在西太平洋马里亚纳海盆,执行中国大洋56航次任务。

“深海勇士”国产化率达95%

下潜深度是深海探索能力的一种象征,深海潜水器国产化程度和运行能力的提高,是确保深海探索能力的关键。作为我国第二台深海载人潜水器,4500米级载人潜水器“深海勇士”号的研发目标,是在“蛟龙”号研制与海试的基础上,推动我国大深度潜水器关键技术和核心部件国产化、功能化、谱系化,并带动深海技术相关产业的发展。

2017年底,课题通过科技部组织的验收。2018年,“深海勇士”号完成87次下潜,不仅超过了美国“阿尔文”号2018年度下潜次数,还创造了我国潜水器年度潜次纪录。2019年2月23日,“深海勇士”号在中印度洋洋脊热液场完成了第150次下潜。依据经费额度计算,4500米级载人潜水器国产化率达到95%,这也大大降低了运行成本,提高了科考性价比。

中科院深海科学与工程研究所博士李季伟认为,在2018年航次中,“深海勇士”号对极端海况环境的适应性、全时段作业能力大大加强。

在南海科考航次中,“深海勇士”号在19天里连续下潜,总计完成20次下潜,并首次创造了52小时内连续下潜4次的纪录,这包含1次六级海况的布放和回收,3次夜晚布放及回收,目前在国际上只有俄罗斯具备夜晚布放与回收的能力。

在西南印度洋科考航次中,“深海勇士”号在海况恶劣的西风带海域作业49天,共下潜43次,经受住了恶劣海况和复杂海底地形的考验。来自国内外8家单位的26名科学家参加下潜,进一步扩大了“深海勇士”号应用的开放程度,加快了潜水器应用的国际化步伐。

通过这些航次,我国形成了与国际标准接轨的载人潜水器海上运行管理规范和标准,标志着我国进入从自主研制载人深潜器到拥有世界先进运行和作业能力的崭新时代。

“中国深度”期待更高纪录

日前,一场特殊的高难度缝合手术,在北京进行。有点特别的是,手术对象是由高强度钛合金材料制成的载人舱球壳的两个半球。这台手术的缝合线长达6米,手术“伤口”厚达105毫米。

作为整个潜水器里规格最大的一个耐压容器,载人球舱材料十分特殊,球舱成败直接关系整个项目成败。工程师采用了一种创新的缝合方式——真空电子束焊接,这样规格厚度和长度的“缝合手术”在国内外从未有过。焊接是在真空环境里完成的,工程师在真空室外操作焊枪,对准两个半球中间的赤道缝发射电子束。赤道缝温度高达1300多摄氏度,载人舱球壳边旋转,工程师边焊接。

中科院金属所钛合金研究部副主任雷家峰说,焊接必须是一个连续的过程,如果有断弧再重新起焊,焊接质量将会下降,“我们要求一次成功”。而这只是极限深度带来极限设计、极致制造的一个例子。

在“蛟龙”号和“深海勇士”号研制经验基础上,2016年,全海深(万米级)载人潜水器项目正式立项。“蛟龙”号在7000米处的压力是700个大气压,万米级载人潜水器还要增加400余个大气压。

万米级载人潜水器总设计师、中船重工702所副所长叶聪告诉记者,即使有之前的技术基础,高压低温的深海环境给球壳焊接、浮力材料测试、锂电池质量控制、液压元件适应性等都带来了前所未有的挑战。

“很多技术都经历了曲折坎坷。”叶聪说,虽然难度很大,好在有准备。“去年七月设计阶段全部完成,现在部件开始陆续到货,三月进入总装阶段。2020年万米级载人潜水器将完成试验、投入使用,创造新的‘中国深度’,进一步提升我国海洋探测能力与研究水平。”

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责任编辑:符雪苑
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