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中国的“深蓝梦”一步步走进现实

南宁晚报 2020-11-15 04:59 大字

10909米是什么概念?来看一组数据:

10米,这是普通人在不携带任何潜水装备可以下潜到的深度;

113米,这是一名法国潜水员创造的裸潜纪录;

332米,这是人在借助水下呼吸器后下潜到的最深纪录;

10898.5米,这是2012年卡梅隆搭乘的“深海挑战者”号下潜到达的深度。

而“奋斗者”号下潜的马里亚纳海沟1万米处,水压超过110兆帕,相当于2000只非洲象踩在一个人的背上。

从百米浅海到万米深海,中国载人深潜事业劈风斩浪的几十年,我国先后突破了多项核心深潜技术。现在,让我们回顾那段历史,感受中国一代代深潜人的“深蓝梦”。

■链接

马里亚纳海沟的探索历史

“万丈深渊”是用来形容深之极的一句成语。世界虽没有这么深(一万丈相当于3.3万多米),但万米深渊是存在的,那就是太平洋中的马里亚纳海沟,它是世界最深的海沟。

●人们推测马里亚纳海沟成型于6000万年前,是由太平洋板块往菲律宾板块下面俯冲形成的,整个俯冲体系全长约2800公里,呈南北走向,海沟的大部分水深在8000米以上。

●自从人类知道马里亚纳海沟的存在之后,一直迫切希望探索其奥秘。1875年“H.M.S.挑战者号”首次探索到其深度,船上的科学家利用一根加重的探绳探测到其深度约为5千米至8千米。1951年,英国皇家海军再次派出“H.M.S.挑战者二号”返回现场用回声测深仪,测量了近11公里的深度。

●1957年8月18日,苏联“斐査兹”号考察船,使用超声波测深仪,发现马里亚纳海沟深度最大处达11034米。苏联“勇士号”调査船考察人员从船上抛下一个重1500公斤的金属物体,该物体经63分钟后才沉到海沟底部。

●1960年1月23日18时23分,美国两位科学家乘“特里斯特”号深潜艇首先深人海底探险,到达了马里亚纳海沟最深点——斐査兹海渊,两人在深渊底部一共停留了20分钟然后安全返回水面。1961年,法国的“阿基米德”号深潜艇,也完成了相似的探险活动。

●2012年3月26日,美国好莱坞著名导演兼探险家卡梅隆乘坐单人潜艇“深海挑战者”号成功下潜至10898米的马里亚纳海沟,随即引起了全世界的关注。2019年4月,美国探险家维克托维斯科沃驾驶“限制因素”号深海探测器抵达海沟深度10927米处。

一步一个脚印

从百米浅海到万米深海,中国载人深潜事业劈风斩浪的几十年,我国先后突破了多项核心深潜技术。

据介绍,我国载人潜水器研发在国际上起步较早,1986年,就研制成功中国第一艘载人潜水器——7103救生艇。虽然它只能下潜300米,航速也只有四节,但在那个年代,是属于最先进的救援型载人潜水器。

随着时间的推移,中国探索海洋的深度也在随之变化,比如1986年的“海人一号”以及1994年的“探索”号等,这些越潜越深的潜水器为水下定位、声呐探测、抗压材料和机械控制等诸多领域积累了经验。

进入新世纪,在国家“863”重点研发计划项目支持下,开始了自主深海潜水器研发。2010年7月,中国第一台自主设计和集成研制的载人潜水器“蛟龙”号下潜深度达到了3759米,从而中国成为继美、法、俄、日之后,世界上第五个掌握3500米大深度载人深潜技术的国家。

此后几年,“蛟龙”号科研团队,瞄准更高目标,不断完善与改进技术装备,解决了海试中碰到的问题和发现的不足,使“蛟龙”号不但拥有世界先进的悬停和自动驾驶功能,还可以抵御海流的干扰,更能在工作时稳稳地“定”在海底。积极践行深海战略,矢志不渝推进载人作业潜水器谱系化。2016年6月,“蛟龙”号7000米级载人潜水器完成了它的终极挑战,最终将纪录保持在了7062米。

向着深渊进发

“蛟龙”号下潜深度已经覆盖全球海洋面积的99.8%,剩下的0.2%被称为深渊,是全球海洋深度的极限。“蛟龙”号研制完成后,科技部就启动了4500米级载人潜水器关键技术攻关工作,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的国产化、功能化、谱系化,并带动深海技术相关产业的发展。围绕这一任务,科技部先后部署了8个项目、课题,共投入中央财政经费约3亿元。

在2016年,国家重点研发计划“深海关键技术与装备”重点专项“全海深载人潜水器总体设计、集成与海试”项目正式立项。同年11月24日,项目启动会召开并宣布组建以中船重工七〇二研究所(现中国船舶重工集团公司七〇二研究所)为总体集成单位的“全海深载人潜水器项目群”,正式成立项目群协调管理组和总师组。本次启动会也标志着我国全海深载人潜水器研制工作全面拉开帷幕。

在相关专家看来,与10年立项、10年研制的“蛟龙”号不同,我国的第二代载人潜水器——“深海勇士”号从研制立项到海试交付只用了短短8年,且国产化程度更高,实用性更强。而早在2016年“深海勇士”号尚未下水的情况下,万米级载人潜水器就开始同步研制。2018年初,中国的全海深载人潜水器的浮力材料完成了定型测试,开始生产。为验证全海深载人潜水器全新研制的浮力材料,研究人员在中国科学院深海科学与工程所的实验室里进行了一系列不同的测试试验,包括把它放在标准的万米海水压力环境中进行测验;增加试验倍数,用更高的压力来测试浮力材料的性能等。2020年4月22日,万米载人潜水器征名活动正式推出。一经推出,就在网络上掀起热潮,近十万名网友参与,为万米载人潜水器命名,最后由专项总体专家组、业主单位、科研团队代表组成的评议组评议,潜水器名字最终出炉:“奋斗者”号。

万米海底诱惑

今年6月8日,由中国科学院沈阳自动化研究所主持研制的“海斗一号”全海深自主遥控潜水器,在马里亚纳海沟成功完成了首次万米海试与试验性应用任务,最大下潜深度10907米,刷新当时我国潜水器最大下潜深度纪录,同时填补了我国万米作业型无人潜水器的空白。

而“奋斗者”号载人潜水器融合了之前两台深潜装备的优良血统,采用了安全稳定、动力强劲的能源系统,还拥有更加先进的控制系统和定位系统以及更加耐压的载人球舱和浮力材料。

记者从相关部门了解到,“奋斗者”号是国家“十三五”重点研发计划中深海关键技术与装备专项支持的深海重大科技装备,中国船舶重工集团公司七〇二研究所作为全海深载人潜水器的总体单位。该项目2016年正式立项,主要以“蛟龙”号、“深海勇士”号载人潜水器的科研团队为主,承担了研发任务。

4年来,“奋斗者”号科研团队经过方案设计、初步设计和详细设计,攻克了一系列技术难题,今年2月按计划完成了总装和陆上联调,3月开展水池试验。在水池试验过程中,总共完成了包括全流程考核,多名潜航员承担水池下潜培训等25项测试任务。

目前,除了载人潜水器,我国还有“海斗”号、“海燕”号和“海翼”号等许许多多的无人潜水器。其中,“海斗”号有远程遥控和自动作业两种模式,是中国首台万米级科考潜水器,让中国拥有了自主研究万米深海的能力。

大国重器全海深载人潜水器

全海深载人潜水器是对一个国家海洋工程相关的材料技术、密封技术、工艺技术的重大挑战。

深海锂电池

“奋斗者”号在深达万米的海底持续作业六个小时,需要潜水器本身有充足的能源。经科研团队不懈努力突破技术盲区后研发出了“深海锂电池”,它能够在一万五千米海水压力下稳定供电。

机械手

“奋斗者”号上这双灵活的机械手可以360°转动,这个机械手的操作精度达到了1厘米,可以轻松的完成水下布放、拾取等精准操作。

可弃压载

潜水器要想完成下潜上浮,离不开自身的压载铁。“奋斗者”号身上装配了四块压载铁,总重量将近2吨,当“奋斗者”号完成作业,准备上浮的时候,它会抛出两块压载铁,开始上浮。

钛合金载人舱

“奋斗者”号需要顶住巨大的海底压力,安全载人潜入万米深海。为保证载客量,载人舱要足够大;而为了减轻潜水器的负担,球舱又不能太重。为了承受万米海压,做成又大又轻又坚固的载人舱至关重要。

国产新型钛合金材料就是解决这一问题的关键。

经过多年的不断优化和上千次的测试,中国自主研制的新型钛合金终于问世。强度高、韧性好,可以容纳最多3名乘客安全地在海底进行科考任务。“奋斗者”号载人潜水器就是用了直径高达2米、世界最大的钛合金载人舱球壳,可以一次乘坐3名成员。这一技术标志我国在钛合金材料技术和焊接加工技术上,达到了国际领先水平。

■资料

马里亚纳海沟

马里亚纳海沟位于菲律宾东北、马里亚纳群岛附近的太平洋底,北起硫黄岛、西南至雅浦岛附近。全长2550千米,为弧形,平均宽70千米。据估计,这条海沟已形成6000万年。

这里水压高、完全黑暗、温度低、含氧量低,且食物资源匮乏,因此成为地球上环境最恶劣的区域之一。如果把世界最高的珠穆朗玛峰放在沟底,峰顶将不能露出水面。不少登山家成功地征服了珠穆朗玛峰,但探测深海却极其困难。

再现海底地形地貌

“奋斗者”号下潜到万米深处的海底时,“全海深”全景3D虚拟直播根据“奋斗者”号收集的数据,绘制海底的地形地貌,为观众呈现马里亚纳海沟的海底真相。

在那暗无天日的深渊里他们看到了什么?

1960年1月23日8点23分,美国海军中尉唐纳德·沃尔什与雅克·皮卡德驾驶“的里雅斯特”号直径2米的耐压球内,勇敢地沉向一个遥远的黑暗的世界。在船体下降的过程中,能够听到船舱因受压变形发出的巨大响声。因此两人承受了不小的精神压力。

12点06分,“的里雅斯特”号底部轻轻地触及了海底,第一次史无前例的潜航抵达海沟底部。艇上系统显示深度为11521米,但后来修正为10916米。

在跟随船舱下降到马里亚纳海沟底部后,两人通过舷窗观察窗外的景象。借助船体的照明灯他们在海沟底部看到一些虾类和类似于比目鱼的物种,海沟底部是一片光洁、伴着细沙的硅藻荒地。黑暗的远处还可以看到一些发着微弱光亮的微生物在水中悬浮漂流。由于当时技术条件的限制,他们并未得到有价值的科考资料。

2019年4月,美国探险家维克托维斯科沃驾驶“LimitingFactor”号深海探测器抵达海沟深度10927米处,刷新了最新下潜纪录。他借助于潜水器花了四个小时探索沟底,发现了一些生物。除此之外,他还在那里发现了一些塑料垃圾和一些糖果包装纸。不得不说人类所产生的海洋垃圾对环境的渗透已经超乎所有人的想象。更让人觉得讽刺的是,在人类未能到达的地方,那些塑料垃圾已经先于人类到达了。本版文字综合新华社、中新、《北京青年报》报道

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