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斯泰工业:从“蛟龙”号到“深海勇士”号,我国潜水器谱系化工程有序推进

时间:2019-08-13 10:59:14  来源:  作者:

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。

从“蛟龙”号到“深海勇士”号,我国潜水器谱系化工程有序推进

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,自动化设备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机械设计——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化工设备。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。”


“蛟龙”号载人潜水器刷新我国在深海大洋的历史深度

从“蛟龙”号到“深海勇士”号,我国潜水器谱系化工程有序推进

在中国载人航天工程成功实施之后,中国人又从天上潜入了海底。作为潜入海底的利器,“蛟龙”的一举一动备受关注。


在“蛟龙”号下潜深度成功突破5000米时,部分媒体分析起了它的名字。《日本时报》报道称,“蛟龙”号的名字来自古代中国海底的神龙。中国从2002年开始正式启动深海探测器项目,用10年时间成就了“可下五洋捉鳖”这一古人的梦想,跻身世界深海俱乐部。


在惊叹中国深海技术探索突飞猛进的同时,很多人对这一先进中国探测器的外壳材料感到好奇。英国《每日电讯报》报道称,这艘潜水艇由钛金属密封而成,其最大下潜深度为7000米。


1960年,美国利用目前已经退役的深海潜水器“的里雅斯德”号,将两名潜水员送入距离地面11034米的马里亚纳海沟。美国海军也曾经运营三艘载人潜水器,其中一艘名为“海崖”的潜水器能下潜6000米,但自其1998年退役后,美国就没有新的潜水器来接任。美国《费城号角》杂志曾用“中国从容成为世界深海探测领导”为题,报道“蛟龙”号5000米级下潜。


2012年,“蛟龙”号完成7000米级设计下潜,最大下潜深度达到7062米。2013年—2017年,“蛟龙”号执行试验性应用阶段任务,足迹遍布七大海区,百分之百安全下潜,潜入海山区、冷泉区、热液区、洋中脊……


从2002年立项到海试成功,再到试验性应用完成,“蛟龙”号这台自主设计、自主集成的载人潜水器刷新了我国在深海大洋的历史深度。实际上,作为深海资源勘探等国家计划的技术和装备支撑,我国科学家基于“蛟龙”号下潜调查而发表的论文已达41篇,为我国抢占国际深渊科学研究前沿提供了强有力的支撑。


国外媒体近日推出的一部重磅纪录片,再次把人们的关注点引向“蛟龙”号。


纪录片记录了一段潜航员傅文韬驾驶“蛟龙”号和队友潜入印度洋海平面下3000米热液区的经历。这是外媒首次跟踪拍摄我国“蛟龙”号载人潜水器的深海探索过程。其中很多首次公开的画面,令外界颇感震惊。


纪录片称,中国科学家正在进行一项大胆的深海任务,去从未有人类踏足的地方探寻,那里有着丰富稀有的资源和独特的生物种类。该纪录片播出不久后,就获得大批外国网友点赞。有人说:“很难在西方媒体看到这样客观的中国故事。”


加强协同创新培养海洋“潜”实力


改革开放以来,我国海洋科学与技术在基础理论、关键技术、应用研究等方面取得了巨大的进步。

从“蛟龙”号到“深海勇士”号,我国潜水器谱系化工程有序推进

在世界海洋科技发展日新月异、竞争日益激烈的大背景下,我们也要清醒地看到,虽然我国海洋科技取得长足进展,也还存在着巨大挑战和一些瓶颈。


海洋占地球表面超过70%,我们对2000米以下的深海的认知尤为缺乏,存在很多空白。而海洋空间的广阔性,运动时空尺度的高度复杂性,学科的高度交融性,观测与探测的高投入、高成本、高风险,决定了需要跨学科、跨院校、跨部门、跨行业的协同创新。


与发达国家相比,我国在深海领域研究起步晚,在装备和技术体系建设方面差距大,如海洋传感器、海洋高性能材料、海洋高端装备等一批关键共性技术被国外垄断,斯泰工业水下小微核能、水下高精度导航定位、水下超高速推进等前沿技术亟须超前部署、长期投入,海洋科技成果的供给质量和效率有待提高,海洋科技对沿海地区经济增长和社会发展的贡献作用有待进一步增强。


此外,我国缺少可以机械加工为国家重大战略需求保障、核心创新能力提升提供支撑的海洋领域重大科技基础设施。


现有的海洋科技平台、设备等建设规模小且布局分散于各地区或不同业务部门,未能实现有效机械加工的资源共享机制,不能满足科学研究与技术研发、海上试验和成果推广的应用需求。


针对上述瓶颈与问题,建议充分发挥重大科技创新基地、重大科技任务、重大科技基础设施的作用,并促进三者有机结合、融合发展,着力推动海洋科技向创新引领型转变。


要大力发展海洋科技,需要加快推进体制机制改革,通过整合全国优势创新资源、聚集国内外一流人才,强化各学科方向、人才队伍、重大创新平台等要素的系统规划与统一配置,建立符合大科学时代科研规律的多层次、跨学科、大协同的科学研究组织形式,并同其他各类科研机构、大学、企业研发机构等形成功能互补、良性互动格局,为我国海洋科技发展提供源源不断的强大创新动力。


要解决海洋领域核心关键技术受制于人的问题,关键是增强科技攻关能力,强化自主创新成果的源头供给。


应在重点领域超前部署、大胆探索,通过任务目标的科学梳理、凝练与布局,加强技术团队的学科交叉与协同攻关,强化新原理、新方法创新与已有技术的完善,多项并举才能掌握海洋科技发展主动权,解决“卡脖子”问题。


习近平总书记说过:“真正的大国重器工业新闻,一定要掌握在自己手里。”加强对海洋领域重大科技基础设施的投入,探索建立共建共享共用机制,可以更好地服务国家重大科研项目,助力我国抢占国际海洋科技创新制高点。

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