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“奋斗者”号在万米级拥有综合性技术实力 实现多项重大技术突破

发布时间:2021/3/22 13:17:00
3月16日,“奋斗者”号全海深载人潜水器交付活动在三亚举行。
当天,中国船舶集团有限公司第七〇二研究所(简称中国船舶702所)与中国科学院深海科学与工程研究所(简称中科院深海所)签署了《全海深载人潜水器“奋斗者”号交付备忘录》。
这标志着中科院深海所正式负责“奋斗者”号的后续运维与管理。这个消息传出,引起了国内外的高度关注。
到底什么是全海深,万米潜水器的研制有着怎样的价值和意义?我国研制全海深载人潜水器经历了哪些艰难过程,其技术在国际处于怎样的水平?未来全海深载人潜水器又将应用在哪些方面,还有哪些关键技术需突破?
3月20日,科技日报记者采访了相关研制和海试专家。
全球共有37条超过6000米的海斗深渊
同济大学海洋与地球科学学院院长、“深海勇士号/奋斗者号”载人潜水器用户科学指导委员会主任翦知湣告诉记者,所谓全海深是指所有海深。如,位于西太平洋的马里亚纳海沟是已知的海洋最深处,深约11000米。
“今天,地球上仍然有人类未曾触及和认识的深海空间——海斗深渊。这类深海分布在大洋板块向大陆板块俯冲的地带上,水深范围从6000米到11000米左右,被科学家称为‘海斗深渊’‘超深渊’或‘海沟’,代表着地球上最深的海洋区域。”中国船舶702所副所长叶聪说。
叶聪介绍,据统计,全球共有37条超过6000米的海斗深渊,所涉海域接近于我国的陆地面积。这些海斗深渊5个分布在大西洋,4个分布在印度洋,28个分布在太平洋。进入科技发展的新阶段,海斗深渊极为独特的生命、环境和地质现象,促使各国生物学家、环境学家、化学家、物理学家、气候学家……都将目光聚焦在海斗深渊上。
记者了解到,近10多年来,随着深海工程技术的进步,海斗深渊科学已成为国际地球科学尤其是海洋科学最新的研究前沿。目前,已有多个国家先后启动了针对海斗深渊的科学研究计划,如日本和英国资助的HADEEP计划、美国基金会支持的HADES计划等,并正在紧锣密鼓地实施之中。如HADEEP则是英国和日本之间的一个国际合作项目,已经在全球5个海斗深渊中投放了全海深着陆器,对深渊生命科学开展系统研究。
事实上,长期以来,科学界对海斗深渊生命、环境和地质过程的了解十分有限。在我国“蛟龙”号深海潜水器之前,几个先驱国家(美国、日本、英国、新西兰等),使用深拖、抓斗、沉积柱采样器、生物诱捕器、着陆器、潜标、载人或无人潜水器等技术手段,对马里亚纳海沟、阿留申海沟、克马德克海沟、汤加海沟、菲律宾海沟、日本海沟、千岛-堪察加海沟、爪哇海沟、波多黎各海沟等海斗深渊进行了零星的科考工作。
同样,我国之前几乎所有的海洋科研项目也都局限在小于5000米水深的海域,海斗深渊科学及技术仍然属于尚待开辟的领域和战线。
“探索海底世界也并非易事——海水深度每增加10米,水中物体所要承受的海水压力就会增加一个大气压。如果是在10000米的海底,所要承受的压力将达到1000个大气压,相当于每一个手指甲盖大小的面积上就得承受约1吨的重量,这样的压力足以摧毁大部分的科学考察设备。”叶聪说,海斗深渊中无处不在的巨大深水压力,是阻止人们探索这些地球上最深海域的首要障碍。
“奋斗者”号在万米级拥有综合性技术实力
相关专家介绍,2014年4月,中国科学院正式启动了“海斗深渊前沿科技问题研究与攻关”先导专项(B类)项目。紧接着,在国家重点研发计划“深海关键技术与装备”重点专项中,支持开展全海深载人潜水器总体设计、集成与海试项目,也就是研制“奋斗者”号载人潜水器。其中, 中国船舶702所牵头负责“奋斗者”号的总体设计和集成建造,中科院深海所是“奋斗者”号的业主单位及海试任务牵头单位。
“该项目主要利用‘蛟龙’号深海潜水器和深海探测设备在马里亚纳海沟进行科学考察与试验,建立和发展我国海斗深渊生物学、海斗深渊生态学、海斗深渊地学等多个学科体系,并以此为引导,进一步攻克全海深潜水器关键技术及全海深探测装备关键技术,推动我国深海科学和深海装备技术向最深的海洋区域进军。”叶聪说。
作为人类历史上第4艘全海深载人潜水器,为实现万米海底作业目标,“奋斗者”号研发团队历经5年艰苦攻关,在耐压结构设计及安全性评估、钛合金材料制备及焊接、浮力材料研制与加工、声学通信定位、智能控制技术、锂离子电池、海水泵、作业机械手等方面,实现多项重大技术突破,核心部件国产化率超过96.5%。
叶聪告诉记者,从2020年7月到11月,“奋斗者号”载人潜水器正式进入海试,共进行了30个潜次的试验,累计海底作业时间141小时48分。其中, 在马里亚纳海沟下潜13次,11人24人次参与了8个超过万米的深海试验。在挑战者深渊最深区域进行了6个潜次,单潜次海底作业时间超过6小时,最长水中时间达13小时,最大下潜深度为10909米。
3月16日,参与验收专家组人员一致认为,“奋斗者”号在万米级海试中显示的优势,诸如,可乘载3人的舱体,海底连续6小时的作业能力、海试过程中8从次抵达万米以深的海底,在多种类科考样品的采集及多次目标搜寻布放回收作业中展示的作业能力、自动巡航以及链接水面的高速数字水声通信等特点,表明了“奋斗者”号在万米级所拥有的综合性技术实力。“奋斗者”号海试现场验收得分达到99.25分。
“奋斗者”号研发和海试的成功是我国深海高科技的研发及产业发展。这一成功同时也标志了人类在经历了六十多年持续不懈的努力后,万米级载人深潜开始从简单的极限挑战和探险阶段迈入了可在海洋极限深度进行常规科考作业的时代,这一进步将极大地更新人类对深海尤其是海斗深渊的理解和认识。
“奋斗者”号研制及海试的成功,显著提升了我国载人深潜的技术装备能力和自主创新水平,推动了潜水器向全海深谱系化、功能化发展,为探索深海科学奥秘、保护和合理利用海洋资源提供了又一利器,为引导公众关心认识海洋、提升全民海洋意识、加快建设海洋强国作出了突出贡献。
未来将搭载更多科学家遨游海洋最深处
在叶聪看来,随着我国万米载人潜水器的技术不断完善,在不久的将来,我国自主研制的万米载人潜水器,将搭载着更多我国科学家自由自在遨游在世界海洋的最深处,实现自己的科学梦想。
记者了解到,“奋斗者”号连续和重复多次的万米级海试,不但验证潜水器总体 性能稳定和系统工作可靠,能够满足大深度载人潜水器的安全规范要求。同时,通过使用了国生产的载人舱、浮力材料、
锂电池、推进器、海水泵、机械手、声学通信、液压泵、水下 定位、航行控制、成像声呐等关键设备和核心技术,也为国产水密接插件提供了万米深度的试验机会,全面验证了载人潜水器的全海深作业能力和实用价值,更为后续的运维应用奠定了基础。
“深海勇士号/奋斗者”号载人潜水器用户科学指导委员会委员、 中国21世纪议程管理中心海洋处原处长孙清,是“蛟龙”号、“深海勇士”号和“奋斗者”号三次交付的参研者和见证者。在回顾我国深海装备发展历史并代表委员会发言时,她说,“‘奋斗者’号全海深载人潜水器正式向业主单位交付,是我国迈向深海科考科研高峰的第一步,也是重要一步,但后面还有很多工作要做,不少新的难题要攻克。”
根据2019年科技部作出的决定,中科院深海所作为“奋斗者”号业主单位,第一期是5年。为保障“奋斗者”号后续的规范、高效运维,约定移交方与接收方的责权范围,包括业主方负责接收研制方移交的设备、物品、软件、文件,并承担“奋斗者”号运维与管理责任,负责提供潜水器运营保障条件、保持潜水器技术状态、进行必要的技术升级、培养操作与技术保障队伍等,与此同时,接受中国21世纪议程管理中心海洋处的监督指导,并根据其要求汇报“奋斗者”号运维使用情况及技术状态等。
相关专家透露,目前,“奋斗者”号在万米级海试过程中尚有少量未达标的内容和科目,下一步项目团队将根据实际需求进行改进完善。
中国船舶702所所长何春荣也认为,从2020年7月1日启航开展南海海试,到11月30日完成马沟海试成功返航,从研制到海试非常艰难。特别是通过海试队员们的团结协作、拼搏奉献,“奋斗者”号成功经受住了考验,顺利完成了海试验证,交上了一份完美的答卷。目前,尽管“奋斗者”号的研制任务圆满结束了,但对“奋斗者”号而言,未来的应用实践还有更长的征途,大家都等待它去创造辉煌。
专家介绍,目前,支撑海斗深渊科学研究的探测装备技术也正成为国际海洋科技竞争的焦点,这体现了一个国家深海工程技术水平。这些海斗深渊探测装备技术包括着陆器技术、传感器技术、特种材料技术、水下自治机器人技术、水下遥控机器人技术、水下滑翔机技术、载人潜水器技术等,涉及材料、能源、导航、控制、自动化、运载、作业等多个深海高技术领域。
值得一提的是,目前,为推动“深海勇士”号、“奋斗者”号等载人潜水器在我国深海(深渊)科学研究、海洋资源调查、应急救捞等工作中发挥更大作用,在前期“深海勇士号”已经开展三年的高效运维、开放共享的工作的基础上,经过与同济大学、广州海洋地质调查局、中山大学等多家合作单位研讨商议,中科院深海所牵头发起成立了“深海勇士号/奋斗者号”载人潜水器用户科学指导委员会。
同济大学翦知湣教授透露,今后,载人潜水器用户科学指导委员会将搭建一个面向“深海勇士”号 “奋斗者”号载人潜水器科学应用的沟通和交流平台,推动全海深载人潜水器全面技术升级和作业能力提升,进一步拓展其在深海(深渊)前沿科学研究及其他领域的应用潜力,积极推动开展载人深潜国际合作,促进学术共同体的多学科交叉融合与应用。(记者 过国忠 王祝华)
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