“走进央企·创新组歌”之

无锡厦门蛟龙行:从“蛟龙入海”迈向“深海开发”

信息来源:经济日报  发布时间2016-06-24

  6月1日,厦门国际邮轮码头。蜚声中外的蛟龙号载人潜水器像一个大胖娃娃静静地躺在“向阳红09”科考船的怀中。

  此时,蛟龙号刚刚圆满完成了2016年试验性应用航次第一航段的西北太平洋科考任务,随母船“向阳红09”返航抵达厦门进行短暂的休整。不久后,它将开赴西太平洋马里亚纳海沟,展开本航次第二航段的科考任务。

  在“向阳红09”上,随蛟龙号完成今年第一航段科考任务的中船重工七〇二所水下工程研究开发部主任、蛟龙号副总设计师胡震告诉记者,蛟龙号迄今已完成了113个潜次。在此航段科考中,蛟龙号搭载6名科学家共开展了13次下潜作业,最大下潜深度6796米,在西北太平洋富钴结壳合同区、全球深渊的代表性区域雅浦海沟,获取了丰富的科考成果。

  “仅2013年,蛟龙号首次试验性应用所获得的海底巨型生物样品和高清视频资料,就相当于我国此前20年海洋考察成果的总和。”胡震说。

  作为我国海洋技术发展的前沿与制高点,蛟龙号载人潜水器不仅是中国式自主创新的成功代表,也是我国海洋高科技发展的重大成果之一,更是我国从“深海进入”“深海探测”到“深海开发”的一个里程碑。

  走向深海的关键装备

  位于江苏无锡的中船重工七〇二所,是蛟龙号载人潜水器的“娘家”。

  在七〇二所的耐波性实验水池边,所长何春荣介绍说,船舶或者海洋工程结构物,必须在这里经过模拟大海中各种波浪的耐波性测试,才能真正走向制造、走向大洋。七〇二所像这样的实验室,大大小小有26座,总体规模在世界上处于前三位,是一个名副其实的船舶科研城。

  何春荣说,海洋拥有的生物资源和矿产资源是陆地的千倍,物种总量占整个地球物种总量的85%。但到目前为止,人类对海洋的开发利用还主要局限在海洋浅表层,对深海的认知非常少,更不用说开发了。造成这一切的原因中,有很大一部分就是缺乏有效的装备。

  深海载人潜水器是运载科学家、工程技术人员以及各种电子装置、特种设备快速精确地到达各种深海复杂环境,进行高效勘探、科学考察和海底作业的装备,是和平开发与利用深海资源的重要技术手段,在一定程度上代表着国家海洋资源的勘探开发能力。因此,研制大深度载人潜水器势在必行。

  从上世纪60年代开始,国际上载人潜水器研制就进入了快速发展阶段,美国、俄罗斯、法国、日本等发达国家纷纷研制出一系列大深度载人潜水器,最大下潜深度达到6500米,被广泛应用于各国的海洋科学研究和资源勘探中。

  2002年6月11日,科技部正式把7000米载人潜水器列为国家863计划重大专项,具体研制目标是,瞄准国际深海勘查作业前沿高技术的发展,研制一台采用多种高新技术、新材料和新工艺的、拥有自主知识产权的7000米载人潜水器,且总体技术指标要达到国际领先水平。七〇二所作为总师单位,联合中科院沈阳自动化所、中科院声学所负责载人潜水器的本体研制任务,同时承担载人潜水器总装与集成、潜航员培训等工作。一场深海技术领域的攻坚战由此拉开帷幕。

  技术突破挑战深海极限

  研制载人潜水器要突破哪些技术障碍?

  “首先就是海水压力。”何春荣介绍说,7000米载人潜水器,要经受的压力是700个大气压,相当于每一平方厘米面积上的压力是700公斤,而我们平常家用的高压锅压力也只有2个大气压。换算下来,蛟龙号2.1米直径的载人舱球壳需要承受的压力,相当于14座埃菲尔铁塔叠加在一起的重量。这么大的压力,对潜水器的结构设计、结构材料都构成了巨大的挑战。

  其次,在海水中,我们通常采用的电磁波和激光两种通讯方式都不可用,只有声通讯能够使用。但声通讯的速度比较慢,远远达不到远程控制的要求,这就要求潜水器的自我保障能力要非常强。

  第三,以同样的速度移动,水中的阻力是空气中的800倍。所以,潜水器要航行或者定位,都必须要克服巨大的阻力,这需要大容量的能源、电池来保持航行和状态。

  第四,海洋洋流环境非常复杂,潜水器想安安静静地“待着”也不容易,所以必须要有动力定位,这也需要耗费能量。

  最后,在深海里,水温、环境差别非常大,潜水器必须要经受住各种各样的考验……

  蛟龙号载人潜水器系统包含了载人潜水器本体系统、载人潜水器水面支持系统、母船增改装系统和潜航员培训系统,是个复杂而巨大的系统工程。仅就载人潜水器本体系统而言,就可以被划分为总体、结构、舾装、电力与配电、推进、水声、生命保障等12个分系统,参与研制的单位需要发挥各自技术优势,协调和固化各分系统之间的技术接口和管理接口,将每一个分系统的时间节点、约束条件、支撑性能串联起来。

  由于国外技术封锁,蛟龙号在研发过程中可借鉴的资料非常匮乏。为此,项目研制团队从一开始就确定了“丰富继承、重点突破、集成创新、整体跨越”的设计思想和“自主设计、自主集成、独立完成海上试验”的研制道路。在长达10年的研制过程中,科研人员攻克了无数难关,实现了非线性环境下空间运动水动力、无动力下潜上浮运动特性、耐压球壳的极限承载能力等16项关键技术零的突破,实现了7000米最大工作深度、近底自由航行和悬停定位、高速水声通信、大容量充油银锌蓄电池等四大创新,载人深潜技术有了质的飞跃。以创新为驱动,蛟龙号最终创造了世界同类作业型潜水器最大下潜7062米的“中国深度”。

  谈到蛟龙号的技术突破,何春荣说,通过创造世界上最大的潜深纪录,我国大潜深载人潜水器结构的设计技术得到了验证;定位和悬停功能取得重大突破;水声通讯系统不仅能传输语音、控制信号,还可以传输海洋地质地貌的扫描图形。

  加快实现深海“三部曲”

  通过蛟龙号的研制,我国掌握了深海载人潜水器所有系统的关键技术、设计、加工、建造、试验以及维护方法。

  在蛟龙号的基础上,七〇二所又牵头进行了4500米载人潜水器的研制。身兼4500米载人潜水器总设计师的胡震告诉记者,全球海洋深度大都在3000米至5000米之间,平均深度为3700米,相对于7000米级的蛟龙号载人潜水器,研制4500米载人潜水器无疑是一个更为经济实用的选择。目前,这台载人潜水器已实现了大量关键技术的突破,载人舱球壳、超高压海水泵和推进器等都已实现国产化,大大带动了我国相关新材料、新工艺在深海装备产业方向的全面发展。

  蛟龙号的研制吹响了七〇二所和中船重工加快构建深海装备研发能力、推动深海装备体系化发展的冲锋号。拥有完整自主知识产权的4500米载人潜水器将于今年完成组装,明年海试,后年投入应用;深海空间站已列入国家重大科技专项,目前已突破大量关键技术,小型试验平台成功完成海上试验;海上大型浮式结构物技术攻关填补了国内多项空白,入选国家“十三五”重大工程项目;3000米深水钻井船和深远海多功能工程船完成了设计……

  谈到加快深海装备发展,中船重工集团董事长胡问鸣在“向阳红09”上对记者说,在刚刚闭幕的全国科技创新大会上,总书记提出“深海进入”“深海探测”和“深海开发”,“这是总书记为我们描绘的深海‘三部曲’。走向深海,装备先行。作为海洋装备建设的主力军和国家队,中船重工必须以服务国家深海战略为己任,主动作为,在深海装备领域不断突破,研发、设计、制造出更多更好的深海装备。”胡问鸣说。

  “我们要志存高远,向世界顶峰冲击,争取在10000米载人深潜器研发上走在世界前列,开创新的先河。”胡问鸣表示,中船重工把深海开发作为“十三五”乃至更长一段时间重点发展的领域,将举全集团之力,同步开发并形成“深海进入”“深海探测”和“深海开发”装备谱系,为实现海底资源开采打造“国之利器”。目前,集团每年拿出100多亿元资金投入研发,今后还将募集社会资金,努力担当起实现国家深海战略的责任。  经济日报 杨国民