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“蛟龙”探海背后的技术揭秘

来源:太平洋观察星网 | 发表日期:2016-06-30 | 点击数:

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“蛟龙”号由我国首次自行设计、自主集成并独立完成海上试验,攻克了潜水器本体、水面支持系统、潜航员系统和潜水器应用四大系统,涉及流体、结构、材料、生命支持、液压、水声、光学、计算机控制等众多技术。很多技术突破都是重大的自主创新,代表着世界深海高新技术领域的最前沿。

日前,随着一声汽笛的长鸣,“向阳红09”船搭载着“蛟龙”号载人潜水器驶离江苏江阴,再次起航,首次赴西南印度洋开展科考。

国家深海基地管理中心主任于洪军介绍,2012年6月在马里亚纳海沟创下7062米的深潜记录,这一深度,使中国从此可在占世界海洋面积99.8%的广阔海域进行各种科考,探寻资源。这两年,“蛟龙”号技术越来越成熟,保障人员可以逐渐减少。此次出海科学家人数达到历史最多———将有13名科学家相继在“蛟龙”号上工作。

那么,“蛟龙”探海,背后到底要过哪些技术难关呢?

“蛟龙”出世

今年78岁的徐芑南,是“蛟龙”号的总设计师。从风华正茂到皓首苍颜,他一直梦想着把中国潜水器送入深海。

在2002年接到担任“蛟龙”号载人深潜器总设计师的邀请时,66岁的徐芑南义无反顾地挑起了7000米深海载人潜水器总设计师的重担。他介绍,“蛟龙”号立项之初,我国研制的载人潜水器最深深度只有600米,从600米到7000米,是一次非常困难的技术跨越。比如海底巨大的压力,在7000米的水压下,一元硬币也会压成薄片,研究人员必须设计出能承受水压的壳体、装置,同时要使处在7000米水下的舱内潜航员仍处于常压环境下。

“蛟龙”号的设计以中船重工702所、中科院沈阳自动化所、中科院声学所作为核心单位,联合国内百余家科研、生产部门和高校,进行长达10年的研制和试验。中国大洋协会办公室主任金建才介绍说,“‘蛟龙’号由我国首次自行设计、自主集成并独立完成海上试验,攻克了潜水器本体、水面支持、潜航员和潜水器应用四大系统,涉及流体、结构、材料、生命支持、液压、水声、光学、计算机控制等众多技术。很多技术突破都是重大的自主创新,代表着世界深海高新技术领域的最前沿。”

据介绍,“蛟龙”号载人潜水器是国家“863”计划重大专项,“蛟龙”号整个项目分为12个系统,主要包括总体性能、结构设计、航行控制、动力和配电、生命支持、水声通信等,其中10个系统都由702所承担。

从一张张图纸的设计到“蛟龙”号诞生,从1000米、3000米、5000米到7000米级的下潜深度,“蛟龙”实现了中国人千百年来遨游深海的梦想。

“从立项、设计、建造到海试,海试从突破1000米、3000米、5000米到稳坐7062米海底,突破了很多技术难题。”中国船舶重工集团公司原总工程师方书甲接受媒体采访时表示,“蛟龙”7000米海试达到了世界同类型载人潜水器的最大工作深度,完成了下潜预定的坐底、水体取样、沉积物取样、标志物布放、摄像、照相、高精度海底地形测量等深海调查作业,还意外地在海底发现了奇特的鱼类和地质多样性的存在,标志着我国海底载人科学研究和资源勘探能力达到国际领先水平。

“潜龙”在渊

“蛟龙”完成7000米级海试后,交给了中国大洋协会,进入应用阶段。网上很多人问:蛟龙探海的技术到底有什么用?

徐芑南表示,“以‘蛟龙’代表的深海运载技术,涉及冶金、机械加工、船舶制造、水下定位、水下通讯、材料、电子电力、自动控制等多个领域,是目前深海高技术领域的最前沿。深海运载体系的建立将促进我国彻底解决大深度、低密度浮力材料和耐压密封材料的加工和制造工艺问题,并将对我国诸多行业的发展起到技术辐射和带动作用。”

中国大洋协会办公室主任金建才说:“大洋协会将在未来3至5年开展‘蛟龙’试验性应用。我们将会建立一套面向全国乃至全世界开放的应用机制,并欢迎国内外的深海科学家乘坐‘蛟龙’号载人潜水器进行下潜,为人类认识深海、保护深海、开发深海,建立和谐的国际深海新秩序作出应有的贡献。”

“‘蛟龙’从立项到历次海试,花费仅在2.5亿元左右,但将带动相关产业的大发展。比如石油勘探,以前国内从事深海石油勘探的钻井平台,多数从美国、挪威等国的公司租用,日租金高达50万美元至65万美元。建造海上石油的勘探平台更是昂贵,一个就要花费五六十亿元,并要花费三四个月的时间。‘蛟龙’可以在开钻之前先去海底取样,提供分析数据,每次花费大概也就一两亿元,每次勘探取样只需要12个小时左右。”中国船舶重工集团公司原总工程师方书甲表示,“蛟龙”拥有探索深海的能力,这就意味着我国海洋油气开采作业可以由浅海向深海进军。

方书甲表示,2001年中国在太平洋获得7.5万平方公里多金属结核资源勘探合同区;2011年,中国大洋协会又在西南印度洋获得了1万平方公里具有专属勘探权的多金属硫化物资源矿区。这些矿区为包括“蛟龙”号载人潜水器在内的深海尖端装备应用提供很好的舞台。

而日前这次科考,“蛟龙”号正是首次赴西南印度洋开展科考,将在西南印度洋多金属硫化物资源勘探区下潜考察。

“驭龙”有术

正如一架新飞机要经过无数次的试飞,一艘深海载人器同样需要经过一次次试潜来验证和改进各项性能指标。所以,驾驭“蛟龙”也是个技术活。

叶聪,这位自称“深海的哥”的主驾驶员,伴随着“蛟龙”号的成长一路深潜。2010年,他承担了所有17次下潜中的15次;2011年他承担了所有7次下潜中的5次;2012年,他承担了所有6次下潜中的4次。“蛟龙”号第一次突破50米、300米、1000米、2000米、3000米、4000米、5000米、6000米和7000米深度,都是在他的驾驶下完成的。

正因为驾驭“蛟龙”技术含量很高,叶聪还有一个身份是7000米载人潜水器的总体性能和总布置主任设计师——他要与12个分系统设计师不断沟通,“抠重量、抠体积”,不断提高潜水器性能。因为自己的主岗位,他才更积极地潜下海底,把更多问题带回海面。不仅如此,叶聪编写、绘制了大量的设计报告和图纸,潜水器最重要的设计图纸———每个设计阶段的潜水器总图均出自他手。

而作为中国首批受训的两名潜航员之一,年轻的付文韬也见证了“蛟龙”入海从1000米到7000米的跨越。他自己也从当初一名稚嫩的预备潜航员,迈入而立之年,驾驶技术娴熟老练。

付文韬说:“‘蛟龙’号的海试之路,是一条全新的路,我国没有先例。熟练掌握‘蛟龙’号的海底驾驶和作业,是潜航员工作的重中之重。在每次海上试验之前,都要精心准备。为了提高自己的作业技能,在水池的试验下潜中,我有意识地提高主驾驶航行控制操作的精度和难度,并加大机械手作业的训练强度。”

2010年6月到8月,付文韬参加中国载人深潜3000米级海上试验,作为潜航员,下潜7次,其中担任4次主驾驶,创造了包括最大下潜深度3759米;最长海底作业时间9小时零3分;他首次在中国南海海底采集深海大型海参标本;通过自己摸索总结的海底“之”形、“回”形搜索方法,两次成功驾驶“蛟龙”号完成海底目标搜索及作业任务,证明了“蛟龙”号海底高精度搜索作业的能力。

作为主驾驶,付文韬还克服了“蛟龙”号在深海海底液压系统不适导致机械手响应迟缓的不利影响,取得了海底多金属锰结核矿物标本和沉积物标本,首次发现并采集了深海巨型单细胞原核生物,记录了多项海底宝贵资料。

“蛟龙”号作为中国深海勘探、海底作业研发的深海载人潜水器,其创下7062米的深潜记录,为推动中国深海运载技术发展和大洋国际海底资源调查与科研提供了重要高技术装备。

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