“中国深度”让《海底两万里》不再科幻

来源:环球杂志 作者:刘诗平 刘娟娟 时间:2017-08-09
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在马里亚纳海沟,蛟龙号载人潜水器下潜至7062米,海翼号水下滑翔机下潜至6329米,海斗号无人潜水器下潜至10767米……中国自主研发的各类深海潜水器一次次突破自我,创造着“中国深度”。

148年前,法国作家儒勒•凡尔纳写了一部名著《海底两万里》。今天,随着深潜技术的发展,《海底两万里》早已不再是科幻。

2017年5月,《环球》杂志记者乘坐蛟龙号载人潜水器,在全球最深的马里亚纳海沟下潜到4811米海底。记者发现,海底世界并非荒芜一片,不时见到海参、海绵、海星、鱼、虾等动物,许多细节与《海底两万里》中的描写不谋而合。

此前,2012年,也是在马里亚纳海沟,蛟龙号还曾下潜至7062米海底,创下了作业型载人潜水器世界最深下潜纪录。

除蛟龙号外,同样是在马里亚纳海沟,海翼号水下滑翔机下潜至6329米,海斗号无人潜水器下潜至10767米。目前,中国已形成从1000米、4500米、7000米到10000米级全海深潜水器下潜能力。中国自主研发的各类深海潜水器一次次突破自我,创造着“中国深度”。

中国进入世界“深潜俱乐部”

6月23日,蛟龙号为期5年的试验性应用航次圆满收官。蛟龙号是中国首台自主设计、自主集成研制的作业型深海载人潜水器,自2012年试验性应用以来,先后在南海、东太平洋多金属结核勘探区、西南印度洋脊多金属硫化物勘探区、西太平洋马里亚纳海沟区等七大海区开展152次成功下潜,作业能力覆盖7000米以浅、全球海洋面积99.8%的海域,是目前世界上下潜深度最大的载人潜水器。

蛟龙号的名声很大,其实它还有两个“兄弟”——海龙二号无人有缆潜水器和潜龙一号无人无缆潜水器。

海龙二号无人有缆潜水器最大作业深度为3500米,突出优势是水下工作时间长,参加过多个大洋航次科考,下潜海域包括太平洋、南大西洋和西南印度洋。

潜龙二号无人无缆潜水器是4500米级自主水下机器人,具备近海底高清成图、复杂海底航行和矿产资源自主探测能力。2017年2月,潜龙二号正式用于深海多金属硫化物勘探,完成8次下潜,在大洋43航次第二航段作业成功。

这“三兄弟”均已入驻位于青岛的国家深海基地管理中心,实现了中国深海“三龙”聚首。

中国大洋矿产资源研究开发协会办公室主任刘峰说,“三龙”是中国自行设计、自主集成、具有自主知识产权的三类典型深潜器,它们在调查作业模式方面各有特点,“三兄弟”还可互为保障,如果有其中之一发生故障,其他潜水器可提供救援。

国家深海基地管理中心主任于洪军表示,蛟龙号新母船正在建设中,预计2019年3月下水,届时这条母船可同时搭载“三龙”探海。

“龙”字辈潜水器屡建奇功,“海”字号潜水器也不负众望。

2017年3月,海翼号水下滑翔机在马里亚纳海沟最深处“挑战者深渊”完成大深度下潜观测任务并安全回收,最大下潜深度达到6329米,突破之前由美国科学家创下的水下滑翔机最大下潜深度6000米的世界纪录。

海翼号水下滑翔机是中国具有完全自主知识产权的新型水下观测平台。水下滑翔机是一种通过调节自身浮力和姿态,实现在水中滑行并收集水体信息的新型水下机器人,具有低功耗、高静音的特点,可对特定海域进行高精度大范围的水体观测,能有效提高海洋环境的空间和时间测量密度,是现有水下观测手段的有效补充。

“海”字号家族的另一名成员——海斗号水下机器人,则于2016年8月在中国首次万米深渊科考航次中成功应用,下潜到马里亚纳海沟10767米深处,创造了中国水下机器人的最大下潜及作业深度纪录。

在那次科考中,中国自主研制的海角号和天涯号深渊着陆器、原位实验号深渊升降器共进行了17次大深度下潜,其中天涯号和原位实验号3次突破10000米深度。

此外,2016年12月,在马里亚纳海沟最深处“挑战者深渊”,中国3台彩虹鱼10000米级着陆器成功进行了10000米海试并采样。

海底两万里,中国已经抵达。

一个又一个技术突破

载人潜水器是由搭载人员驾驶操作、具有生命支持配套和辅助系统、具备水下作业能力的可移动潜水装置,它代表着海洋高技术发展的前沿。就中国载人潜水器而言,7000米级蛟龙号载人潜水器已完成了为期5年的试验性应用;蛟龙号的“弟弟”4500米级载人潜水器正在总装联调,即将开展海试,大洋中脊和中国南海地区等一些科考热点大部分在4500米以浅,因此4500米级载人潜水器与蛟龙号在深海科考方面可以很好地互补与合作;蛟龙号的“哥哥”10000米级全海深载人潜水器也已立项研制,它将具有载人到达全球所有深海作业的能力。

“10000米级载人潜水器研制是海洋领域挑战最高的项目之一,其目标是达到世界先进水平、领跑载人深潜技术。也因此,载人潜水器本体研制需要攻克更多技术难点,耐压构件密封、控制、水声通信等,都是研制过程中难啃的技术骨头。”蛟龙号主任设计师、10000米级载人潜水器总设计师、中船重工702研究所水下工程研究开发部副主任叶聪对《环球》杂志记者说。

叶聪介绍,“蛟龙号在7000米处承受的压力是700个大气压,即蛟龙号2.1米直径的载人舱耐压球壳需要承受的压力相当于14座埃菲尔铁塔的重量。10000米级载人潜水器再往下4000余米,还要增加400余个大气压。这么大的压力加在潜水器上,对潜水器的结构设计、材料等,都提出了巨大挑战。”

蛟龙号立项之初,中国研制过的最深载人潜水器只有600米。从600米到7000米,是一次艰难的技术跨越。蛟龙号海试成功后,4500米级载人潜水器关键技术的研制开始提速,攻克了钛合金载人舱球壳、超高压海水泵研制、低噪声一体化推进器研制及充油锂电池研制等一系列关键技术。

载人舱耐压球壳是载人潜水器技术的核心。叶聪说,“蛟龙号研制之初有一部分是国际合作,像载人舱耐压球壳是我们的设计,利用了俄罗斯的材料和加工工艺,其他有些部件如传感器、推力器等也是引进的。”

蛟龙号副总设计师、4500米级载人潜水器总设计师、中船重工702研究所水下工程研究开发部主任胡震说:“以钛合金载人舱耐压球壳为突破口,将整块钛合金板直接冲压成半球形,以电子束焊接缝合,最终经受住了严格的耐压测试,4500米级载人潜水器的载人舱耐压球壳实现了自主研制。”

叶聪说,“在蛟龙号和4500米级载人潜水器研制经验的基础上,10000米级载人潜水器的研制正有条不紊地进行着。它建成投入使用后,将会创造新的‘中国深度’,进一步提升我国海洋探测能力与研究水平。”

探索深海的未知世界

目前,中国已形成从1000米、4500米、7000米到10000米级全海深潜水器下潜能力,作业功能覆盖海洋科研、大洋矿产资源开发、搜救打捞、旅游观光等。各类深海潜水器竞相取得突破,标志着中国深海装备制造已发生质变,将助推中国科学家在探索人类知之不多的深海世界取得更多成果。

专家表示,中国深海装备的进步和深海科考的成功,显示中国深海科技创新能力正在从“跟随”为主向“并行”、“领先”为主转变。

中国大洋协会办公室主任刘峰说,以蛟龙号为代表的深海潜水器的发展,在维护国家海洋权益、深海探测与科研、推动国民海洋意识等方面起了很好的作用,同时也将推动海洋资源开采业、装备制造业的发展。

“蛟龙号2013年第一次试验性应用航次结束后,学界评价说,这一个航次取得的深海生物样本的数量,已经相当于中国前20年通过其他工具取得的样本总数之和。”中船重工702研究所所长何春荣说。

2016年8月,在海斗号水下机器人创造10767米下潜及作业深度纪录的同时,天涯号深渊着陆器和原位实验号深渊升降器3次突破万米深度,获得大量水体、沉积物和生物样品,这些样品填补了中国长期以来无法获得超大深度特别是万米海底数据和样品的空白,为揭示深渊生态环境演变、全球气候变化等提供了珍贵的研究样本。

水下滑翔机可探测海水流体中温度、盐度、浊度、含氧量、海流强度和运动方向等,数据实时传输回陆地实验室。在2017年3月的观测任务中,海翼号水下滑翔机收集了大量高分辨率的深渊区域水体信息,为海洋科学家研究该区域的水文特性提供了宝贵资料。

“人类对深海的认识还非常不够,需要发展以蛟龙号为代表的各类潜水器和作业工具,去探索深海的未知世界。”叶聪说。

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