“地球上的海洋深度是有限的，但探索深海奧秘、開(kāi)發(fā)深海資源、保障深海安全的技術(shù)發(fā)展是永無(wú)止境的，我國(guó)深潛技術(shù)前進(jìn)的征途仍任重而道遠(yuǎn)?！?
3月2日，人民日?qǐng)?bào) “開(kāi)卷知新” 專欄刊發(fā)“蛟龍?zhí)枴笨傇O(shè)計(jì)師中國(guó)工程院院士中國(guó)船舶集團(tuán)七〇二所研究員徐芑南文章《中國(guó)載人深潛——自立自強(qiáng) 挺進(jìn)萬(wàn)米深?！贰?/p>
中國(guó)載人深潛——自立自強(qiáng) 挺進(jìn)萬(wàn)米深海
徐芑南
中國(guó)船舶·萬(wàn)米深潛
習(xí)近平總書(shū)記在2016年全國(guó)科技創(chuàng)新大會(huì)上指出：“深海蘊(yùn)藏著地球上遠(yuǎn)未認(rèn)知和開(kāi)發(fā)的寶藏，但要得到這些寶藏，就必須在深海進(jìn)入、深海探測(cè)和深海開(kāi)發(fā)方面掌握關(guān)鍵技術(shù)?！?
2020年是“十三五”規(guī)劃收官之年，也是我國(guó)深潛裝備研發(fā)取得豐碩成果的一年。6月8日，我國(guó)研發(fā)的作業(yè)型全海深自主遙控水下機(jī)器人“海斗一號(hào)”，在馬里亞納海溝創(chuàng)造了潛深10907米的國(guó)內(nèi)新紀(jì)錄；7月16日，我國(guó)研發(fā)的無(wú)人水下滑翔機(jī)“海燕—X”號(hào)在馬里亞納海溝創(chuàng)造了潛深10619米的世界紀(jì)錄；11月10日，我國(guó)研發(fā)的“奮斗者”號(hào)全海深載人潛水器又創(chuàng)造了10909米的國(guó)內(nèi)載人深潛新紀(jì)錄。
這些無(wú)人和載人深潛裝備的研制成果，標(biāo)志著我國(guó)不單能將水下機(jī)器人和探測(cè)裝置，也能將海洋科學(xué)家和工程技術(shù)人員送到世界最深的海底。我國(guó)已具備進(jìn)入世界海洋最深處開(kāi)展科學(xué)探索和研究的能力，這充分體現(xiàn)我國(guó)在海洋高科技領(lǐng)域的綜合實(shí)力。
極限挑戰(zhàn)，深潛裝備研發(fā)攻堅(jiān)克難
“深海進(jìn)入”“深海探測(cè)”和“深海開(kāi)發(fā)”是中國(guó)深海戰(zhàn)略“三部曲”?！吧詈＿M(jìn)入”技術(shù)即人們得以到達(dá)深?，F(xiàn)場(chǎng)的技術(shù)，也就是深潛技術(shù)；“深海探測(cè)”技術(shù)是到達(dá)深?，F(xiàn)場(chǎng)后進(jìn)行勘查的技術(shù)；“深海開(kāi)發(fā)”技術(shù)則面向資源開(kāi)采，是以服務(wù)人類發(fā)展為直接目的的技術(shù)。
深潛是直觀的深海探索，也是實(shí)現(xiàn)深海資源開(kāi)發(fā)的第一步。如何才能潛入深海？以深海潛水器為代表的深潛裝備，能夠運(yùn)載電子裝置、機(jī)械設(shè)備以及工程技術(shù)人員、科學(xué)家等，快速精確地到達(dá)各種深海復(fù)雜環(huán)境，進(jìn)行高效勘探和科學(xué)考察，是實(shí)現(xiàn)“深海進(jìn)入”、實(shí)施深海發(fā)展戰(zhàn)略必不可少的一項(xiàng)技術(shù)手段。
深海潛水器主要分為無(wú)人潛水器與載人潛水器兩大類。各類潛水器有不同特點(diǎn)，分工明確。如水下滑翔機(jī)和自主無(wú)人潛水器機(jī)動(dòng)靈活，可以開(kāi)展區(qū)域性的綜合調(diào)查；帶纜遙控?zé)o人潛水器可由人員在甲板上操控，能源通過(guò)纜索從甲板上供應(yīng)，是大功率作業(yè)的必需手段；載人潛水器的優(yōu)勢(shì)則在于定點(diǎn)精細(xì)作業(yè)，人員可在海底目的物前直接觀察、直接取樣、直接測(cè)繪，以便現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)和決策。
特別在復(fù)雜惡劣的深海環(huán)境里進(jìn)行觀察和作業(yè)，載人潛水器是最有效的深海取樣和測(cè)繪手段。海洋科學(xué)家在深海現(xiàn)場(chǎng)直接觀察，可憑借專業(yè)經(jīng)驗(yàn)，將捕捉到的水下實(shí)際信息及時(shí)進(jìn)行綜合整理分析，迅速得出處理意見(jiàn)，操作機(jī)械手進(jìn)行有效的水下作業(yè)。
無(wú)論是無(wú)人的水下機(jī)器人，還是載人的深海潛水器，都面臨著深海環(huán)境極其嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。一是“深”。深海水壓巨大，壓力隨海洋深度遞增，超大潛深給潛水器帶來(lái)全系統(tǒng)安全性設(shè)計(jì)與集成難題，載人潛水器必須確保潛航員在任何情況下都能安全上浮。以萬(wàn)米深海為例，載人艙和所有設(shè)備需承受每平方米11000噸的超大壓力，對(duì)載人艙球殼和固體浮力材料等耐壓結(jié)構(gòu)的選材和設(shè)計(jì)提出巨大挑戰(zhàn)。
二是“準(zhǔn)”。潛水器潛入深海的主要任務(wù)是實(shí)現(xiàn)精確定位、精準(zhǔn)操控和精細(xì)作業(yè)。然而，深海黑暗無(wú)光、水文地形復(fù)雜多變、環(huán)境傳感數(shù)據(jù)獲取難度高，要在保證潛水器水中機(jī)動(dòng)性的前提下實(shí)現(xiàn)針對(duì)小目標(biāo)的動(dòng)態(tài)精準(zhǔn)作業(yè)，難度可想而知，這對(duì)潛水器的控制提出極高要求。
三是“通”。水聲通信是深海潛水器實(shí)現(xiàn)與水面母船溝通的唯一橋梁。然而，深海水體通透性差，電磁波衰減嚴(yán)重，聲波在傳輸過(guò)程中易發(fā)生折反射、頻移等，導(dǎo)致信號(hào)嚴(yán)重畸變，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定可靠的高速率遠(yuǎn)程水聲通信因而十分重要。
我國(guó)深潛裝備研發(fā)不斷克服困難、迎接挑戰(zhàn)，取得舉世矚目的突出成績(jī)。
集智攻關(guān)，走出載人深潛自立自強(qiáng)之路
我國(guó)在載人深潛領(lǐng)域起步較晚。上世紀(jì)六七十年代，我國(guó)首套深海模擬試驗(yàn)設(shè)備群建成，相應(yīng)的試驗(yàn)檢測(cè)方法、標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范逐步形成，為我國(guó)深潛裝備研發(fā)提供基礎(chǔ)技術(shù)保障。改革開(kāi)放后，在國(guó)際海洋石油開(kāi)采事業(yè)的促進(jìn)下，我國(guó)先后成功研制300米單人常壓潛水裝備、600米以淺的系列纜控水下機(jī)器人、1000米和6000米自治水下機(jī)器人，并形成了一支科研本領(lǐng)過(guò)硬的深潛技術(shù)研發(fā)團(tuán)隊(duì)，為之后大深度載人潛水器的研制提供堅(jiān)實(shí)技術(shù)支撐。
上世紀(jì)七八十年代，人們對(duì)海洋認(rèn)知和深海資源開(kāi)發(fā)的需求不斷增長(zhǎng)，對(duì)國(guó)際海底資源勘探的需求也隨之增長(zhǎng)。一些發(fā)達(dá)國(guó)家于八九十年代相繼研發(fā)出6000米級(jí)的載人潛水器，從事深海資源勘探和科學(xué)研究。
21世紀(jì)，人類進(jìn)入大規(guī)模開(kāi)發(fā)利用海洋的時(shí)期。黨的十九大報(bào)告指出：“堅(jiān)持陸海統(tǒng)籌，加快建設(shè)海洋強(qiáng)國(guó)。”探索認(rèn)知海洋是開(kāi)發(fā)利用和保護(hù)海洋的先決條件。為加快建設(shè)海洋強(qiáng)國(guó)，開(kāi)發(fā)利用深海資源、保護(hù)深海生態(tài)環(huán)境、維護(hù)深海權(quán)益、保障深海安全，發(fā)展相應(yīng)的裝備必須先行。
2002年，7000米載人潛水器啟動(dòng)研制工作，這就是我國(guó)首臺(tái)自行設(shè)計(jì)、自主集成研制的“蛟龍”號(hào)。2012年7月，“蛟龍”號(hào)在馬里亞納海溝成功下潛至7062米，創(chuàng)造中國(guó)載人深潛紀(jì)錄，標(biāo)志著我國(guó)具備了可到達(dá)全球99.8%的海洋開(kāi)展作業(yè)的能力。
為提高我國(guó)深潛裝備關(guān)鍵技術(shù)的自主可控能力，早在2009年“蛟龍”號(hào)尚未完成海試之時(shí)，科技部就布局了4500米載人潛水器也就是“深海勇士”號(hào)設(shè)計(jì)與關(guān)鍵技術(shù)研究項(xiàng)目。歷經(jīng)8年持續(xù)艱苦攻關(guān)，“深海勇士”號(hào)實(shí)現(xiàn)載人艙、浮力材料、鋰電池、推進(jìn)器、海水泵、機(jī)械手、液壓系統(tǒng)、聲學(xué)通信、水下定位、控制軟件等10大關(guān)鍵部件的國(guó)產(chǎn)化，并于2017年10月成功完成海試，為深海載人深潛高端裝備“中國(guó)制造”探索出一條切實(shí)可行的路徑，實(shí)現(xiàn)了我國(guó)載人潛水器由集成創(chuàng)新向自主創(chuàng)新的歷史性跨越。
有了“蛟龍”號(hào)和“深海勇士”號(hào)的基礎(chǔ)，瞄準(zhǔn)全球海洋最深處逐步成為可能。2016年，科技部支持“奮斗者”號(hào)全海深載人潛水器研制項(xiàng)目，開(kāi)啟歷時(shí)5年的集智攻關(guān)工作。2020年11月，“奮斗者”號(hào)在馬里亞納海溝完成8次萬(wàn)米級(jí)下潛，并且實(shí)現(xiàn)全球首次萬(wàn)米深海作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的高清視頻直播，標(biāo)志我國(guó)具備進(jìn)入世界海洋最深處開(kāi)展科學(xué)探索和研究的能力，實(shí)現(xiàn)在同類型載人深潛裝備方面的超越和引領(lǐng)。
“用字當(dāng)頭”是大深度載人潛水器工程研發(fā)的首要宗旨。“要用”是工程立項(xiàng)的原動(dòng)力，“頂用”是工程發(fā)揮作用的生命力，“用好”是工程壽命期實(shí)現(xiàn)的保障。“蛟龍”號(hào)、“深海勇士”號(hào)、“奮斗者”號(hào)三臺(tái)大深度載人潛水器研制成功后，迄今已累計(jì)完成523次下潛任務(wù)，取得豐碩成果。
我國(guó)載人深潛遵循嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)發(fā)展路線，一步一個(gè)腳印走出中國(guó)特色的自立自強(qiáng)之路，實(shí)現(xiàn)了自主設(shè)計(jì)、自主制造、關(guān)鍵技術(shù)自主可控，特別是在設(shè)計(jì)計(jì)算方法、基礎(chǔ)材料、建造工藝、通信導(dǎo)航、智能控制、能源動(dòng)力等方面，實(shí)現(xiàn)由“中國(guó)制造”向“中國(guó)創(chuàng)造”的跨越。以“奮斗者”號(hào)的核心部件載人球艙為例，其鈦合金板材由我國(guó)自主研發(fā)，強(qiáng)度高、韌性好、可焊性強(qiáng)，是國(guó)際上30年來(lái)在載人深潛技術(shù)新材料應(yīng)用上取得的首次突破。
地球上的海洋深度是有限的，但探索深海奧秘、開(kāi)發(fā)深海資源、保障深海安全的技術(shù)發(fā)展是永無(wú)止境的，我國(guó)深潛技術(shù)前進(jìn)的征途仍任重而道遠(yuǎn)。未來(lái)，以服務(wù)國(guó)家戰(zhàn)略和深度科技創(chuàng)新為使命，深潛裝備與技術(shù)將進(jìn)一步面向?qū)嶋H應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行工程化開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)多種類型載人及無(wú)人裝備的全海域、協(xié)同化、大型化、作業(yè)化發(fā)展，更好滿足深海勘探、礦產(chǎn)開(kāi)發(fā)、科考作業(yè)、深海救援等需求?？蒲泄ぷ髡邔⑦M(jìn)一步踐行“嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)、團(tuán)結(jié)協(xié)作、拼搏奉獻(xiàn)、勇攀高峰”的中國(guó)載人深潛精神，勇攀深?？萍几叻?，助力海洋強(qiáng)國(guó)建設(shè)，為人類認(rèn)識(shí)、保護(hù)、開(kāi)發(fā)海洋不斷作出新的更大貢獻(xiàn)。
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