中國的「深藍夢」一步步走進現實

2021-01-13 南寧晚報
    「深海勇士」號    「蛟龍」號    海溝深處的奇特物種(資料圖)

 10909米是什麼概念?來看一組數據:

  10米,這是普通人在不攜帶任何潛水裝備可以下潛到的深度;

 113米,這是一名法國潛水員創造的裸潛紀錄;

 332米,這是人在藉助水下呼吸器後下潛到的最深紀錄;

 10898.5米,這是2012年卡梅隆搭乘的「深海挑戰者」號下潛到達的深度。

  而「奮鬥者」號下潛的馬裡亞納海溝1萬米處,水壓超過110兆帕,相當於2000隻非洲象踩在一個人的背上。

  從百米淺海到萬米深海,中國載人深潛事業劈風斬浪的幾十年,我國先後突破了多項核心深潛技術。現在,讓我們回顧那段歷史,感受中國一代代深潛人的「深藍夢」。   

 ■連結
  馬裡亞納海溝的探索歷史

  「萬丈深淵」是用來形容深之極的一句成語。世界雖沒有這麼深(一萬丈相當於3.3萬多米),但萬米深淵是存在的,那就是太平洋中的馬裡亞納海溝,它是世界最深的海溝。

  ●人們推測馬裡亞納海溝成型於6000萬年前,是由太平洋板塊往菲律賓板塊下面俯衝形成的,整個俯衝體系全長約2800公裡,呈南北走向,海溝的大部分水深在8000米以上。

  ●自從人類知道馬裡亞納海溝的存在之後,一直迫切希望探索其奧秘。1875年「H.M.S.挑戰者號」首次探索到其深度,船上的科學家利用一根加重的探繩探測到其深度約為5千米至8千米。1951年,英國皇家海軍再次派出「H.M.S.挑戰者二號」返回現場用回聲測深儀,測量了近11公裡的深度。

  ●1957年8月18日,蘇聯「斐査茲」號考察船,使用超聲波測深儀,發現馬裡亞納海溝深度最大處達11034米。蘇聯「勇士號」調査船考察人員從船上拋下一個重1500公斤的金屬物體,該物體經63分鐘後才沉到海溝底部。

  ●1960年1月23日18時23分,美國兩位科學家乘「特裡斯特」號深潛艇首先深人海底探險,到達了馬裡亞納海溝最深點——斐査茲海淵,兩人在深淵底部一共停留了20分鐘然後安全返回水面。1961年,法國的「阿基米德」號深潛艇,也完成了相似的探險活動。

  ●2012年3月26日,美國好萊塢著名導演兼探險家卡梅隆乘坐單人潛艇「深海挑戰者」號成功下潛至10898米的馬裡亞納海溝,隨即引起了全世界的關注。2019年4月,美國探險家維克託維斯科沃駕駛「限制因素」號深海探測器抵達海溝深度10927米處。  

 一步一個腳印

  從百米淺海到萬米深海,中國載人深潛事業劈風斬浪的幾十年,我國先後突破了多項核心深潛技術。

  據介紹,我國載人潛水器研發在國際上起步較早,1986年,就研製成功中國第一艘載人潛水器——7103救生艇。雖然它只能下潛300米,航速也只有四節,但在那個年代,是屬於最先進的救援型載人潛水器。

  隨著時間的推移,中國探索海洋的深度也在隨之變化,比如1986年的「海人一號」以及1994年的「探索」號等,這些越潛越深的潛水器為水下定位、聲吶探測、抗壓材料和機械控制等諸多領域積累了經驗。

  進入新世紀,在國家「863」重點研發計劃項目支持下,開始了自主深海潛水器研發。2010年7月,中國第一臺自主設計和集成研製的載人潛水器「蛟龍」號下潛深度達到了3759米,從而中國成為繼美、法、俄、日之後,世界上第五個掌握3500米大深度載人深潛技術的國家。

  此後幾年,「蛟龍」號科研團隊,瞄準更高目標,不斷完善與改進技術裝備,解決了海試中碰到的問題和發現的不足,使「蛟龍」號不但擁有世界先進的懸停和自動駕駛功能,還可以抵禦海流的幹擾,更能在工作時穩穩地「定」在海底。積極踐行深海戰略,矢志不渝推進載人作業潛水器譜系化。2016年6月,「蛟龍」號7000米級載人潛水器完成了它的終極挑戰,最終將紀錄保持在了7062米。  

 向著深淵進發

  「蛟龍」號下潛深度已經覆蓋全球海洋面積的99.8%,剩下的0.2%被稱為深淵,是全球海洋深度的極限。「蛟龍」號研製完成後,科技部就啟動了4500米級載人潛水器關鍵技術攻關工作,目標是在「蛟龍」號研製與海試的基礎上,推動我國大深度潛水器關鍵技術和核心部件的國產化、功能化、譜系化,並帶動深海技術相關產業的發展。圍繞這一任務,科技部先後部署了8個項目、課題,共投入中央財政經費約3億元。

  在2016年,國家重點研發計劃「深海關鍵技術與裝備」重點專項「全海深載人潛水器總體設計、集成與海試」項目正式立項。同年11月24日,項目啟動會召開並宣布組建以中船重工七〇二研究所(現中國船舶重工集團公司七〇二研究所)為總體集成單位的「全海深載人潛水器項目群」,正式成立項目群協調管理組和總師組。本次啟動會也標誌著我國全海深載人潛水器研製工作全面拉開帷幕。

  在相關專家看來,與10年立項、10年研製的「蛟龍」號不同,我國的第二代載人潛水器——「深海勇士」號從研製立項到海試交付只用了短短8年,且國產化程度更高,實用性更強。而早在2016年「深海勇士」號尚未下水的情況下,萬米級載人潛水器就開始同步研製。2018年初,中國的全海深載人潛水器的浮力材料完成了定型測試,開始生產。為驗證全海深載人潛水器全新研製的浮力材料,研究人員在中國科學院深海科學與工程所的實驗室裡進行了一系列不同的測試試驗,包括把它放在標準的萬米海水壓力環境中進行測驗;增加試驗倍數,用更高的壓力來測試浮力材料的性能等。2020年4月22日,萬米載人潛水器徵名活動正式推出。一經推出,就在網絡上掀起熱潮,近十萬名網友參與,為萬米載人潛水器命名,最後由專項總體專家組、業主單位、科研團隊代表組成的評議組評議,潛水器名字最終出爐:「奮鬥者」號。   

 萬米海底誘惑

  今年6月8日,由中國科學院瀋陽自動化研究所主持研製的「海鬥一號」全海深自主遙控潛水器,在馬裡亞納海溝成功完成了首次萬米海試與試驗性應用任務,最大下潛深度10907米,刷新當時我國潛水器最大下潛深度紀錄,同時填補了我國萬米作業型無人潛水器的空白。

  而「奮鬥者」號載人潛水器融合了之前兩臺深潛裝備的優良血統,採用了安全穩定、動力強勁的能源系統,還擁有更加先進的控制系統和定位系統以及更加耐壓的載人球艙和浮力材料。

  記者從相關部門了解到,「奮鬥者」號是國家「十三五」重點研發計劃中深海關鍵技術與裝備專項支持的深海重大科技裝備,中國船舶重工集團公司七〇二研究所作為全海深載人潛水器的總體單位。該項目2016年正式立項,主要以「蛟龍」號、「深海勇士」號載人潛水器的科研團隊為主,承擔了研發任務。

  4年來,「奮鬥者」號科研團隊經過方案設計、初步設計和詳細設計,攻克了一系列技術難題,今年2月按計劃完成了總裝和陸上聯調,3月開展水池試驗。在水池試驗過程中,總共完成了包括全流程考核,多名潛航員承擔水池下潛培訓等25項測試任務。

  目前,除了載人潛水器,我國還有「海鬥」號、「海燕」號和「海翼」號等許許多多的無人潛水器。其中,「海鬥」號有遠程遙控和自動作業兩種模式,是中國首臺萬米級科考潛水器,讓中國擁有了自主研究萬米深海的能力。   

 大國重器全海深載人潛水器

  全海深載人潛水器是對一個國家海洋工程相關的材料技術、密封技術、工藝技術的重大挑戰。  

 深海鋰電池

  「奮鬥者」號在深達萬米的海底持續作業六個小時,需要潛水器本身有充足的能源。經科研團隊不懈努力突破技術盲區後研發出了「深海鋰電池」,它能夠在一萬五千米海水壓力下穩定供電。   

 機械手

  「奮鬥者」號上這雙靈活的機械手可以360°轉動,這個機械手的操作精度達到了1釐米,可以輕鬆的完成水下布放、拾取等精準操作。   

 可棄壓載

  潛水器要想完成下潛上浮,離不開自身的壓載鐵。「奮鬥者」號身上裝配了四塊壓載鐵,總重量將近2噸,當「奮鬥者」號完成作業,準備上浮的時候,它會拋出兩塊壓載鐵,開始上浮。  

 鈦合金載人艙

  「奮鬥者」號需要頂住巨大的海底壓力,安全載人潛入萬米深海。為保證載客量,載人艙要足夠大;而為了減輕潛水器的負擔,球艙又不能太重。為了承受萬米海壓,做成又大又輕又堅固的載人艙至關重要。

  國產新型鈦合金材料就是解決這一問題的關鍵。

  經過多年的不斷優化和上千次的測試,中國自主研製的新型鈦合金終於問世。強度高、韌性好,可以容納最多3名乘客安全地在海底進行科考任務。「奮鬥者」號載人潛水器就是用了直徑高達2米、世界最大的鈦合金載人艙球殼,可以一次乘坐3名成員。這一技術標誌我國在鈦合金材料技術和焊接加工技術上,達到了國際領先水平。   

 ■資料
  馬裡亞納海溝

  馬裡亞納海溝位於菲律賓東北、馬裡亞納群島附近的太平洋底,北起硫黃島、西南至雅浦島附近。全長2550千米,為弧形,平均寬70千米。據估計,這條海溝已形成6000萬年。

  這裡水壓高、完全黑暗、溫度低、含氧量低,且食物資源匱乏,因此成為地球上環境最惡劣的區域之一。如果把世界最高的珠穆朗瑪峰放在溝底,峰頂將不能露出水面。不少登山家成功地徵服了珠穆朗瑪峰,但探測深海卻極其困難。  

 再現海底地形地貌

  「奮鬥者」號下潛到萬米深處的海底時,「全海深」全景3D虛擬直播根據「奮鬥者」號收集的數據,繪製海底的地形地貌,為觀眾呈現馬裡亞納海溝的海底真相。  

 在那暗無天日的深淵裡他們看到了什麼?

  1960年1月23日8點23分,美國海軍中尉唐納德·沃爾什與雅克·皮卡德駕駛「的裡雅斯特」號直徑2米的耐壓球內,勇敢地沉向一個遙遠的黑暗的世界。在船體下降的過程中,能夠聽到船艙因受壓變形發出的巨大響聲。因此兩人承受了不小的精神壓力。

  12點06分,「的裡雅斯特」號底部輕輕地觸及了海底,第一次史無前例的潛航抵達海溝底部。艇上系統顯示深度為11521米,但後來修正為10916米。

  在跟隨船艙下降到馬裡亞納海溝底部後,兩人通過舷窗觀察窗外的景象。藉助船體的照明燈他們在海溝底部看到一些蝦類和類似於比目魚的物種,海溝底部是一片光潔、伴著細沙的硅藻荒地。黑暗的遠處還可以看到一些發著微弱光亮的微生物在水中懸浮漂流。由於當時技術條件的限制,他們並未得到有價值的科考資料。

  2019年4月,美國探險家維克託維斯科沃駕駛「LimitingFactor」號深海探測器抵達海溝深度10927米處,刷新了最新下潛紀錄。他藉助於潛水器花了四個小時探索溝底,發現了一些生物。除此之外,他還在那裡發現了一些塑料垃圾和一些糖果包裝紙。不得不說人類所產生的海洋垃圾對環境的滲透已經超乎所有人的想像。更讓人覺得諷刺的是,在人類未能到達的地方,那些塑料垃圾已經先於人類到達了。本版文字綜合新華社、中新、《北京青年報》報導

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