10909米!「奮鬥者」號憑啥這麼牛?

2020-12-05 經濟日報

10909米!11月28日,海南三亞南山港,創造了我國載人深潛新紀錄的「奮鬥者」號全海深載人潛水器,凱旋而歸。

累計完成30次下潛,其中8次突破萬米,這個曾在太平洋馬裡亞納海溝成功坐底10909米的「奮鬥者」號,究竟是何方神聖?又身懷哪些獨門絕技?

小編帶您一起走近這個立下赫赫戰功的「蓋世英雄」、人類歷史上第4艘全海深載人潛水器——「奮鬥者」號。

建成世界最大全海深載人艙

上九天攬月,下五洋捉鱉。

走進神秘莫測的海底世界,一探究竟,2020年10月10日,「奮鬥者」號從海南省三亞市崖州灣南山港碼頭啟航,前往西太平洋馬裡亞納海溝海域實施萬米深潛試驗任務。

這次海底之旅,「奮鬥者」號收穫滿滿:

10月27日,下潛首次突破萬米;11月10日,創造10909米的中國載人深潛新紀錄;11月13日,完成世界上首次載人潛水器與著陸器在萬米海底的聯合作業,向全社會進行了視頻直播。

一連串數字說明了什麼?用專家的一句話概括:下潛深度是深海探索能力的一種象徵,我國在大深度載人深潛領域已達到世界領先水平。

看似尋常最奇崛,成如容易卻艱辛

載人艙是全海深載人潛水器的核心關鍵部件,是人類進入萬米深海的硬體保障和安全屏障,標誌著一個國家載人潛水器的技術水平。

而載人艙作為整個潛水器裡規格最大的一個耐壓容器,材料十分特殊,其成敗直接關係著整個潛水器的成敗。

此前,世界上最先進的全海深潛水器是美國2019年5月完成萬米下潛的「極限因子」,其載人艙可搭載2人。可是,以往的深潛器主要使用Ti64材料。

「在萬米海深的極端壓力條件下,按照『奮鬥者』號載人艙的目標尺寸(容納3人)和厚度要求,這種材料在強度、韌性等指標上都已不能達標。」中國科學院金屬研究所研究員、全海深載人潛水器載人艙項目負責人楊銳說。

向著未知出發,2014年中科院金屬研究所開始針對載人艙材料與製造等關鍵技術展開調研論證和預先研究。

最終,其獨創的具有良好熱加工成形和焊接成形性能的新型鈦合金材料——Ti62A,成功解決了載人艙球殼的材料難題。

但這只是「萬裡長徵走完了第一步」。

楊銳告訴記者,鈦合金材料存在固有的「尺寸效應」,即尺寸和厚度越大,其均勻性和力學性能穩定越難以保證。這是其應用於深海極端高壓環境必須跨越的障礙。

「金屬所通過設計材料微觀組織及其獲取工藝,成功克服了鈦合金的尺寸效應,建造成了世界最大、可搭載3人的全海深載人艙。」楊銳表示。

「下得去」還要「上得來」

深潛,深潛,載著人的「奮鬥者」號要「下得去」,但還要能「上得來」。這就涉及到了中科院理化技術研究所研製的固體浮力材料。

固體浮力材料的作用是為潛水器的順利下潛和安全上浮提供保障,其性能直接關係到潛水器與潛航員的安全,也是眾多深海科學考察裝備及實現海洋資源開發的核心材料。

然而,國產浮力材料研發的整體水平與國外差距很大,普遍存在密度高和強度差的問題。由於其製備技術難度大,世界範圍內只有少數發達國家掌握核心技術,且對我國實行技術封鎖。

「2012年,美國導演詹姆斯卡梅隆乘坐『深海挑戰者』號,深潛到馬裡亞納海溝後,上浮時潛水器的浮力材料已經出現問題,我們的『奮鬥者』號要滿足反覆深潛,技術挑戰可想而知。」理化所研究員張敬傑說。

明知山有虎偏向虎山行。

在沒有文獻和經驗借鑑下,理化技術研究所牽頭開展了萬米級浮力材料自主攻關,在前期多年技術積累基礎上,製備出了具有高安全係數的萬米級固體浮力材料並進行了批量化生產,解決了長期以來國產固體浮力材料強度差密度高的技術難題。

而這只是「奮鬥者」號眾多技術攻關中的一個縮影。

全國產化水聲通信

「親愛的觀眾們,萬米的海底妙不可言,希望我們能夠通過『奮鬥者』的畫面向大家展示萬米的海底」。

2020年11月10日8時12分,「奮鬥者」號成功坐底世界最深處馬裡亞納海溝,三位潛航員第一時間通過水聲通信系統向全國觀眾分享了他們的心情。

相較於前兩代的「蛟龍」號與「深海勇士」號載人潛水器,「奮鬥者」號的聲學系統實現了完全國產化。這個系統正是由中科院聲學研究所牽頭研製。

這一「國產化」有何現實意義?中科院聲學研究所高級工程師、「奮鬥者」號副總建造師、潛航員劉燁瑤舉了兩個例子。

比如,水聲通信是「奮鬥者」號與母船「探索一號」之間溝通的唯一橋梁,可以實現潛水器從萬米海底至海面母船的文字、語音及圖像的實時傳輸。

再如,在11月16日的下潛作業中,藉助組合導航系統和聲納設備,「奮鬥者」號潛航員僅用了半小時便成功取回了此前布放在萬米海底的3個水下取樣器,成功實現「海底撈針」,並通過水聲通信機將取樣畫面回傳至母船。

「『奮鬥者』號的聲學系統,突破了全海深難關,為全海深範圍內的持續巡航作業提供了可靠的技術保障。」劉燁瑤稱。

雄關漫道真如鐵,而今邁步從頭越。

從攻克「蛟龍」號三大國際領先技術中的高速水聲通信技術(聲學系統)和自動航行與懸停定位技術(控制系統)兩項,到實現「深海勇士」號常態化運維,再到「奮鬥者」號研製與海試成功,中科院打造了一支深海領域的戰略科技力量,匯聚了以「奮鬥者」號、「深海勇士」號載人潛水器和「海翼」「海鬥」「天涯」「海角」等無人潛水器為代表的深海裝備集群,為開展深海深淵科學探索提供了有力支撐。

乘風破浪會有時,直掛雲帆濟滄海。我們期待廣大科技工作者再接再厲,再續輝煌!

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  • 「奮鬥者」號成功抵達10909米海溝底,是否發現龍存在海底?
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