破紀錄的「奮鬥者」號潛水器,動力哪來的?

2020-12-11 電網頭條

前幾天,不少小夥伴都看到了《新聞聯播》中反覆播放的這組數字:9997、9998、9999、10000、10001、10002......

這是什麼?這在哪裡?這是如何做到的?

本期,播報君就來為您介紹這位「奮鬥者」的故事~

這個設備叫做「奮鬥者」號潛水器,它是由中國自主研發的萬米載人潛水器。它於2016年立項,由前代「蛟龍」號、「深海勇士」號載人潛水器的研發科研團隊設計製造。

2020年6月19日,中國萬米載人潛水器被正式命名為「奮鬥者」號。

2020年10月27日,「奮鬥者」號潛水器在馬裡亞納海溝成功下潛突破1萬米達到10058米,創造了中國載人深潛的新紀錄。

2020年11月10日8點12分,「奮鬥者」號潛水器在馬裡亞納海溝成功坐底(在綜合考慮潛水器速度、姿態和海底地質情況下,讓潛水器人為地在海底著陸),坐底深度為10909米,刷新了中國載人深潛的新紀錄。

「奮鬥者」號潛水器為國人所熟知,是因為它在11月10日至11月19日不到10天的時間內,連續4次進行深海萬米深潛。

要知道,6000米以下的深海區是解決生命起源、地球演化等重大科學問題的前沿領域。「奮鬥者」號潛水器下潛至萬米海底,將助力我國在大深度海底深淵科研方面做出原創性、奠基性貢獻。

11月10日,「奮鬥者」號潛水器在馬裡亞納海溝成功下潛到10909米,成為中國歷史上第一艘下潛到「挑戰者深淵」的載人潛水器。

11月13日,「奮鬥者」號潛水器和「滄海」號深海著陸器聯合作業,實現萬米水下全球首次高清視頻信號直播和傳輸。

11月16日,「奮鬥者」號潛水器僅用半小時左右的時間就找回了此前放在海底的3個取樣器,作業難度堪比大海撈針。這項操作對深海科考特別是未來實現深海科研的原位培養、長期監測意義重大。

11月19日,「奮鬥者」號潛水器下潛是此輪萬米海試的「交卷」關,它承擔著覆核深海洋底科考作業功能的任務。

此次「奮鬥者」號潛水器深潛所在地為著名的馬裡亞納海溝,那裡是全球最深的海溝,像一座在海底倒立的山峰。海溝最深處的「挑戰者深淵」測得最大深度為11034米,相當於珠穆朗瑪峰頂疊加一座西嶽華山的海拔高度,是已知海洋最深處。

「奮鬥者」號潛水器此次下潛的位置,幾乎到達了世界海洋的最深處。海溝最深處的水壓超過了110兆帕,壓力相當於2000頭非洲大象踩在一個人的背上!在這樣的空間多次停留,「奮鬥者」號潛水器真可謂是不折不扣的一枚資深「水貨」!

「奮鬥者」號潛水器能在極端的深海環境中出色地完成各項科考任務,這與其配備的先進科技設備是分不開的!由此可見,這個「水貨」非但不水,還是貨真價實、獨一無二的「高科技·中國造」!

「奮鬥者」號潛水器想要成功下潛萬米,需要極其精密的製造、冷彎、焊接技術,保證球艙的可靠性。研發團隊改進焊接方式,從焊縫多、工期長的傳統「瓜瓣焊接」改為焊縫少、可靠性高的「半球焊接」。「奮鬥者」號潛水器鈦合金載人球艙直徑達2米,為世界最大。這標誌著我國鈦合金材料技術和焊接加工技術已經達到國際領先水平。

除了解決水壓問題,「奮鬥者」號潛水器還需要解決操控、供氧、電池、照明、影像、自動巡航、水聲通信等一系列問題,還要搭載相關人員、一系列科學設施等在水中完成科考作業,這進一步加大了製造難度。

在「蛟龍」號、「深海勇士」號載人潛水器研製與應用的基礎上,「奮鬥者」號潛水器研發團隊歷經多年艱苦攻關,在耐壓結構設計及安全性評估、鈦合金材料製備及焊接、浮力材料研製與加工、聲學通信定位等方面實現技術突破,順利完成了潛水器的設計、總裝建造、陸上聯調、水池試驗和海試驗收,具備了全海深進入、探測和作業能力,並轉入試驗性應用階段。

說到「奮鬥者」號潛水器,就不能不追憶「蛟龍」號潛水器。

「蛟龍」號載人潛水器是我國首臺自主設計、自主集成研製的作業型深海載人潛水器。它使中國成為繼美、法、俄、日之後,世界上第五個掌握大深度載人潛水技術的國家。

《亮報》科普版曾在2017年12月20日對「蛟龍」號潛水器進行過專題報導。

雖然「蛟龍」號潛水器刷新了多項技術和深度記錄,但是它在材料等關鍵技術上還依賴國外。「蛟龍」號潛水器所用的浮力材料,以當時國內的能力是製造不出來的,要去國外買,這也就意味著在價格和質量上要受制於人。

這些年,我國的科研工作者經過艱苦奮鬥、多次試驗、不斷研發,終於成功地在多個關鍵技術和重要材料領域擁有國產化核心,使「奮鬥者」號潛水器的國產化率超過96.5%。

「奮鬥者」號潛水器正如其名,是由無數中國科研工作者通過艱苦卓絕的不懈奮鬥研發的「大國重器」。「奮鬥者」號潛水器能在萬米洋底勇往直「潛」,得益於中國科技國力的強大支撐。

「奮鬥者」號潛水器的動力電池系統

在「奮鬥者」號潛水器上,值得細說的高科技太多。在這些高科技中,保障潛水器正常行動的動力電池系統是最關鍵的技術之一。

其實,在「蛟龍」號潛水器上,就已經安裝了具備強大能源動力可靠性的固態鋰離子電源系統。

這種電源系統屬於國家戰略資源,過去外國一直對中國嚴格封鎖和保密,如今,中國的科研人員歷經多年摸索與開拓,成功攻克了全海深、長續航動力電源關鍵核心技術。

「蛟龍」號潛水器在作業過程中要為水下照明、儀器設備、推力器及作業工具等運轉提供充足的能源保障,電源必須具備無水下排放、無水下噪聲、不依賴於空氣、無重心漂移等特點,同時還要面臨傾斜、搖擺等惡劣條件。

經過反覆調研和技術論證,「蛟龍」號潛水器主動力電源、輔助動力電源、應急救生電源採用了大容量耐高壓充油銀鋅蓄電池。

此項技術由我國自主研製,為國際領先技術。電池組容量達到120千瓦時,是當時世界上容量最大的潛水器蓄電池。(日本潛水器蓄電池最大容量為86千瓦時,美國、法國的為40千瓦時~50千瓦時)

到了「奮鬥者」號潛水器研發時期,為了避免潛水器在深海高壓條件下因電池系統溫度過高引發自燃,「奮鬥者」號潛水器採用了深海鋰電池系統,能夠在15000米深的深海壓力下實現穩定供電。

「奮鬥者」號的上百塊單體鋰電池分若干組排列,每組模塊之間的間隙充滿了油。

當某塊電池的溫度升高時,熱量會先傳遞給周圍的油,然後油再通過電池箱體將熱量傳遞給外部的海水,以此來緩解電池發熱的狀況。

此外,每批鋰電池在成組前,都嚴格地進行了撞擊、針刺、海水浸泡、短路、過充、過放等十幾項安全抽檢以及超過萬米壓力環境下的安全測試,這樣才能成為「奮鬥者」號潛水器合格的能量來源。

令人自豪的是,這種全球領先的鋰電池高科技技術,完全是由中國人自主研發的。

科技者說

長期以來,人們使用的鋰電池基本都是液態鋰電池。液態鋰電池工藝成熟、生產效率高、傳導效果好,但同時也存在易漏液著火爆炸的安全隱患,因而科研人員一直在綜合性能更高的固態鋰電池研究方面不斷探索。

中科院青島生物能源與過程研究所組建的青島儲能產業技術研究院研發團隊,在陳立泉院士和國家傑出青年科學基金獲得者崔光磊的帶領下,創造性地提出了「剛柔並濟」聚合物電解質的設計理念,創新性地構建了複合電解質材料體系,建立了一系列綜合性能優異的固態聚合物電解質體系,研發出全新的高能量密度全固態鋰電池。

這種全固態鋰電池的能量密度達到300瓦時/千克,商業化應用價值是目前液態鋰電池的2倍。通過5次穿釘實驗,固態電池並未起火和爆炸,安全性能極佳,而且在拔除釘子後電壓有所恢復,再一次彰顯出固態電解質良好的自修復性能和安全性能。目前,全固態鋰電池相關技術已申請中國發明專利29項,國際PCT專利3項。

中科院青島生物能源研究所研製的「青能-Ⅰ」型全固態鋰電池。

據了解,目前應用於深海的固態鋰電池,同樣也可以應用於太空、電動車、儲能等領域。有了強勁穩定的電池系統,我國的新能源汽車、深海探測、航天航空等領域都將突破國外的技術壟斷,擁有穩固的動力支撐,實現跨越式發展!

「水貨」不水,「奮鬥」不息!

這正是:

可上九天攬月,

可下五洋捉鱉,

談笑凱歌還。

世上無難事,

只要肯登攀。

部分素材來源網絡

編輯|王遠

審核|王清可

監製|葛慧

相關焦點

  • 世界海洋最深處,中國力量守護中國「奮鬥者」號再破紀錄
    地球第四極,中國「奮鬥者」號再破紀錄不久前,中國「奮鬥者」號載人潛水器在馬裡亞納海溝成功坐底,坐底深度10909米,創造了中國載人深潛的新紀錄。下潛離地心最近的地方,徵服「挑戰者」深淵「奮鬥者」號有何過人之處?
  • 中國載人潛水器「奮鬥者」號突破萬米海深
    原標題:中國載人潛水器「奮鬥者」號突破萬米海深   11月10日,早上8時12分,我國「奮鬥者」號全海深載人潛水器順利下潛至地球海洋最深處,在
  • 中國「奮鬥者」號載人潛水器完成萬米深潛試驗
    中國「奮鬥者」號載人潛水器完成萬米深潛試驗央視網2020-11-21今天(11月20日)上午,我國「奮鬥者」號載人潛水器在「探索一號」母船上通過了現場專家組驗收。至此,「奮鬥者」號萬米深潛試驗順利完成。到北京時間昨晚9時,「奮鬥者」號在本階段海試中共完成8次超過萬米的下潛,對潛水器的各項科考作業功能進行了反覆驗證。今天上午,現場驗收專家組在「探索一號」船上完成了驗收工作。
  • 「奮鬥者」號載人潛水器潛入深度10909米海底,相當於2000...
    「奮鬥者」號如何承受萬米深潛重壓?面對如此巨大的壓力,「奮鬥者」號該如何「抗壓」?世界上其他到達過這裡的載人潛水器又是怎麼做的?從出發到回家,「奮鬥者」號會經歷什麼?在茫茫大海上,如果把「奮鬥者」號看作是前往深海的交通工具,那麼從出門到完成任務後平安歸來,這一路上「奮鬥者」號會經歷什麼呢?「奮鬥者」號就像是前往深海的交通工具。出門在外,首先需要確認好下潛海域的水文、氣象和地形信息,之後要對「奮鬥者」號進行充油、充氧以及充電。
  • 完成萬米海試後 「奮鬥者」號載人潛水器迎來「全身體檢」
    在完成馬裡亞納海溝萬米海試之後,中國萬米載人潛水器「奮鬥者」號回到三亞中科院深海所進行拆檢。這也是它萬米歸來的第一次「全身體檢」。 中國船舶集團第七〇二研究所 「奮鬥者」號載人潛水器總建造師 劉帥:回來之後,我們對潛水器進行了拆裝,拆得也比較徹底,像浮力塊、載人球艙這些都拆掉了,目的是把框架和載人艙都露出來,方便我們做進一步地檢驗。 在三亞中科院深海所的實驗室裡,潛水器用4天時間進行徹底拆解。「拆」是第一步,「檢」更加關鍵。
  • 「奮鬥者」號載人潛水器下潛突破萬米 曾抵達三亞與「深海勇士號...
    新海南客戶端、南海網、南國都市報11月10日消息(記者 譚琦)11月10日8時12分,中國「奮鬥者」號載人潛水器在馬裡亞納海溝成功坐底,坐底深度10909米。據了解,「奮鬥者」號於今年6月28日與「探索二號」船保障母船共同抵達三亞,匯同「深海勇士號」與船舶進行適配工作。
  • 「奮鬥者」號潛水器載人艙球殼「鈦」厲害
    「奮鬥者」號全海深載人潛水器成功完成萬米海試並於28日勝利返航。中國科學院金屬研究所鈦合金團隊採用自主發明的Ti62A鈦合金新材料,為「奮鬥者」號建造了世界最大、搭載人數最多的潛水器載人艙球殼。突破技術障礙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,標誌一個國家載人潛水器的技術水平。
  • ...載人潛水器|中國船舶集團有限公司|奮鬥者|呂海濱|深海勇士|...
    交匯點訊 6月底,我國首艘全數配備國產化科考作業設備的載人潛水器支持保障母船——「探索二號」船抵達三亞崖州灣科技城南山港正式入列。「探索二號」集聚國內各方力量,歷時一年半在福建馬尾船廠完成適應性增裝建造。該船除支持深遠海常規科考作業,還可搭載萬米載人潛水器「奮鬥者」號和4500米載人潛水器「深海勇士」號。
  • 習近平致「奮鬥者」號全海深載人潛水器成功完成萬米海試並勝利...
    新華社北京11月28日電習近平致「奮鬥者」號全海深載人潛水器成功完成萬米海試並勝利返航的賀信值此「奮鬥者」號全海深載人潛水器成功完成萬米海試並勝利返航之際,謹向你們致以熱烈的祝賀!向所有致力於深海裝備研發、深淵科學研究的科研工作者致以誠摯的問候!
  • 「奮鬥者」號載人潛水器萬米級海試:下海前一小時 關鍵設備報警
    「奮鬥者」號載人潛水器萬米級海試:下海前一小時 關鍵設備報警 2020-11-18
  • 直播萬米海底,明月鏡片全程見證「奮鬥者」號打卡地球「第四極」
    地球第四極,中國「奮鬥者」號再破紀錄不久前,中國「奮鬥者」號載人潛水器在馬裡亞納海溝成功坐底,坐底深度10909米,創造了中國載人深潛的新紀錄下潛離地心最近的地方,徵服「挑戰者」深淵「奮鬥者」號有何過人之處?萬米深海裡是如何實現全球直播的?潛航員又是如何實現海底「自駕」不迷路?明月鏡片助力中國「奮鬥者」號載人潛水器萬米級海試,並聯合央視新聞為萬米深潛全球直播提供保障,直達地球海洋最深處,全程見證地球第四極的深潛之旅。
  • 「奮鬥者」號上的最強中國智慧
    原標題:「奮鬥者」號上的最強中國智慧   11月28日,成功完成萬米海試的「奮鬥者」號全海深載人潛水器勝利返航。自2020年10月10日起,「奮鬥者」號赴馬裡亞納海溝開展萬米海試,成功完成13次下潛,其中8次突破萬米。11月10日8時12分,「奮鬥者」號創造了10909米的中國載人深潛新紀錄,標誌著我國在大深度載人深潛領域達到世界領先水平。
  • 習近平致信祝賀「奮鬥者」號全海深載人潛水器成功完成萬米海試並...
    「奮鬥者」號全海深載人潛水器成功完成萬米海試並於28日勝利返航。中共中央總書記、國家主席、中央軍委主席習近平發來賀信,致以熱烈的祝賀,向所有致力於深海裝備研發、深淵科學研究的科研工作者致以誠摯的問候。
  • 「奮鬥者」號憑啥這麼牛?
    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?
  • 外媒:中國「奮鬥者」號深潛器抵達地球最深處
    參考消息網12月2日報導美國趣味科學網站11月30日發表了題為《中國潛水器抵達地球最深處》的報導稱,據中國媒體報導,中國「奮鬥者」號潛水器剛剛去了地球最深的地方之一,坐底深度達到驚人的10909米。全文摘編如下:這幾乎是一個人能夠到達的地球最深處。
  • 現場高清大圖|「奮鬥者」號勝利返航
    新華社三亞11月28日電(記者趙穎全、陳凱姿)28日8時30分許,隨著一陣汽笛聲響,在「地球第四極」結束科考任務的「探索一號」科考船在三亞靠泊下錨,成功實現10909米坐底紀錄的「奮鬥者」號全海深載人潛水器也隨船勝利返航。
  • ...挑戰者深淵」 「奮鬥者」號「妙不可言」的深海之旅都經歷了什麼
    「奮鬥者」號,在馬裡亞納海溝成功下潛突破1萬米,創造了中國載人深潛的新紀錄。此次中國「奮鬥者」號載人潛水器萬米級海試,央視新聞進行了獨家直播,記錄了一個個激動人心的時刻。10000米!「奮鬥者」號潛行深度再破萬米2020年10月27日,中國載人潛水器「奮鬥者」號,在西太平洋馬裡亞納海溝成功下潛突破1萬米,達到10058米,創造了中國載人深潛的新紀錄。
  • 深潛海底10909 「奮鬥者」號創中國紀錄的科技力
    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。  作為一名聲學科學家,劉燁瑤的注意力更多地放在「奮鬥者」號的聲學系統和相關設備的工作狀態,「幾乎沒有太多時間去觀察海裡的生物和景色」。
  • 覆核洋底科考作業功能,「奮鬥者」號再探萬米洋底
    11月19日6時47分,我國自主研製的「奮鬥者」號全海深載人潛水器布放入海,10時09分坐底馬裡亞納海溝。「奮鬥者」號載人潛水器採用了安全穩定、動力強勁的能源系統,擁有先進的控制系統和定位系統以及耐壓的載人球艙和浮力材料。這是「奮鬥者」號載人潛水器入水時的場景。
  • 西安光機所助力「奮鬥者」號全海深載人潛水器成功完成萬米海試
    11月28日,「奮鬥者」號全海深載人潛水器成功完成萬米海試並勝利返航三亞。記者從西安光機所獲悉:該所研發的全海深超高清攝像機、3D攝像機、全海深小型高清相機以及全海深對接通信與高速數據傳輸系統工作正常、性能穩定,為此次萬米海底作業及萬米載人深潛電視直播提供了技術支撐與保障。