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。
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編輯|王遠
審核|王清可
監製|葛慧