海南三亞,南山港。28日8時30分許,一陣汽笛聲響,創造了10909米中國載人深潛新紀錄的「奮鬥者」號,完成第二階段海試,勝利返航。1個多月時間,累計完成13次下潛,其中8次突破萬米。10909米的紀錄,讓人類在大深度載人深潛領域有了新坐標。海底1萬米的世界,有多大魅力?中國的深潛勇士們,經歷了怎樣艱險?載人深潛精神又將如何助力中國勇攀深海科技高峰?
裡程碑
中國躋身深潛
世界「排行榜」前列
你好,神秘的深海!大洋之底,馬裡亞納海溝,迎來「奮鬥者」號的無聲問候。我國從此具有了進入世界海洋最深處開展科學探索和研究的能力。認識海洋,才能更好地開發、保護海洋。
馬裡亞納海溝被稱為「地球第四極」,水壓高、完全黑暗,是地球上環境最惡劣的區域之一,其最深處約11000米,相當於珠穆朗瑪峰疊加華山的海拔高度。11月10日清晨,載有3名潛航員的「奮鬥者」號從「探索一號」母船機庫緩緩推出,被穩穩起吊布放入水,近4小時後,「奮鬥者」號成功坐底,下潛深度達10909米,創造了中國載人深潛新紀錄,達到世界領先水平。
從全球範圍看,大深度載人深潛是一道很難逾越的關口。中國起步晚,卻迎頭趕上。2012年,7000米級「蛟龍」號載人潛水器問世,創造當時同類作業型載人潛水器下潛深度7062米的世界紀錄;2017年,4500米級「深海勇士」號載人潛水器獲得突破,實現「關鍵技術自主化、關鍵設備國產化」。
攻關不停步,海洋科技必須自主自強。作為科技部重點研發計劃的一個核心研製項目,「奮鬥者」號實現了跨系統、跨單位、跨部門的大團隊合作。「十三五」以來,科技部會同中國科學院、中國船舶集團,組織近百家科研院所、高校、企業近千名科研人員,經過艱苦攻關,成功完成「奮鬥者」號的研製工作。自2020年7月起,「奮鬥者」號先後赴南海、西太平洋馬裡亞納海溝海域分階段進行了海試驗證,累計完成30次下潛,其中8次突破萬米。
接力棒
載人深潛精神立典範
可上九天攬月,可下五洋捉鱉——這是幾代中國人的夢想。與載人航天一樣,載人深潛也秉持了「一棒接著一棒跑」的傳統,形成了一批領軍科學家隊伍。
「『奮鬥者』號部件的國產化率超過了96.5%,具備了全海深進入探測和作業的能力。」「奮鬥者」號總設計師、中國船舶集團第七〇二研究所副所長葉聰感慨萬千,「參研參試人員克服了多個颱風的阻撓,經歷了無數驚濤駭浪的考驗,向世界最深處進軍是我們不懈追求的目標。」
深海蘊藏著地球上遠未認知和開發的寶藏。6500米以深的深淵,是國際公認的解決生命起源、地球演化、氣候變化等重大科學問題的前沿領域。隨著「奮鬥者」號成功完成萬米海試並返航,一系列科研成果將為人類揭開更多海洋奧秘。
「奮鬥者」號的研製,還有效帶動我國深海通用元器件、高性能電池、精密傳感器、特種功能材料等深海通用技術和裝備的研發和產業化。此外,「海鬥」號無人潛水器、「海翼」號水下滑翔機……新裝備層出不窮,新紀錄如約而至。在探索海洋的道路上,中國不會止步。在認識、保護、開發海洋的道路上,人類的新徵程剛剛啟動。
不容易
五大關鍵技術
「護航」萬米深潛
海底1萬米的世界,只有跨過核心技術的門檻,才能得其門而入。「奮鬥者」號的特殊本領,可以用五個關鍵詞來概括。
△關鍵技術1:設計
「奮鬥者」號下潛到萬米深海,還要攜帶3名潛航員長時間穩定作業,設計難度可想而知。設計人員針對超高壓複雜環境,採用多系統融合集成設計,使「奮鬥者」號潛浮速度、艙內空間使用率等指標大幅提升,同時通過載人艙實時監測和評估策略,實現潛水器優良的機動性能和安全性能,體現「以人為本」的設計理念。
△關鍵技術2:抗壓
在萬米深海,水壓超過110兆帕,相當於2000頭非洲象踩在一個人的背上。這種極端壓力條件下,按照載人艙的目標尺寸和厚度要求,以往深潛器使用的材料已經不能滿足要求,需要找到一種高強度、高韌性、可焊接的鈦合金。科研團隊歷時數年,自主發明了特殊鈦合金材料,又通過攻克高強度、高韌性鈦合金焊接技術,成功解決了載人艙球殼的建造難題。
△關鍵技術3:操控
潛水器去到萬米深淵,可不只是「到此一遊」,還要完成巖石、生物抓取以及沉積物取樣等精準科考作業。這需要靈活的機械手、智能化控制系統和電動觀測雲臺。貼海底自動匹配地形巡航、懸停定位、液壓機械手持重能力超過60公斤……針對深淵複雜環境,「奮鬥者」號實現了高精度航行控制、全景科學觀測、高精準作業取樣等功能。
△關鍵技術4: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』號的畫面向大家展示萬米的海底。」成功坐底馬裡亞納海溝後,3位潛航員第一時間通過水聲通信系統分享了他們的心情。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,實現了潛水器從萬米海底至海面的文字、語音及圖像的實時傳輸。相較「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,技術指標更高。
△關鍵技術5:浮力
載人潛水器「下得去」,還得「回得來」。這裡面的關鍵是固體浮力材料。這種材料既要密度低,又要耐高水壓,製備技術難度大,世界範圍內僅有少數幾個國家掌握。經過持續攻關和多番論證,一種高強空心玻璃微球脫穎而出,兼顧了材料的密度與強度,實現了浮力材料的重大突破。
載人艙球殼
「鈦」強大
「奮鬥者」號可搭載3人的載人艙球殼,是目前世界最大、搭載人數最多的潛水器載人艙球殼。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。
「奮鬥者」號載人艙球殼採用了中國科學院金屬研究所鈦合金團隊自主發明的Ti62A鈦合金新材料。3年研製過程中,團隊攻克了載人艙材料、成形、焊接等一系列關鍵技術瓶頸。載人球艙由兩個半球焊接而成,幾個窗口和接口也必須通過焊接完成,保證焊縫位置韌性、實現超大尺寸與厚度材料全電子束一次焊接等都是焊接技術面臨的世界性難題。中國科學院金屬研究所提出了新的焊接思路,並聯合中國船舶重工集團公司洛陽船舶材料研究所突破了一系列焊接成形技術。
(原標題:海底1萬米,你好!「奮鬥者」號成功標註中國載人深潛新坐標)
責任編輯:朱佳琪(EN042)