海底1萬(wàn)米! 中國(guó)載人深潛將赴科研“無(wú)人區(qū)”
海斗深淵
全球深度大于6000米的海溝共有37條,這些海溝所在的區(qū)域被稱作海斗深淵,簡(jiǎn)稱深淵。海底萬(wàn)米深淵可謂是科研的“無(wú)人區(qū)”。然而,隨著人們對(duì)深淵展開(kāi)科學(xué)調(diào)查,一些認(rèn)識(shí)正在被顛覆。
全球深度大于6000米的海溝共有37條,這些海溝所在的區(qū)域被稱作海斗深淵,簡(jiǎn)稱深淵。它們是迄今全球海洋中人類難以企及、知之甚少的地方。包括馬里亞納海溝在內(nèi)的9條最深的海溝分布在西太平洋,它們中的5條深度均超過(guò)萬(wàn)米。
全海深載人潛水器又稱萬(wàn)米載人潛水器。2020年,中國(guó)萬(wàn)米載人潛水器即將探訪馬里亞納海溝的最深處“挑戰(zhàn)者深淵”,一場(chǎng)“大戲”即將在深海“舞臺(tái)”上演。
從陸地走向水池
2020年3月,萬(wàn)米載人潛水器在中國(guó)船舶集團(tuán)有限公司七〇二所完成總裝并開(kāi)始全流程水池試驗(yàn)。
水池試驗(yàn)是在一個(gè)位于江蘇無(wú)錫的人工水池中進(jìn)行的。水池試驗(yàn)是潛水器從陸地走向水中的第一步,如果把萬(wàn)米載人潛水器比作一輛新車,那么無(wú)論是對(duì)潛水器,還是將來(lái)要操作潛水器的潛航員來(lái)說(shuō),試驗(yàn)的水池都相當(dāng)于一個(gè)“試車場(chǎng)”。
所謂全流程水池試驗(yàn),就是要求潛水器在水池環(huán)境中,把將來(lái)在海洋中需要檢驗(yàn)的事情,在水池環(huán)境中模擬開(kāi)展測(cè)試,并且潛航員、潛水器調(diào)試人員也需要參與合練,熟悉相關(guān)操作預(yù)案,讓潛水器和潛航員都符合出海條件。
走向深海并不容易,第一個(gè)問(wèn)題就是海水帶來(lái)的高壓。7000米級(jí)載人潛水器“蛟龍”號(hào)在7000米處受到的壓力是700個(gè)大氣壓,對(duì)萬(wàn)米載人潛水器來(lái)說(shuō),再往下4000余米,還要再增加400余個(gè)大氣壓,相當(dāng)于在一平方米的面積上要頂著一萬(wàn)多噸的重物。這么大的壓力加在潛水器上,對(duì)潛水器的材料、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等,都提出了巨大挑戰(zhàn)。
除了要承受巨大水壓,潛水器還要搭載相關(guān)人員、一系列科學(xué)設(shè)施等,在水中完成科考作業(yè),進(jìn)一步加大了萬(wàn)米載人潛水器的制造難度。
中國(guó)船舶集團(tuán)有限公司七〇二所副所長(zhǎng)、萬(wàn)米載人潛水器總設(shè)計(jì)師葉聰告訴記者,萬(wàn)米載人潛水器具備覆蓋全球海洋100%海域的作業(yè)能力,這來(lái)源于9大關(guān)鍵技術(shù)的支撐,如載人潛水器球殼、浮力材料等。
比如作為潛水器主結(jié)構(gòu)之一的載人潛水器球殼,可以說(shuō)是極限設(shè)計(jì)、極限制造。萬(wàn)米載人潛水器的載人球殼不僅選擇了鈦合金材料,除此之外,科研人員還大膽推翻原有的設(shè)計(jì),改變了此前使用的瓜瓣焊接方法。所謂瓜瓣焊接方法,就是先制造西瓜瓣,再焊接為一個(gè)整球,但這種方法焊縫多、工期長(zhǎng)。萬(wàn)米載人潛水器采用了半球焊接,減少了焊縫數(shù),工藝更難,但是可靠性顯著提高。
兩艘母船為潛水器護(hù)航
水池試驗(yàn)預(yù)計(jì)將持續(xù)到今年6月。之后,萬(wàn)米載人潛水器將走出實(shí)驗(yàn)室,進(jìn)入海試階段。葉聰說(shuō),在嘗試萬(wàn)米下潛的終極目標(biāo)前,潛水器預(yù)計(jì)將首先開(kāi)展淺海試驗(yàn)。
但萬(wàn)米載人潛水器無(wú)法自己抵達(dá)馬里亞納海溝并進(jìn)行下潛,它需要“搭車”前往。
為確保海試工作順利進(jìn)行,除母船“探索一號(hào)”外,還需要一條海試支持保障母船。2018年12月20日,海南省出資購(gòu)置了福建馬尾船廠一條正在建造中的海洋工程船——也就是后來(lái)的“探索二號(hào)”。相比新造船,中國(guó)科學(xué)院深??茖W(xué)與工程研究所用不到5折的低成本價(jià)就獲取了一條性能優(yōu)異的船舶,大大縮短了船舶建造和改造的工期,滿足了萬(wàn)米載人潛水器海試時(shí)間窗口的要求。
2019年1月13日,“探索二號(hào)”在福建馬尾順利下水。該船采用電力推進(jìn),配置有2個(gè)全回轉(zhuǎn)主推進(jìn)器,一個(gè)槽道側(cè)推和一個(gè)伸縮槳測(cè)推,續(xù)航力超過(guò)15000海里。船舶配置了近10000馬力的主發(fā)動(dòng)機(jī)組,具備2級(jí)動(dòng)力定位(DP)能力,優(yōu)秀的動(dòng)力性能可提高船舶在惡劣海況中的適用性和在航率。
同時(shí),2級(jí)動(dòng)力定位系統(tǒng)在船舶發(fā)生單個(gè)故障的情況下,能自動(dòng)保持船舶的位置和艏向,使船舶具備靈活和精確的操控性能,提高船舶作業(yè)效率。兩艘船還布置了共計(jì)20個(gè)“深海移動(dòng)實(shí)驗(yàn)室”,覆蓋地質(zhì)、化學(xué)、生物等各專業(yè)方向。利用潛水器從萬(wàn)米深海獲取的數(shù)據(jù)及采集的地質(zhì)、生物樣品,科學(xué)家可在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行樣品分析和數(shù)據(jù)處理,再通過(guò)船舶配置的低溫及超低溫樣品庫(kù)保存樣品,靠近碼頭后轉(zhuǎn)運(yùn)到陸地進(jìn)行進(jìn)一步研究。
一般來(lái)說(shuō),去馬里亞納海溝“挑戰(zhàn)者深淵”海域進(jìn)行海試需要至少提前6個(gè)月到外交部報(bào)備,獲得海試許可。因此按照正常取證流程,“探索二號(hào)”或無(wú)法參與今年下半年的萬(wàn)米深潛試驗(yàn)。獲悉相關(guān)情況后,中國(guó)船級(jí)社廣州審圖中心及船級(jí)社福州分社通過(guò)提前籌備,在滿足規(guī)范要求的前提下,加班加點(diǎn),僅用3個(gè)工作日便完成了30份中國(guó)船級(jí)社(CCS)證書(shū)的取證工作。獲取CCS證書(shū)后,還需要獲取海事局的國(guó)籍證書(shū)。海南海事局以“探索二號(hào)”為試點(diǎn),在全國(guó)開(kāi)創(chuàng)首例船舶登記“一事通辦”,僅用1天時(shí)間便完成了外交部報(bào)備所需國(guó)籍證書(shū)的辦理工作。
中國(guó)科學(xué)院深??茖W(xué)與工程研究所海洋裝備與運(yùn)行管理中心主任唐古拉山告訴記者,取得船舶證書(shū)標(biāo)志著船舶建造工作完成。由此,萬(wàn)米載人潛水器海試期間,將配有“探索一號(hào)”母船以及“探索二號(hào)”支持保障母船兩條船舶,累計(jì)可以搭乘科考隊(duì)員120人。
憑深海裝備探索“無(wú)人區(qū)”
2016年7月,國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“全海深載人潛水器總體設(shè)計(jì)、集成與海試”項(xiàng)目正式立項(xiàng)。
總有人問(wèn)葉聰,為什么要越潛越深?這個(gè)問(wèn)題的答案,他已經(jīng)講了多次:海底蘊(yùn)藏了豐富的資源,探索海洋、保護(hù)海洋、經(jīng)略海洋,建設(shè)海洋強(qiáng)國(guó),都與深潛密切相關(guān),高技術(shù)深潛裝備可以幫助我們更好地繪制深海“藏寶圖”。
海底萬(wàn)米深淵可謂是科研的“無(wú)人區(qū)”,全海深載人潛水器是“人無(wú)我無(wú)”的科考裝備。以深淵進(jìn)入技術(shù)、深淵探測(cè)技術(shù)為代表的深海技術(shù),代表了當(dāng)前國(guó)際深海工程技術(shù)領(lǐng)域的頂級(jí)水平。放眼全球,到訪過(guò)萬(wàn)米深淵的全海深潛水器屈指可數(shù)。
以前人們以為,由于超高的靜水壓力、缺乏陽(yáng)光和食物供給,加之特殊的海底地形、劇烈的構(gòu)造活動(dòng)等多種極端環(huán)境因素,海面6000米以下應(yīng)該是一片死氣沉沉、與世隔絕、毫無(wú)生命活力的世界。然而,隨著人們對(duì)深淵展開(kāi)科學(xué)調(diào)查,這些認(rèn)識(shí)正在被顛覆。以深淵地學(xué)、深淵生命科學(xué)為代表的深淵科學(xué)研究,代表了當(dāng)前國(guó)際深??茖W(xué)研究的最新前沿。
深海裝備是深海大洋調(diào)查的有力保障,隨著深海調(diào)查技術(shù)進(jìn)步,全球近年來(lái)又陸續(xù)開(kāi)展了多項(xiàng)大型深淵調(diào)查活動(dòng),發(fā)現(xiàn)了更多深淵新物種,深淵生物量和生命活力也遠(yuǎn)超預(yù)期。
“中國(guó)的載人潛水器是中國(guó)深??萍嫉募畜w現(xiàn)。此前已經(jīng)投入使用的‘深海勇士’號(hào)、‘蛟龍’號(hào),為全海深載人潛水器奠定了中國(guó)制造的基礎(chǔ)。全海深載人潛水器建成投入使用后,將會(huì)創(chuàng)造新的‘中國(guó)深度’,進(jìn)一步提升我國(guó)海洋探測(cè)能力與研究水平?!比~聰說(shuō)。
葉聰還有個(gè)小目標(biāo),希望今年搭乘自己設(shè)計(jì)的潛水器,造訪萬(wàn)米深淵。
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