海底1萬米!中國載人深潛將赴科研“無人區”

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  海鬥深淵

  全球深度大於6000米的海溝共有37條,這些海溝所在的區域被稱作海鬥深淵,簡稱深淵。海底萬米深淵可謂是科研的“無人區”。然而,隨著人們對深淵展開科學調查,一些認識正在被顛覆。

  全球深度大於6000米的海溝共有37條,這些海溝所在的區域被稱作海鬥深淵,簡稱深淵。它們是迄今全球海洋中人類難以企及、知之甚少的地方。包括馬裡亞納海溝在內的9條最深的海溝分佈在西太平洋,它們中的5條深度均超過萬米。

  全海深載人潛水器又稱萬米載人潛水器。2020年,中國萬米載人潛水器即將探訪馬裡亞納海溝的最深處“挑戰者深淵”,一場“大戲”即將在深海“舞臺”上演。

  從陸地走向水池

  2020年3月,萬米載人潛水器在中國船舶集團有限公司七〇二所完成總裝並開始全流程水池試驗。

  水池試驗是在一個位於江蘇無錫的人工水池中進行的。水池試驗是潛水器從陸地走向水中的第一步,如果把萬米載人潛水器比作一輛新車,那麼無論是對潛水器,還是將來要操作潛水器的潛航員來說,試驗的水池都相當於一個“試車場”。

  所謂全流程水池試驗,就是要求潛水器在水池環境中,把將來在海洋中需要檢驗的事情,在水池環境中模擬開展測試,並且潛航員、潛水器調試人員也需要參與合練,熟悉相關操作預案,讓潛水器和潛航員都符合出海條件。

  走向深海並不容易,第一個問題就是海水帶來的高壓。7000米級載人潛水器“蛟龍”號在7000米處受到的壓力是700個大氣壓,對萬米載人潛水器來說,再往下4000餘米,還要再增加400餘個大氣壓,相當於在一平方米的面積上要頂著一萬多噸的重物。這麼大的壓力加在潛水器上,對潛水器的材料、結構設計等,都提出瞭巨大挑戰。

  除瞭要承受巨大水壓,潛水器還要搭載相關人員、一系列科學設施等,在水中完成科考作業,進一步加大瞭萬米載人潛水器的制造難度。

  中國船舶集團有限公司七〇二所副所長、萬米載人潛水器總設計師葉聰告訴記者,萬米載人潛水器具備覆蓋全球海洋100%海域的作業能力,這來源於9大關鍵技術的支撐,如載人潛水器球殼、浮力材料等。

  比如作為潛水器主結構之一的載人潛水器球殼,可以說是極限設計、極限制造。萬米載人潛水器的載人球殼不僅選擇瞭鈦合金材料,除此之外,科研人員還大膽推翻原有的設計,改變瞭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,再焊接為一個整球,但這種方法焊縫多、工期長。萬米載人潛水器采用瞭半球焊接,減少瞭焊縫數,工藝更難,但是可靠性顯著提高。

  兩艘母船為潛水器護航

  水池試驗預計將持續到今年6月。之後,萬米載人潛水器將走出實驗室,進入海試階段。葉聰說,在嘗試萬米下潛的終極目標前,潛水器預計將首先開展淺海試驗。

  但萬米載人潛水器無法自己抵達馬裡亞納海溝並進行下潛,它需要“搭車”前往。

  為確保海試工作順利進行,除母船“探索一號”外,還需要一條海試支持保障母船。2018年12月20日,海南省出資購置瞭福建馬尾船廠一條正在建造中的海洋工程船——也就是後來的“探索二號”。相比新造船,中國科學院深海科學與工程研究所用不到5折的低成本價就獲取瞭一條性能優異的船舶,大大縮短瞭船舶建造和改造的工期,滿足瞭萬米載人潛水器海試時間窗口的要求。

  2019年1月13日,“探索二號”在福建馬尾順利下水。該船采用電力推進,配置有2個全回轉主推進器,一個槽道側推和一個伸縮槳測推,續航力超過15000海裡。船舶配置瞭近10000馬力的主發動機組,具備2級動力定位(DP)能力,優秀的動力性能可提高船舶在惡劣海況中的適用性和在航率。

  同時,2級動力定位系統在船舶發生單個故障的情況下,能自動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,提高船舶作業效率。兩艘船還佈置瞭共計20個“深海移動實驗室”,覆蓋地質、化學、生物等各專業方向。利用潛水器從萬米深海獲取的數據及采集的地質、生物樣品,科學傢可在現場實驗室進行樣品分析和數據處理,再通過船舶配置的低溫及超低溫樣品庫保存樣品,靠近碼頭後轉運到陸地進行進一步研究。

  一般來說,去馬裡亞納海溝“挑戰者深淵”海域進行海試需要至少提前6個月到外交部報備,獲得海試許可。因此按照正常取證流程,“探索二號”或無法參與今年下半年的萬米深潛試驗。獲悉相關情況後,中國船級社廣州審圖中心及船級社福州分社通過提前籌備,在滿足規范要求的前提下,加班加點,僅用3個工作日便完成瞭30份中國船級社(CCS)證書的取證工作。獲取CCS證書後,還需要獲取海事局的國籍證書。海南海事局以“探索二號”為試點,在全國開創首例船舶登記“一事通辦”,僅用1天時間便完成瞭外交部報備所需國籍證書的辦理工作。

  中國科學院深海科學與工程研究所海洋裝備與運行管理中心主任唐古拉山告訴記者,取得船舶證書標志著船舶建造工作完成。由此,萬米載人潛水器海試期間,將配有“探索一號”母船以及“探索二號”支持保障母船兩條船舶,累計可以搭乘科考隊員120人。

  憑深海裝備探索“無人區”

  2016年7月,國傢重點研發計劃“全海深載人潛水器總體設計、集成與海試”項目正式立項。

  總有人問葉聰,為什麼要越潛越深?這個問題的答案,他已經講瞭多次:海底蘊藏瞭豐富的資源,探索海洋、保護海洋、經略海洋,建設海洋強國,都與深潛密切相關,高技術深潛裝備可以幫助我們更好地繪制深海“藏寶圖”。

  海底萬米深淵可謂是科研的“無人區”,全海深載人潛水器是“人無我無”的科考裝備。以深淵進入技術、深淵探測技術為代表的深海技術,代表瞭當前國際深海工程技術領域的頂級水平。放眼全球,到訪過萬米深淵的全海深潛水器屈指可數。

  以前人們以為,由於超高的靜水壓力、缺乏陽光和食物供給,加之特殊的海底地形、劇烈的構造活動等多種極端環境因素,海面6000米以下應該是一片死氣沉沉、與世隔絕、毫無生命活力的世界。然而,隨著人們對深淵展開科學調查,這些認識正在被顛覆。以深淵地學、深淵生命科學為代表的深淵科學研究,代表瞭當前國際深海科學研究的最新前沿。

  深海裝備是深海大洋調查的有力保障,隨著深海調查技術進步,全球近年來又陸續開展瞭多項大型深淵調查活動,發現瞭更多深淵新物種,深淵生物量和生命活力也遠超預期。

  “中國的載人潛水器是中國深海科技的集中體現。此前已經投入使用的‘深海勇士’號、‘蛟龍’號,為全海深載人潛水器奠定瞭中國制造的基礎。全海深載人潛水器建成投入使用後,將會創造新的‘中國深度’,進一步提升我國海洋探測能力與研究水平。”葉聰說。

  葉聰還有個小目標,希望今年搭乘自己設計的潛水器,造訪萬米深淵。(記者陳瑜)