海底1萬米！ 中國載人深潛將赴科研“無人區(qū)”

 

3月10日，中科院“探索一號”科考船搭載“深海勇士”號載人潛水器在三亞啟航，開始TS16航次科考任務。據(jù)了解，本航次總目標包括完成“探索一號”為萬米載人潛水器準備的甲板布放回收系統(tǒng)試驗及性能驗證。新華社記者 郭程攝

 

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，簡稱深淵。海底萬米深淵可謂是科研的“無人區(qū)”。然而，隨著人們對深淵展開科學調(diào)查，一些認識正在被顛覆。

 

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里亞納海溝的最深處“挑戰(zhàn)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并開始全流程水池試驗。

 

水池試驗是在一個位于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，那么無論是對潛水器，還是將來要操作潛水器的潛航員來說，試驗的水池都相當于一個“試車場”。

 

所謂全流程水池試驗，就是要求潛水器在水池環(huán)境中，把將來在海洋中需要檢驗的事情，在水池環(huán)境中模擬開展測試，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余米，還要再增加400余個大氣壓，相當于在一平方米的面積上要頂著一萬多噸的重物。這么大的壓力加在潛水器上，對潛水器的材料、結(jié)構(gòu)設(shè)計等，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、一系列科學設(shè)施等，在水中完成科考作業(yè)，進一步加大了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(shè)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(yè)能力，這來源于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，可以說是極限設(shè)計、極限制造。萬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，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，再焊接為一個整球，但這種方法焊縫多、工期長。萬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航

 

水池試驗預計將持續(xù)到今年6月。之后，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里亞納海溝并進行下潛，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——也就是后來的“探索二號”。相比新造船，中國科學院深?？茖W與工程研究所用不到5折的低成本價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(zhuǎn)主推進器，一個槽道側(cè)推和一個伸縮槳測推，續(xù)航力超過15000海里。船舶配置了近10000馬力的主發(fā)動機組，具備2級動力定位（DP）能力，優(yōu)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(tǒng)在船舶發(fā)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(yè)效率。兩艘船還布置了共計20個“深海移動實驗室”，覆蓋地質(zhì)、化學、生物等各專業(yè)方向。利用潛水器從萬米深海獲取的數(shù)據(jù)及采集的地質(zhì)、生物樣品，科學家可在現(xiàn)場實驗室進行樣品分析和數(shù)據(jù)處理，再通過船舶配置的低溫及超低溫樣品庫保存樣品，靠近碼頭后轉(zhuǎn)運到陸地進行進一步研究。

 

一般來說，去馬里亞納海溝“挑戰(zhàn)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(guān)情況后，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(guī)范要求的前提下，加班加點，僅用3個工作日便完成了30份中國船級社（CCS）證書的取證工作。獲取CCS證書后，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(chuàng)首例船舶登記“一事通辦”，僅用1天時間便完成了外交部報備所需國籍證書的辦理工作。

 

中國科學院深?？茖W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(qū)”

 

2016年7月，國家重點研發(fā)計劃“全海深載人潛水器總體設(shè)計、集成與海試”項目正式立項。

 

總有人問葉聰，為什么要越潛越深？這個問題的答案，他已經(jīng)講了多次：海底蘊藏了豐富的資源，探索海洋、保護海洋、經(jīng)略海洋，建設(shè)海洋強國，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”。

 

海底萬米深淵可謂是科研的“無人區(qū)”，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(shù)、深淵探測技術(shù)為代表的深海技術(shù)，代表了當前國際深海工程技術(shù)領(lǐng)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(shù)。

 

以前人們以為，由于超高的靜水壓力、缺乏陽光和食物供給，加之特殊的海底地形、劇烈的構(gòu)造活動等多種極端環(huán)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(diào)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，代表了當前國際深?？茖W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)進步，全球近年來又陸續(xù)開展了多項大型深淵調(diào)查活動，發(fā)現(xiàn)了更多深淵新物種，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?？萍嫉募畜w現(xiàn)。此前已經(jīng)投入使用的‘深海勇士’號、‘蛟龍’號，為全海深載人潛水器奠定了中國制造的基礎(chǔ)。全海深載人潛水器建成投入使用后，將會創(chuàng)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(shè)計的潛水器，造訪萬米深淵。