圖為“奮斗者”號全海深載人潛水器。

 

習近平總書記在2016年全國科技創(chuàng)新大會上指出：“深海蘊藏著地球上遠未認知和開發(fā)的寶藏，但要得到這些寶藏，就必須在深海進入、深海探測和深海開發(fā)方面掌握關(guān)鍵技術(shù)。”

 

2020年是“十三五”規(guī)劃收官之年，也是中國深潛裝備研發(fā)取得豐碩成果的一年。6月8日，中國研發(fā)的作業(yè)型全海深自主遙控水下機器人“海斗一號”，在馬里亞納海溝創(chuàng)造了潛深10907米的國內(nèi)新紀錄；7月16日，中國研發(fā)的無人水下滑翔機“海燕—X”號在馬里亞納海溝創(chuàng)造了潛深10619米的世界紀錄；11月10日，中國研發(fā)的“奮斗者”號全海深載人潛水器又創(chuàng)造了10909米的國內(nèi)載人深潛新紀錄。

 

這些無人和載人深潛裝備的研制成果，標志著中國不單能將水下機器人和探測裝置，也能將海洋科學家和工程技術(shù)人員送到世界最深的海底。中國已具備進入世界海洋最深處開展科學探索和研究的能力，這充分體現(xiàn)中國在海洋高科技領域的綜合實力。

 

極限挑戰(zhàn)，深潛裝備研發(fā)攻堅克難

 

“深海進入”“深海探測”和“深海開發(fā)”是中國深海戰(zhàn)略“三部曲”。“深海進入”技術(shù)即人們得以到達深?，F(xiàn)場的技術(shù)，也就是深潛技術(shù)；“深海探測”技術(shù)是到達深海現(xiàn)場后進行勘查的技術(shù)；“深海開發(fā)”技術(shù)則面向資源開采，是以服務人類發(fā)展為直接目的的技術(shù)。

 

深潛是直觀的深海探索，也是實現(xiàn)深海資源開發(fā)的第一步。如何才能潛入深海？以深海潛水器為代表的深潛裝備，能夠運載電子裝置、機械設備以及工程技術(shù)人員、科學家等，快速精確地到達各種深海復雜環(huán)境，進行高效勘探和科學考察，是實現(xiàn)“深海進入”、實施深海發(fā)展戰(zhàn)略必不可少的一項技術(shù)手段。

 

深海潛水器主要分為無人潛水器與載人潛水器兩大類。各類潛水器有不同特點，分工明確。如水下滑翔機和自主無人潛水器機動靈活，可以開展區(qū)域性的綜合調(diào)查；帶纜遙控無人潛水器可由人員在甲板上操控，能源通過纜索從甲板上供應，是大功率作業(yè)的必需手段；載人潛水器的優(yōu)勢則在于定點精細作業(yè)，人員可在海底目的物前直接觀察、直接取樣、直接測繪，以便現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)和決策。

 

特別在復雜惡劣的深海環(huán)境里進行觀察和作業(yè)，載人潛水器是最有效的深海取樣和測繪手段。海洋科學家在深海現(xiàn)場直接觀察，可憑借專業(yè)經(jīng)驗，將捕捉到的水下實際信息及時進行綜合整理分析，迅速得出處理意見，操作機械手進行有效的水下作業(yè)。

 

無論是無人的水下機器人，還是載人的深海潛水器，都面臨著深海環(huán)境極其嚴峻的挑戰(zhàn)。一是“深”。深海水壓巨大，壓力隨海洋深度遞增，超大潛深給潛水器帶來全系統(tǒng)安全性設計與集成難題，載人潛水器必須確保潛航員在任何情況下都能安全上浮。以萬米深海為例，載人艙和所有設備需承受每平方米11000噸的超大壓力，對載人艙球殼和固體浮力材料等耐壓結(jié)構(gòu)的選材和設計提出巨大挑戰(zhàn)。

 

二是“準”。潛水器潛入深海的主要任務是實現(xiàn)精確定位、精準操控和精細作業(yè)。然而，深海黑暗無光、水文地形復雜多變、環(huán)境傳感數(shù)據(jù)獲取難度高，要在保證潛水器水中機動性的前提下實現(xiàn)針對小目標的動態(tài)精準作業(yè)，難度可想而知，這對潛水器的控制提出極高要求。

 

三是“通”。水聲通信是深海潛水器實現(xiàn)與水面母船溝通的唯一橋梁。然而，深海水體通透性差，電磁波衰減嚴重，聲波在傳輸過程中易發(fā)生折反射、頻移等，導致信號嚴重畸變，實現(xiàn)穩(wěn)定可靠的高速率遠程水聲通信因而十分重要。

 

中國深潛裝備研發(fā)不斷克服困難、迎接挑戰(zhàn)，取得舉世矚目的突出成績。

 

集智攻關(guān)，走出載人深潛自立自強之路

 

中國在載人深潛領域起步較晚。上世紀六七十年代，中國首套深海模擬試驗設備群建成，相應的試驗檢測方法、標準和規(guī)范逐步形成，為中國深潛裝備研發(fā)提供基礎技術(shù)保障。改革開放后，在國際海洋石油開采事業(yè)的促進下，中國先后成功研制300米單人常壓潛水裝備、600米以淺的系列纜控水下機器人、1000米和6000米自治水下機器人，并形成了一支科研本領過硬的深潛技術(shù)研發(fā)團隊，為之后大深度載人潛水器的研制提供堅實技術(shù)支撐。

 

上世紀七八十年代，人們對海洋認知和深海資源開發(fā)的需求不斷增長，對國際海底資源勘探的需求也隨之增長。一些發(fā)達國家于八九十年代相繼研發(fā)出6000米級的載人潛水器，從事深海資源勘探和科學研究。

 

21世紀，人類進入大規(guī)模開發(fā)利用海洋的時期。黨的十九大報告指出：“堅持陸海統(tǒng)籌，加快建設海洋強國。”探索認知海洋是開發(fā)利用和保護海洋的先決條件。為加快建設海洋強國，開發(fā)利用深海資源、保護深海生態(tài)環(huán)境、維護深海權(quán)益、保障深海安全，發(fā)展相應的裝備必須先行。

 

2002年，7000米載人潛水器啟動研制工作，這就是中國首臺自行設計、自主集成研制的“蛟龍”號。2012年7月，“蛟龍”號在馬里亞納海溝成功下潛至7062米，創(chuàng)造中國載人深潛紀錄，標志著中國具備了可到達全球99.8%的海洋開展作業(yè)的能力。

 

為提高中國深潛裝備關(guān)鍵技術(shù)的自主可控能力，早在2009年“蛟龍”號尚未完成海試之時，科技部就布局了4500米載人潛水器也就是“深海勇士”號設計與關(guān)鍵技術(shù)研究項目。歷經(jīng)8年持續(xù)艱苦攻關(guān)，“深海勇士”號實現(xiàn)載人艙、浮力材料、鋰電池、推進器、海水泵、機械手、液壓系統(tǒng)、聲學通信、水下定位、控制軟件等10大關(guān)鍵部件的國產(chǎn)化，并于2017年10月成功完成海試，為深海載人深潛高端裝備“中國制造”探索出一條切實可行的路徑，實現(xiàn)了中國載人潛水器由集成創(chuàng)新向自主創(chuàng)新的歷史性跨越。

 

有了“蛟龍”號和“深海勇士”號的基礎，瞄準全球海洋最深處逐步成為可能。2016年，科技部支持“奮斗者”號全海深載人潛水器研制項目，開啟歷時5年的集智攻關(guān)工作。2020年11月，“奮斗者”號在馬里亞納海溝完成8次萬米級下潛，并且實現(xiàn)全球首次萬米深海作業(yè)現(xiàn)場的高清視頻直播，標志中國具備進入世界海洋最深處開展科學探索和研究的能力，實現(xiàn)在同類型載人深潛裝備方面的超越和引領。

 

“用字當頭”是大深度載人潛水器工程研發(fā)的首要宗旨。“要用”是工程立項的原動力，“頂用”是工程發(fā)揮作用的生命力，“用好”是工程壽命期實現(xiàn)的保障。“蛟龍”號、“深海勇士”號、“奮斗者”號三臺大深度載人潛水器研制成功后，迄今已累計完成523次下潛任務，取得豐碩成果。

 

中國載人深潛遵循嚴謹?shù)目茖W發(fā)展路線，一步一個腳印走出中國特色的自立自強之路，實現(xiàn)了自主設計、自主制造、關(guān)鍵技術(shù)自主可控，特別是在設計計算方法、基礎材料、建造工藝、通信導航、智能控制、能源動力等方面，實現(xiàn)由“中國制造”向“中國創(chuàng)造”的跨越。以“奮斗者”號的核心部件載人球艙為例，其鈦合金板材由我國自主研發(fā)，強度高、韌性好、可焊性強，是國際上30年來在載人深潛技術(shù)新材料應用上取得的首次突破。

 

地球上的海洋深度是有限的，但探索深海奧秘、開發(fā)深海資源、保障深海安全的技術(shù)發(fā)展是永無止境的，中國深潛技術(shù)前進的征途仍任重而道遠。未來，以服務國家戰(zhàn)略和深度科技創(chuàng)新為使命，深潛裝備與技術(shù)將進一步面向?qū)嶋H應用場景進行工程化開發(fā)，實現(xiàn)多種類型載人及無人裝備的全海域、協(xié)同化、大型化、作業(yè)化發(fā)展，更好滿足深?？碧?、礦產(chǎn)開發(fā)、科考作業(yè)、深海救援等需求?？蒲泄ぷ髡邔⑦M一步踐行“嚴謹求實、團結(jié)協(xié)作、拼搏奉獻、勇攀高峰”的中國載人深潛精神，勇攀深海科技高峰，助力海洋強國建設，為人類認識、保護、開發(fā)海洋不斷作出新的更大貢獻。

 

（作者徐芑南為中國工程院院士） 

 

制圖：張芳曼