“奮斗者”號上奮斗者的奮斗
載人航天、探月探火、深海深地探測、超級計算機……當前,中國科技實力正在從量的積累邁向質的飛躍、從點的突破邁向系統(tǒng)能力提升,在深海、深空、深地、深藍等領域積極搶占科技制高點,科技創(chuàng)新取得新的歷史性成就。近期,本報對中國在深海、深空、深地、深藍等領域的一系列創(chuàng)新性成果進行采訪梳理,向讀者展示中國科技創(chuàng)新的豐碩成果,講述研發(fā)生產中的奮斗故事。
——編者
廣闊的海洋蘊含豐富的資源,深邃的海底充滿神秘與未知。近年來,中國深??萍际聵I(yè)加快發(fā)展,海洋強國建設不斷取得新成就。創(chuàng)造了10909米中國載人深潛紀錄的全海深載人潛水器“奮斗者”號,正是中國深海科技探索道路上的一項重要代表。
近日,記者采訪了中國船舶集團有限公司第七〇二研究所高級工程師、“中國青年五四獎章”獲得者張偉,他是“奮斗者”號研發(fā)團隊中的一員,也曾作為“奮斗者”號主駕潛入過萬米深海。讓我們聽聽張偉伴隨“奮斗者”號筑夢深海的故事。
不斷創(chuàng)新 精益求精
“奮斗者”號的外觀看上去像是一條圓頭圓腦的綠色大魚。這條了不起的“魚”創(chuàng)造了一個又一個激動人心的深潛里程碑。
2016年,“奮斗者”號載人潛水器立項。
2020年11月,“奮斗者”號成功坐底馬里亞納海溝萬米海底,創(chuàng)造了10909米的中國載人深潛新紀錄,標志著中國在大深度載人深潛領域達到世界領先水平。
2021年3月,“奮斗者”號正式入列中國科考重器矩陣;同年8月,“奮斗者”號進行科考應用“首秀”。
今年3月,“探索一號”科考船搭載著“奮斗者”號載人潛水器,圓滿完成國際首次環(huán)大洋洲載人深潛科考任務。本航次中,“奮斗者”號總共下潛63次。本航次的成功實施,則標志著“奮斗者”號載人潛水器運維體系走向成熟、穩(wěn)定,并將中國載人深潛科考由馬里亞納海溝拓展到全球多個深淵海溝,開啟了“奮斗者”號國際合作和萬米載人深潛的新征程。
一項項耀眼成績的背后,離不開技術創(chuàng)新的支撐——新型鈦合金材料制作成抗高壓的載人艙,先進的控制系統(tǒng)實現(xiàn)深淵復雜環(huán)境下的高精度航行控制,水聲通信系統(tǒng)助力萬米海底聲像實時傳輸……“奮斗者”號是國際上首次可以同時搭載3人下潛的萬米載人潛水器,它所應用的每項技術都是不斷創(chuàng)新、精益求精的成果。
張偉所參與的是“奮斗者”號電氣系統(tǒng)的研發(fā)。
“奮斗者”號由鋰電池供電。張偉告訴記者,潛水器下潛到萬米深度,從布放、到海底作業(yè)、再到最后回收,大概需要13個小時。這期間,潛水器內的電氣系統(tǒng)要保證持續(xù)工作,電池是核心。所以,“奮斗者”號所用的鋰電池在成組前,都要嚴格進行十幾項安全檢驗,還要進行超過萬米壓力環(huán)境下的安全測試。
而萬米深海產生的巨大的水壓,對載人潛水器的供電系統(tǒng)也提出了更高要求。張偉講解說:“在1萬米深處的海底,水壓接近1100個大氣壓。但由于潛水器整體的體積、重量都有嚴格要求,所以我們沒辦法為電池單獨做一個耐壓艙。于是團隊研發(fā)了油浸耐壓型鋰電池。上百塊單體鋰電池分若干組排列,模塊間隙充滿了油,以實現(xiàn)壓力平衡?!?/p>
“奮斗者”號上還有幾百根電纜要直接泡在高壓的海水中。在高壓、高鹽的惡劣環(huán)境中,電纜很可能會產生短路、絕緣等故障,造成設備功能失效,更嚴重的還可能導致電解腐蝕,危及潛水器耐壓結構的安全。如果是在陸地上,電纜設備的絕緣性能可以很容易地通過各種儀器來測量,但在海底環(huán)境工作時,如何檢測設備絕緣性能呢?
張偉和研發(fā)團隊成員針對這一難題,建立了一套基于絕緣檢測的在線故障診斷系統(tǒng),并研制了一套智能化的檢測裝置,實現(xiàn)了載人潛水器的電氣故障診斷。
“這套系統(tǒng)能夠實時監(jiān)測潛水器上所有用電設備的狀態(tài),如果出現(xiàn)絕緣問題,系統(tǒng)會及時發(fā)出預警,提醒潛航員及時進行故障應急處置,實現(xiàn)了潛水器在高壓環(huán)境下實時在線供電安全性檢測、故障定位和隔離?!睋?jù)張偉介紹,從“蛟龍”號研發(fā)時,這套診斷系統(tǒng)就已開始應用。此后,系統(tǒng)又不斷升級改進研發(fā)?!艾F(xiàn)在,這套設備已經越來越小型化、智能化。比如最開始設計的系統(tǒng),還需要潛航員自己去操作、判斷信息,對潛航員的技術要求比較高,也會增加他們的工作量。但現(xiàn)在,應用在‘奮斗者’號上的系統(tǒng)已實現(xiàn)了自動在線監(jiān)測,能更加及時地發(fā)出預警,有效提高了‘奮斗者’號的故障診斷能力,縮短了維護時間,在保障潛水器快速故障定位和安全作業(yè)中發(fā)揮了重要作用。”
探秘深海 勇?lián)厝?/p>
對普通人來說,萬米深海是一片難以想象的神秘世界。但張偉曾跟隨“奮斗者”號多次潛入其中,這是一種怎樣的體驗?
張偉描述,因為載人艙內是常壓環(huán)境,所以人坐在潛水器里下潛,在身體上是沒什么特殊感覺的。但從聽覺和視覺上,潛航員能明顯感受到海中環(huán)境的變換。
“坐在潛水器里潛入海底不同的深度,能聽到載人艙殼體因為壓力變化而產生的吱吱呀呀的聲音,還能看到在不同深度的海水中光線的變化?!睆垈フf:“從淺海下到深海,陽光的穿透力會逐漸減弱,到海下200米左右時,基本沒有什么光線了。到了海下1000米,已是完全漆黑一片,這時我們能從窗口觀察到一些會發(fā)光的生物。等再下到萬米深海,仍然會有豐富的生物,比如透明的海參,形狀像彎鉤一樣的鉤蝦,還會有一些奇特的、叫不上名字的海洋生物。深海的地形起伏也很大,有的地方平坦,有的地方陡峭,覆蓋著厚厚的沉積物,這里還有很多人類未知的奧秘等待著我們去探索研究。”
潛入未知的深海,這樣的經歷既很難得,同時也責任重大。每次下海,張偉都心存敬畏?!白鳛闈撍髟O計人員,我跟隨‘奮斗者’號深潛,主要是在海試階段,來檢驗設備是否合格,后續(xù)是否能順利交付使用,所以責任很重。”
能肩負這份責任,首先要對潛水器有全面的了解。
在“奮斗者”號陸上聯(lián)調和水池試驗階段,張偉就經常加班加點堅守在一線。水池試驗完成后,張偉已對“奮斗者”號每條電纜、每個信號的情況熟記于心,當發(fā)生問題時,他總是能快速定位故障點,高效地解決問題。
正式成為“奮斗者”號主駕前,張偉先經過了一段時間的理論培訓,主要是熟悉潛水器各個系統(tǒng)的工作原理、技術細節(jié)、操作方法等。特別是要學習在各類故障情況下,如何正確處置。
張偉對自己的要求是無論何時、無論遇到何種情況,一定要準確判斷、精細操作、沉著應對。他記得,有一次在萬米下潛的過程中,“奮斗者”號深度接近9000米時,忽然聽到一聲非常響的聲音,載人艙也感受到了明顯震動。怎么辦,是否需要返航?作為主駕駛,張偉必須對潛水器狀態(tài)迅速作出判斷,確保所有人員和設備安全。
張偉立刻對艙內設備進行了檢查,并沒有發(fā)現(xiàn)異常;對全系統(tǒng)設備進行了檢測,狀態(tài)也都正常。于是他判斷,應該是艙外的浮力材料在壓力作用下產生的聲音,并不影響正常使用,于是“奮斗者”號繼續(xù)執(zhí)行下潛任務。當成功完成此次任務并順利回收潛水器后,大家發(fā)現(xiàn)原來是有一塊浮力材料在與框架結構接觸的地方,因高壓擠壓產生了裂紋。
“雖然是浮力材料發(fā)生了一點點撕裂,但在深海非常安靜的環(huán)境下,那個聲音通過金屬殼體傳導到載人艙內后,人就會感覺是聲音很大。所以當時我們還是非常緊張的,但好在經過冷靜判斷,我們選擇了正確的處理方式?!睆垈セ貞浾f。
除了可能遇到各種突發(fā)狀況,潛入深海還是一件十分辛苦并且需要付出極大耐心的“體力活”。
盡管“奮斗者”號是當前全球同類型全海深載人潛水器中載員人數(shù)最多的,能夠同時容納3人,但是對于身處球形載人艙中的潛航員來說,艙內的活動空間十分有限。
“‘奮斗者’號海試過程中,一般是一名主駕和兩名負責不同系統(tǒng)的技術研發(fā)人員共同下潛?!畩^斗者’號載人艙的內徑是1.8米,里面還有很多儀器設備,所以3個人基本在全程十幾個小時中都要一直坐著,很難去交換位置,也不能站著、躺著。主駕要觀察窗外情況時,只能向前蹲著湊近觀察窗?!睆垈ジ嬖V記者,執(zhí)行任務時,潛航員一般會在吃完早餐后下潛,然后用保溫飯盒帶一些炒飯、炒面、水果等,在海底吃上一頓午餐,等返回上岸后再吃晚餐。
雖然有苦有累,但對張偉來說,在與“奮斗者”號相伴探海的日子里,更多的還是激動與自豪。
尤其是2020年11月10日,這一天令張偉永遠難以忘懷——當日,他作為主駕駛,與另外兩名潛航員通力協(xié)作,讓“奮斗者”號成功坐底馬里亞納海溝,創(chuàng)造了10909米的中國載人深潛新紀錄。
“當時的心情就是很激動、很自豪。中國人乘坐自己研制的載人潛水器達到了萬米深海,這得益于國家對海洋事業(yè)的重視和支持,更是綜合國力提升的重要表現(xiàn),也是載人深潛團隊多年來不懈奮斗的最好回報!”張偉說。
保持奮斗 砥礪前行
從2009年“蛟龍”號出航海試,到4500米級載人潛水器“深海勇士”號誕生,再到“奮斗者”號創(chuàng)下多項紀錄,十幾年來,中國載人潛水器不斷取得豐碩成果?!霸谳d人潛水器方面,我們已經實現(xiàn)了從跟跑,到并跑,再到領跑的跨越?!睆垈フf。
在“蛟龍”號研制時,還有部分技術需要依賴借鑒國外的技術。
但在“深海勇士”號立項后,中國接連突破多項關鍵技術,跟上了國際領先技術的腳步。“深海勇士”號實現(xiàn)了“核心技術自主化,關鍵設備國產化”,其關鍵零部件的國產化率超過95%,如載人艙、浮力材料、高壓海水泵、低噪聲推力器、鋰電池等全部國產化,并且潛水器整體各項性能也都有了顯著提升。
到了“奮斗者”號,載員人數(shù)多、海底作業(yè)能力強、上浮下潛速度快等指標,令其真正成為全球同類型全海深載人潛水器中的佼佼者。“奮斗者”號的研制及海試的成功,標志著中國具有了進入世界海洋最深處開展科學探索和研究的能力,體現(xiàn)了中國在海洋高技術領域的綜合實力。
“奮斗者”號抵達馬里亞納海溝海底,這已是到達了地球海洋的最深處。未來,中國載人深潛團隊的腳步又將邁向何方?
張偉表示:“創(chuàng)新突破始終是中國載人深潛精神的核心,接下來我們還有許多研發(fā)工作要做,依舊要不斷突破,取得新的進步?!?/p>
比如,新材料、新概念、新的應用場景的各類潛水器,需要不斷突破更多的關鍵技術。
2021年,中國船舶集團有限公司第七〇二研究所開始研制新型潛水器,該潛水器將采用新型材料,視野更寬廣,可應用于科研、考古、搜救等多個場景。
“未來還可能研制出模塊化的潛水器,可根據(jù)不同的任務和目的,選用搭載不同的模塊。另外,‘奮斗者’號現(xiàn)在雖然實現(xiàn)了‘全海深’,但還不能覆蓋‘全海域’。未來我們的潛水器應該具備全海域作業(yè)能力,相應的,潛水器上應用的能源系統(tǒng)、導航定位系統(tǒng)等技術都還要繼續(xù)進一步突破?!睆垈ケ硎荆骸白鳛闈撍餮邪l(fā)團隊的一員,我也將保持奮斗的狀態(tài),繼續(xù)向深海進發(fā)!”李 貞
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