蛟龙号下潜深度 专家称蛟龙号载人潜水器设计深度为7000米(图)

2018-12-17 - 蛟龙号

7月1日上午,我国第一台自行设计、自主集成的“蛟龙号”载人潜水器从江苏江阴启航。未来47天,它将驶向东北太平洋,进行5000米级海试。新华社发

此次“蛟龙号”发起5000米海试,由国家海洋局、中国大洋协会组织。

“向阳红9号”共搭载来自中船重工第702研究所、中科院沈阳自动化所和声学所等13家研制参试单位的96名队员。临行前,“蛟龙号”首席潜航员叶聪激动地告诉记者:这次我们信心百倍,这是一次中国载人深潜“创纪录之旅”。

蛟龙号下潜深度

自从2010年,“蛟龙号”成功下潜到3759米后,我国成为继美、法、俄、日之后,第5个掌握3500米以上大深度载人深潜技术的国家。“蛟龙号设计最大下潜深度是7000米,这次下潜5000米,将全面考核潜水器的设计功能和性能,锻炼和培养中国载人深潜技术能力,也是为了最终实现最大下潜作准备。”中国大洋协会秘书长、载人海试领导小组副组长金建才说。

蛟龙号下潜深度

本报特派记者

李阳阳 詹丽华

发自江苏江阴

昨天上午9点40分,“向阳红9号”拉响了汽笛,缓缓地驶离江苏江阴苏南码头,奔赴东太平洋。中国载人潜水器“蛟龙号”5000米海试(中国大洋第25航次)起航仪式正在这里隆重举行。

蛟龙号下潜深度

起航仪式上,“蛟龙号”海试队员代表面向鲜艳的五星红旗宣誓,队员代表们一一报出自己的姓名:唐嘉陵、付文韬、叶聪、刘峰……并齐声高喊:“牢记祖国人民重托,坚决完成海试任务!”

国家海洋局局长刘赐贵向海试总指挥刘峰授旗,随后海试队员代表纷纷登船,在一首“热血颂”中,参加起航仪式的嘉宾、各界代表与海试人员挥手道别。

数字“蛟龙”

    240公斤

出发时,“蛟龙号”三位潜航员一字排开,向欢送的人群挥手致意。叶聪在其中特别突出——因为特别胖。据他自己说,刚测的体重已经102公斤了。潜航员要求体重一般不超过80公斤,因为深潜器的荷载有限。“蛟龙号”的最大荷载是240公斤,于是要求3位潜航员的总体重不能超过240公斤。

而叶聪一个人占了大头,留给另两个潜航员唐嘉陵和付文韬的体重“配额”只剩138公斤了。这两个今年刚刚成为正式潜航员的80后,本来就瘦,站在叶聪旁边就显得更瘦了。

0个扣子

这次随“蛟龙号”轮流下潜的一共有9人,除3名潜航员之外,还有6名专家、学者。他们的衣服都是定制的。潜航服的面料要求必须是纯棉防静电材质,连体和分体的款式都有,去年潜航员露面时穿的潜航服是连体式,中间系带,其实他们更喜欢穿分体式。

但是无论是连体式,还是分体式,潜航服都有一个共同的特点——扣子数量,0个,因为不能有硬物装饰。钮扣,有可能不小心破坏舱内的精密仪器。个人服装,在满足纯棉防静电、无硬物装饰的前提下,若舱内空间允许,经检查后也可以带入。在深潜过程中,舱内温度会不断变化,差不多春夏秋冬都要走一遍,所以潜航员们需要随时增减衣物。

10年前圆梦,带领研制深海蛟龙

6月29日下午,刘峰在江苏江阴驻地宾馆主持召开“蛟龙号”各小组工作人员的协调会,为了不打扰他,记者一直在门外等候。“实在不好意思,起航前有很多事情要处理,让你们久等了。”

或许是最近太忙了,刘峰的眉目间显出一些疲惫。然而,当记者一提起“蛟龙号”时,他的眼睛一下子就睁大了,兴奋之情难以言表。“可以这么说,这次5000米深潜的准备比之前1000米和3000米都更加充分,所以我非常有信心。”

谈起自己和蛟龙号的故事,刘峰表示,还要从上个世纪说起。20世纪末,刘峰还是中国大洋矿产资源研究开发协会(以下简称中国大洋协会)项目处处长,但已经意识到我国自主研制载人潜水器刻不容缓。“当时,国际上对深海开发的竞争已经非常激烈,结合我国深海资源研究开发的重大需求和国家高技术发展计划的发展方向,我提出了发展我国深海载人潜水器的建议。” 刘峰回忆说。

2001年12月1日,对于刘峰来说,是人生中一个特殊的日子,从此他的生活工作中多了一个关键词——“载人潜水器”。“我记得当天,北京下了雪,气温也很低,但我心里很暖和,因为我正式被聘为‘7000米载人潜水器’项目总体组组长。”

次年,国家“863”计划重大专项“7000米载人潜水器”正式获得批复,刘峰的工作进入了快速轨道。

初次试潜50米,曾让刘峰冒冷汗

项目获批了,值得庆祝,但对于刘峰来说挑战才刚刚开始,因为一切都将从零开始。“最大的难题在于缺少经验,立项之初,到国外参观都困难,更何况了解掌握关键核心技术?”

2002年3月,刘峰与国家863计划先进制造及自动化领域办公室签订了《7000米载人潜水器》重大专项研发合同。“由于牵涉到多个领域,所以载人潜水器的研究,从一开始就集结了中船重工集团公司702所、701所、中科院沈阳自动化所、中科院声学所等100家科研机构和企业。”

作为技术决策和组织实施的专项总体组负责人,刘峰的责任就是实现潜水器本体系统、水面支持系统、潜航员系统和应用系统之间技术上的无缝对接、研制进度上的步调一致。

6年后,载人潜水器开始下水了。而此时,刘峰的身份是海试现场总指挥。第一次的50米潜水,就让刘峰捏了一把冷汗。“当时,潜水器放进海洋后,突然失去联系了,因为无线电传播根本接收不到,而且因为海洋表面的环境很吵,过了好长时间才发现潜水器。作为总指挥,当时的心情可想而知,很着急。”

从2009年8月开始,“蛟龙号”载人深潜器又先后组织开展1000米级和3000米级海试工作。一年时间,在南海就进行了20次的海试。

2010年8月26日,中国科学技术部、国家海洋局在北京联合宣布,中国第一台自行设计、自主集成研制的“蛟龙号”载人潜水器成功下潜到3759米,超过全球海洋平均深度3682米,并创造出水下和海底作业9小时零3分的纪录。“当我们的潜水器把五星红旗插在海底的时候,我和我的同伴都激动地站了起来,我们成功了!”

完成5000米,适时冲击7000米

正当全国上下为此而骄傲庆祝的时候,刘峰又把目标定向了5000米、7000米……“今年进行5000米级海试,7000米海试也会在合适的时候进行。一旦达到7000米深度,蛟龙号深海探测范围可以覆盖全球海洋区域的99.8%。”

接受记者采访时,刘峰透露,今年除了“海试”,还有一个更重要的任务“海实”。“根据我们的准备来看,深潜5000米一方面是试验潜水器的各项性能,但还有一个更加重要的任务就是海洋实验,也是实际应用。”

据刘峰介绍,根据国际海底管理局分配,从2001年,中国就拥有太平洋中部矿区的专属勘探权和优先开采权,面积有七万五千平方公里,相当于中国渤海那么大。

“那里藏有丰富的矿产和稀有金属,这次‘蛟龙’号潜水器还有一个任务就是帮助科学家开发这个矿区,并直接到深海进行科学研究。这次,来自浙江杭州的海洋二所也有科学家一起出海。”

通过努力,蛟龙号载人潜水器正在创造一个又一个可喜的成绩,这也让刘峰感到很欣慰,但在他心中,始终绷着一根弦——不是为了挑战深海,而是为了开发深海。

“按照目前的设计,我们的蛟龙号可以达到7000米深海,算是全球载人潜水器最深的了,它足以显示我国在载人深潜技术上的国际领先,但我们也深知,这一切都是为了更好地开发深海资源,服务科学研究。”

在刘峰看来,完成7000米深潜后,我国会开发出更多的可以深潜4500至2000米的载人潜水器。“相比较而言,这类载人潜水器的成本要低些,而且这个深度的海洋也有非常丰富的资源,综合来说,可以降低深潜成本,更加实惠。”

“蛟龙号”就像我的孩子

长、宽、高分别是8.2米、3.0米与3.4米,在空气中重量不超过22吨,外形像一条鲨鱼,有着白色圆圆的“身体”、橙色的“头顶”,身后装有一个X形稳定翼,在X的四个方向各有1个导管推力器……

说起蛟龙号潜水器,老人如数家珍,用徐芑南自己的话来说,“他就像是我的孩子,我看着他一天天成长起来的。”

其实,当初刚接到研究任务的时候,徐芑南已近古稀之年,而当时他也是临危受命。“因为我所在的单位中船重工702研究所,这方面的人才有的退休,有的转岗,后来领导找我谈话,问我是否愿意挑起这个担子,我当时没多想就答应了。因为我做了一辈子的深潜技术研究,大都是深潜机器人,载人深潜一直是我的一个梦想。”

就这样,徐芑南被任命为载人深潜器总设计师。对于67岁的他,这是机遇,也更是挑战。

经过多年的努力,徐芑南所带领的设计小组终于实现了耐压结构、生命保障、远程水声通讯、系统控制等关键技术的突破。2007年8月底,载人潜水器成型“出炉”了。

“图纸上画了无数遍、脑海里想了无数遍、做梦里见到过无数遍,这次终于成真了,我们国家终于有了自己的载人深潜器了。”回忆那一刻,这位老人脸上洋溢着童真般的喜悦和自豪。

设计标准与“神六”相当

在设计过程中,让徐芑南记忆深刻的海试潜水器的生命支持系统,设计标准不亚于“神六”宇航员安全保障系统。“在大洋深处,舱内必须保持氧气、二氧化碳达到一定浓度,同时也要保持舱内拥有正常的舱压、温度、湿度,还要保证不能有异味。所以,我们在‘蛟龙号’潜水器中装配了生命支持系统和两套氧气供给系统,力求万无一失。” 徐芑南说。

众所周知,水下压力很大,载人潜水器要想自由上下,常规来说就必须得有能量来源,但这无疑会要求增加潜水器的重量,而增加重量必然会影响整个潜水器的安全,怎么办?

徐芑南最后把宝押在了“深潜器无动力下潜上浮技术”上。“我们在潜水器两侧配备4块压载铁,重量可以根据不同深度与要求调整。在下潜过程中,压载铁使潜水器具备负浮力,按照一定速度下潜;当潜水器到达设定深度时,可操作抛载其中两块压载铁,使潜水器处于零浮力悬停状态,保持在这个深度上实现作业,包括航行、拍照、取样等;当任务完成,再抛弃另外2块压铁,使潜水器具备正浮力,按照一定的速度上浮,到达水面。”

按照这样的设计,蛟龙号载人潜水器最快下潜上浮速度是42米每分钟,也就是说到达7000米海底大约需要3个小时。

根据计算,如果到达7000米深度,潜水器手掌大小的面积将承受70多吨的压力,而这对潜水器抗压也是一种考验。“潜水器大部分结构由钛合金构成,在潜水器外表加装的是70多毫米的钛合金壁,能够抵挡住超高压。海试前,我们还模拟了一个压力桶装置里,相当于7000米深处海水压力,对每个部件进行了考验。”徐芑南说。

徐芑南说,“蛟龙号”上配备多种高性能作业工具,确保它在特殊的海洋环境或海底地质条件下完成保真取样和潜钻取芯等复杂任务。

“中国龙”三大技术领先

交流中,徐芑南不忘“提醒”记者,“要告诉读者,蛟龙号,可是咱地地道道的中国龙!”

在国家海洋局对外介绍上,“蛟龙号”是被这样定义的:我国自行设计、拥有自主知识产权的第一台深海载人潜水器。从方案设计、初步设计到详细设计,全部由我国工程技术人员自主完成。总装联调和海上试验也由我国独立完成。

“整整7年时间,载人潜水器上的几个关键核心技术,像耐压结构、生命保障、远程水声通讯、系统控制等关键技术,都是我们自己突破的。” 徐芑南说。

不过,徐芑南也没有否认,蛟龙号身上也有些零部件来自于国外进口,但他特别强调这些都不是核心零部件,而且绝大部分零部件正在实现国产化。

相比国际上现有的大深度载人潜水器,徐芑南认为中国龙“蛟龙号”在技术上有三个领先优势。

首先,“蛟龙号”具有先进的近底自动航行功能和悬停定位功能,便于目标搜索和定位,可以在海底自由前后航行。其次,它具有高速水声通信功能,可以将潜水器在水下的语音、图像、文字等各种信息实时传输到母船上,母船的指令也可以实时地传给潜水器,专家可以现场进行指挥。 最后,相比较,蛟龙号上的充油银锌蓄电池容量是最大的,从而保证了在水下的作业时间。

“什么都好奇却什么也不敢碰,生怕给碰坏了。”

第一次深潜就像个乖学生

叶聪说自己是“深海的哥”,因为他觉得,潜航员就像出租车司机,把搭乘的科学家送到深海区。不过这位如今的五星级“深海的哥”,生平第一次深潜的时候,可不像今天这么活泼。

那是2005年,叶聪和其他4位科学家、工程师组成了一支小分队去美国的亚特兰蒂斯号科研船上学习。亚特兰蒂斯号是“阿尔文号”载人深潜器的母船,后者目前仍是世界上下潜次数最多、最著名的深潜器,1986年就是它发现了泰坦尼克号的残骸。

“那回阿尔文号一共进行了21次深潜,我参加了第1次和第20次。”叶聪仍清楚记得自己第一次踏进那艘世界上最具传奇色彩的深潜器时的感受,“就像一个乖学生,什么都好奇却什么也不敢碰,生怕给(人家)碰坏了。”第二次进舱感觉就没那么束手束脚了,碰巧阿尔文号出现了故障,是他与美国专家一起解决的问题,这也让叶聪有了更多信心。

正是那次亚特兰蒂斯号之行让叶聪成为“蛟龙号”的首席潜航员。

“最后一次海试时刚好发现一个深两米的坑,深度就多了两米。”

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