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6月底,“蛟龍”號載人潛水器又一次沖破7000米深海,下潛至7062米的最新深度,完成了全流程功能驗證等各項深??瓶荚囼?,刷新了世界海洋科考的新深度。新深度標(biāo)志著“蛟龍”號的工作范圍可覆蓋全球99%以上的海域。我國也成為擁有世界上作業(yè)深度最大的作業(yè)型載人潛水器的國家。
6次下潛,3次超過7000米,4次刷新最深下潛紀(jì)錄,7000多米的水下進行離海底5米的定高運動……這些不斷刷新的紀(jì)錄背后是無數(shù)技術(shù)難關(guān)的攻克,“蛟龍”號的成就凝聚著老中青三代“蛟龍”人十幾年的心血。
下潛7000米,抗壓每平方米7000噸
載人深潛是復(fù)雜的系統(tǒng)工程,從設(shè)計到下水,風(fēng)險無處不在,成敗系于毫發(fā)。
“蛟龍”號總設(shè)計師、中船重工集團七○二研究所研究員徐芑南告訴記者,在“蛟龍”號下潛過程中,海洋的環(huán)境會隨著下潛的深度不斷發(fā)生變化,下潛得越深,海洋的環(huán)境也就越復(fù)雜,與預(yù)想產(chǎn)生差別的可能性就越大,如果能與下潛環(huán)境順利匹配,那么下潛成功。否則,哪怕出現(xiàn)一絲的疏忽,都可能產(chǎn)生致命的危險。
10年間,“蛟龍”號的研究攻克了大量技術(shù)難關(guān)。要下潛至7000米,最大的難點就是700個大氣壓——每平方米承受7000噸的壓力。同時,7000米水下的溫度約為1攝氏度,海水表面溫度為25攝氏度左右,潛航員在下潛過程中要經(jīng)歷春夏秋冬四季。經(jīng)過研究,“蛟龍”使用特殊玻璃微珠材料作為外殼材料,不僅承受住了重壓,還出色地適應(yīng)了溫度的變化,堅不可摧。
應(yīng)對7000米巨大的水壓,對于耐壓載人艙和其他耐壓罐而言,選擇材料只是第一步。耐壓殼的形狀、直徑,穿艙體的數(shù)目與大小,艙口蓋的尺寸與其密封形式,觀察窗數(shù)量、大小與密封等諸多問題,都需要設(shè)計者既要滿足潛水器的技術(shù)指標(biāo)要求,又要顧及加工制造工藝的現(xiàn)實條件和能力,尋求最佳技術(shù)路線。
此外,近底自動航行和懸停定位、高速水聲通信、大容量充油銀鋅蓄電池這三大特色,對“蛟龍”號的成功起了重要作用。
拿高速水聲通信來說,“蛟龍”號與其母船“向陽紅09”船之間的垂直距離為7000米,水聲通信要經(jīng)過很多的溫躍層、不同的流躍層及密躍層,在此過程中溫度、鹽度、深度、密度變化很大,在這種情況下信道受到很大的干擾與反射,想要保持7000米的水聲通信很困難。
在海試初期,水聲通信在試驗過程中屢屢出現(xiàn)問題。積累了幾十年水中聲吶研究技術(shù)的北京長城電子裝備有限責(zé)任公司經(jīng)過3個多月的技術(shù)攻關(guān),展示出多年的技術(shù)功底,解決了此前出現(xiàn)的問題,確保了水面和水下的通信。
中船重工原總工程師方書甲告訴記者:“我們的水聲通信不僅要與母船對話,接受母船指揮,還要上傳圖像,而且實現(xiàn)了寬帶傳輸,傳上來的圖像清晰,且信噪比非常好,這些都是很不容易的。從這一點上也表明我們的水聲通信技術(shù)已經(jīng)進入國際領(lǐng)先行列。”
“‘蛟龍’號是我國自主研制的。”方書甲介紹,“蛟龍”號使用的充油蓄電池、電子耐壓罐、自動控制裝置與生命工程系統(tǒng)等都是在國內(nèi)完成的。在引進、消化、自行研發(fā)基礎(chǔ)上,目前材料和設(shè)備的國產(chǎn)化率已大大提高,“蛟龍”號的應(yīng)用再也不會受到進口部件或設(shè)備的約束。
三代“蛟龍”人,共圓深海夢
“蛟龍”成功的背后,有一群可愛的“蛟龍”人。他們孜孜以求的奉獻,成就了“蛟龍”不斷刷新下潛深度。
早在1992年,徐芑南就在時任七○二所所長的吳有生院士領(lǐng)導(dǎo)下,和其他老專家一起提出搞載人深潛的項目,因當(dāng)時需求不夠迫切,再加上技術(shù)難度太大,投入力度也不小,項目當(dāng)時未獲審批。就這樣,徐芑南帶著遺憾與無奈退休了。
直到2002年6月,科技部正式把7000米載人潛水器列為國家863計劃重大專項。在立項選擇總設(shè)計師時,所有人不約而同地想到了徐芑南。他長期致力于我國深海裝備研究,先后擔(dān)任單人常壓潛水器、雙功能常壓潛水器、纜控水下機器人、大深度無纜智能水下機器人、6000米自治水下機器人等項目的總設(shè)計師,具有豐富的經(jīng)驗和深厚的技術(shù)功底。當(dāng)時,雖然徐芑南退休已經(jīng)有6年,但組織上還要他擔(dān)任總師職務(wù)。
有人勸他說:“萬一項目做不出來,也許就會毀掉你一輩子的成就。”因他患有心臟病、高血壓,一只眼睛已經(jīng)僅存光感,身體能不能適應(yīng)也是大問題。出于這些擔(dān)心,當(dāng)時徐芑南的家人也顧慮重重。
但是,深海潛水器是徐芑南的生命里被擱淺的夢。面對實現(xiàn)夢想的機會,他又怎能放棄?
時年66歲的徐芑南放棄了在國外享受天倫之樂的生活,帶著夫人方之芬回到所里,挑起了7000米深海載人潛水器總設(shè)計師的重?fù)?dān)。
“蛟龍”第一次做海試的時候,徐芑南已經(jīng)73歲。但是他仍然堅持親自上船,為海試“護航”。母船“向陽紅09”船是一條舊船,條件很差。“當(dāng)時在送徐總出海的時候,大家心里都特別不好受。”方書甲告訴記者。
在深潛事業(yè)的感召下,我國首批長江學(xué)者、七○二所副所長崔維成也加入到這個研究隊伍中來。崔維成畢業(yè)于清華大學(xué)工程力學(xué)系, 1993年在國外完成學(xué)業(yè)后,面對祖國的召喚,他毅然放棄國外優(yōu)厚的工作待遇回國發(fā)展。作為“蛟龍”號第一副總設(shè)計師,他帶領(lǐng)科研人員首次將多學(xué)科設(shè)計優(yōu)化理論應(yīng)用于潛水器的設(shè)計,并首次給出了大深度載人潛水器的設(shè)計載荷以及疲勞壽命的評估方法。
胡震、侯德永、葉聰、程斐、楊申申等一批年輕的科研人員也加入其中,一支擁有老中青三代人的載人潛水器創(chuàng)作團隊很快組建起來。所有參研參試人員都時刻銘記“扎實”二字,精益求精體現(xiàn)在每一個細(xì)小的環(huán)節(jié),力求分秒不差、萬無一失,夯實了“蛟龍”入海的可靠性和安全性基礎(chǔ)。
刷新了7062米的深潛新紀(jì)錄后,人們對因“用”而生的“蛟龍”有著更多的期待。海洋作為我們家門口的鄰居,蘊含著非常豐富的資源。除了深度上的突破,“蛟龍”還承擔(dān)著多項科考任務(wù)。實現(xiàn)深海極端環(huán)境下的地質(zhì)和資源探測科考才是研發(fā)“蛟龍”的真正目的。
徐芑南介紹,想要了解海洋,走向深海,僅憑載人潛水器是不夠的,仍需完善深海運載器的系列,逐漸形成有纜控水下機器人、無纜水下機器人、載人潛水器這三者形成合力的深海調(diào)查梯隊。還需建立兼具工作站和試驗站功能的水下深海空間站,它可以為長期在水底工作的潛水器提供修整、維護的工作基地。深海空間站還可給海洋領(lǐng)域的“原味研究”——在水下對水下的生物,特別是生物體系進行持續(xù)一定時間的研究提供條件。
(本文章摘自9月3日《人民日報》)