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    中國船舶:深海,我們勇往直“潛”
    來源:中國船舶     日期:2020-11-30    字體:【大】【中】【小】

    2020年11月10日,由 中國船舶集團 七〇二所 牽頭研制的“奮斗者”號全海深載人潛水器在馬里亞納海溝成功坐底,坐底深度10909米,刷新了我國載人深潛的最大潛深紀錄。11月13日,“奮斗者”號再度實現萬米深潛,并與“滄?!碧栆曨l著陸器開展聯合作業,實現全球首次萬米深海的電視直播。

    截至11月19日,“奮斗者”號已完成8次萬米載人深潛,成為世界上在馬里亞納海溝萬米深潛人次最多、累計作業時間最長的載人潛水器?!皧^斗者”號的成功研制,標志著我國已成為同類型載人深潛裝備領域的領軍國家。




    作為我國深海領域少有的全球領先的裝備,“奮斗者”號的成功不是一蹴而就,其背后是中國船舶集團在國家科技部的大力支持下,近20年對載人深潛技術矢志不渝的持續攻關,歷經了三個“里程碑”式跨越:“蛟龍”號首次實現了我國載人深潛裝備自行設計、自主集成總體方案的閉環;“深海勇士”號在裝備關鍵技術自主可控和配套設備國產化上取得重大突破;“奮斗者”號則瞄準全球海洋最深處,實現了我國同類型載人深潛裝備的全球引領、全面超越。



    “蛟龍”號:自20世紀60年代起,隨著海洋科學研究和資源開發利用逐步成為熱點,國際上很多國家相繼研發了大深度載人潛水器,這些潛水器發揮出了不可替代的作用,對深海裝備的科技引領作用也愈發凸顯。然而,直到本世紀初,我國載人深潛技術幾近空白,大深度載人潛水器的研發迫在眉睫。


    2002年,7000米級“蛟龍”號載人潛水器正式立項。七〇二所作為項目牽頭單位,聯合國內100余家單位,歷經十年技術攻關,解決了大深度耐壓、密封、安全技術,可靠水聲通信技術,深海復雜環境下精細作業技術等世界性難題,成功研發了具有自主知識產權的“蛟龍”號載人潛水器。2012年7月,“蛟龍”號在馬里亞納海溝成功完成7062米下潛,實現了我國載人深潛技術的重大跨越?!膀札垺碧柕某晒ρ兄?,在國內外產生了巨大反響,我國深海進入能力大幅躍升,使中國成為繼美國、俄羅斯、日本、法國之后,第五個掌握大深度載人深潛技術的國家。




    “深海勇士”號:“蛟龍”號的成功值得慶祝,但另一個問題也擺在我們面前,即“蛟龍”號的載人艙、浮力材料、推進器等核心的部件是在國外加工或者測試,當時我國既不掌握制造能力,也不具備測試條件,我國載人潛水器關鍵核心設備存在著“卡脖子”問題。

    2009年,4500米級“深海勇士”號載人潛水器立項。七〇二所作為項目牽頭單位,組織國內更多的優勢企業,歷經八年持續艱苦攻關,實現了載人艙、浮力材料等十大關鍵部件的國產化,國產化率達到95%,并于2017年10月海試成功,為深海載人深潛高端裝備實現中國制造探索了一條切實可行的路徑?!吧詈S率俊碧柦桓吨两?,已累計下潛超過300次,創造了我國載人深潛作業的一系列新紀錄?!吧詈S率俊碧柕某晒?,極大拓展了中國企業相關領域的制造能力,實現了我國載人潛水器由集成創新向自主創新的歷史性跨越。


    “奮斗者”號:“奮斗者”號的目標是在若干技術領域實現全球領先,更是在若干技術“無人區”開展艱難探索與攻關?!膀札垺碧柕某晒ρ兄?,意味著我國已經具備了可到達全球99.8%海洋開展作業的能力,但0.2%的極限深淵,是全球深海裝備和技術的制高點,到達過這里的人比到達過月球的人還要少。




    2016年,“奮斗者”號作為國家重點研發計劃“深海關鍵技術與裝備”重點專項核心任務正式立項。七〇二所繼續作為項目牽頭單位,聯合帶領更加強大的深潛技術“國家隊”,開啟了歷時5年的集智攻關工作。在研究過程中,針對我國深淵科學考察的任務使命,堅持以形成世界領先水平的全海深載人探測作業能力為目標,開展了全海深載人潛水器系統設計、總裝集成、試驗驗證等工作,攻克并掌握了總體、結構、機械、電氣、控制和聲學等關鍵技術,集成國內深海裝備技術研究成果,成功研制出我國第一臺擁有自主知識產權的全海深載人潛水器,使我國到達萬米深海探索的人次、累計作業時間躍居世界第一。

    “奮斗者”號載人潛水器重量約36噸,載人艙內徑1.8米,載員3人,海底作業時間6小時,生命支持時間15小時(正常)+72小時(應急),是我國首臺具備全球海域載人進入能力的重要裝備,也是當前全球同類型載人潛水器中載員人數最多、海底作業時間最長、作業能力最強的裝備。

    為實現載人潛水器在萬米深海攜帶多人長時間進行作業的功能要求,僅僅在原有技術上進行升級改造是不可能實現的,必須要在設計、材料、工藝、配套等方面開展自主技術創新。中國船舶集團通過開展極致設計、極限制造和配套設備應用與升級,使“奮斗者”號成為諸多新技術首次綜合運用的載體。

    在研制期間,中國船舶集團始終堅持自主設計、自主制造,關鍵核心技術自主可控,在設計計算方法、基礎材料、建造工藝、通訊控制、能源動力等技術領域實現重大突破。根據國家相關規定測算,“奮斗者”號國產化率超過96.5%。

    ——總體設計和集成。

    在“奮斗者”號的設計和總裝集成過程中,七O二所綜合運用人機工程、可靠性、噪聲控制、系統仿真等方法,首次形成了覆蓋全海深環境的全系統技術解決方案,具備了載人潛水器譜系化設計能力?!皧^斗者”號潛浮速度相比“蛟龍”號和“深海勇士”號分別提高了76%和20%,總裝集成周期相比“蛟龍”號縮短了62%,相比“深海勇士”號縮短了25%。通過深海超高壓環境下的載人艙中厚殼設計計算方法、載人艙實時監測及安全性評估方法、大型深海耐壓結構安全性綜合檢測方法等研究,為潛水器安全保駕護航。

    ——載人艙。

    萬米深海超高壓(標準大氣壓的1100多倍)、低溫(0℃~2℃)的環境特點,對載人艙球殼的選材提出了嚴苛要求,當時所有的鈦合金材料均無法滿足要求。

    中國科學院金屬所研發出一種國產新型高強、高韌鈦合金材料,由寶鈦集團完成了寬幅超厚板軋制和半球整體沖壓。

    載人艙的選材決定了其焊接工藝要求極高、難度極大。中國船舶集團七二五所勇挑重擔、攻堅克難,突破了高強高韌鈦合金材料的特殊焊接工藝,在世界上首次應用此類技術一次性成功完成半球赤道縫焊接,焊接質量滿足技術指標要求,達到國際領先水平。

    ——固體浮力材料。

    萬米載人潛水器不僅要潛得深,還要能安全上得來,但在超高壓環境下,只能采用可抵抗萬米海深壓力的新型固體浮力材料。中國科學院理化所研制了滿足萬米深海超高壓條件下高強度、低密度的固體浮力材料標準塊。在此基礎上,中國船舶集團七一〇所系統性解決了浮力材料粘接過程中的特殊控制工藝等難題,為“奮斗者”號增大有效載荷、減少外型尺寸設計目標的實現作出了重要貢獻。

    ——配套設備。

    針對潛水器在萬米海深環境長時間工作對電池系統提出的要求,中國船舶集團七一二所突破了全海深電池關鍵材料、電池單體、成組適配等關鍵技術,研制出百千瓦時級的全海深承壓鋰電池組,具有國際領先的工作耐壓深度,大幅度提高了潛水器的水下作業時間。

    針對潛水器有限艙容要為3名潛航員提供72小時應急供氧的苛刻要求,中國船舶集團七一八所解決了氧燭小型化導致的內部化學物質反應可控性降低等問題,試驗中實現了點燃的100根氧燭無一出現故障的高可靠性。

    針對“探索一號”、“探索二號”母船對潛水器的水面支持系統的升級需求,中國船舶集團七〇八所、七〇四所、中船綠洲、中船澄西聯合研制了包括100噸門架式載人潛水器布放回收系統等設備在內的整套科考作業水面支持系統,打破國外廠商的技術壟斷。



    “奮斗者”號取得的成績是我國在深??蒲蓄I取的一個全新開端,面向我國在深海領域的重大戰略需求,我們必須把科技自立自強作為發展的戰略支撐,通過自主創新掌握關鍵核心技術,推動我國海洋科技的全面發展。