“奮斗者”號(hào)上奮斗者的奮斗
載人航天、探月探火、深海深地探測(cè)、超級(jí)計(jì)算機(jī)……當(dāng)前,中國(guó)科技實(shí)力正在從量的積累邁向質(zhì)的飛躍、從點(diǎn)的突破邁向系統(tǒng)能力提升,在深海、深空、深地、深藍(lán)等領(lǐng)域積極搶占科技制高點(diǎn),科技創(chuàng)新取得新的歷史性成就。近期,本報(bào)對(duì)中國(guó)在深海、深空、深地、深藍(lán)等領(lǐng)域的一系列創(chuàng)新性成果進(jìn)行采訪梳理,向讀者展示中國(guó)科技創(chuàng)新的豐碩成果,講述研發(fā)生產(chǎn)中的奮斗故事。
——編者
廣闊的海洋蘊(yùn)含豐富的資源,深邃的海底充滿神秘與未知。近年來(lái),中國(guó)深??萍际聵I(yè)加快發(fā)展,海洋強(qiáng)國(guó)建設(shè)不斷取得新成就。創(chuàng)造了10909米中國(guó)載人深潛紀(jì)錄的全海深載人潛水器“奮斗者”號(hào),正是中國(guó)深??萍继剿鞯缆飞系囊豁?xiàng)重要代表。
近日,記者采訪了中國(guó)船舶集團(tuán)有限公司第七〇二研究所高級(jí)工程師、“中國(guó)青年五四獎(jiǎng)?wù)隆鲍@得者張偉,他是“奮斗者”號(hào)研發(fā)團(tuán)隊(duì)中的一員,也曾作為“奮斗者”號(hào)主駕潛入過(guò)萬(wàn)米深海。讓我們聽(tīng)聽(tīng)張偉伴隨“奮斗者”號(hào)筑夢(mèng)深海的故事。
不斷創(chuàng)新 精益求精
“奮斗者”號(hào)的外觀看上去像是一條圓頭圓腦的綠色大魚(yú)。這條了不起的“魚(yú)”創(chuàng)造了一個(gè)又一個(gè)激動(dòng)人心的深潛里程碑。
2016年,“奮斗者”號(hào)載人潛水器立項(xiàng)。
2020年11月,“奮斗者”號(hào)成功坐底馬里亞納海溝萬(wàn)米海底,創(chuàng)造了10909米的中國(guó)載人深潛新紀(jì)錄,標(biāo)志著中國(guó)在大深度載人深潛領(lǐng)域達(dá)到世界領(lǐng)先水平。
2021年3月,“奮斗者”號(hào)正式入列中國(guó)科考重器矩陣;同年8月,“奮斗者”號(hào)進(jìn)行科考應(yīng)用“首秀”。
今年3月,“探索一號(hào)”科考船搭載著“奮斗者”號(hào)載人潛水器,圓滿完成國(guó)際首次環(huán)大洋洲載人深潛科考任務(wù)。本航次中,“奮斗者”號(hào)總共下潛63次。本航次的成功實(shí)施,則標(biāo)志著“奮斗者”號(hào)載人潛水器運(yùn)維體系走向成熟、穩(wěn)定,并將中國(guó)載人深潛科考由馬里亞納海溝拓展到全球多個(gè)深淵海溝,開(kāi)啟了“奮斗者”號(hào)國(guó)際合作和萬(wàn)米載人深潛的新征程。
一項(xiàng)項(xiàng)耀眼成績(jī)的背后,離不開(kāi)技術(shù)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(jìn)的控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)深淵復(fù)雜環(huán)境下的高精度航行控制,水聲通信系統(tǒng)助力萬(wàn)米海底聲像實(shí)時(shí)傳輸……“奮斗者”號(hào)是國(guó)際上首次可以同時(shí)搭載3人下潛的萬(wàn)米載人潛水器,它所應(yīng)用的每項(xiàng)技術(shù)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(hào)電氣系統(tǒng)的研發(fā)。
“奮斗者”號(hào)由鋰電池供電。張偉告訴記者,潛水器下潛到萬(wàn)米深度,從布放、到海底作業(yè)、再到最后回收,大概需要13個(gè)小時(shí)。這期間,潛水器內(nèi)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(hào)所用的鋰電池在成組前,都要嚴(yán)格進(jìn)行十幾項(xiàng)安全檢驗(yàn),還要進(jìn)行超過(guò)萬(wàn)米壓力環(huán)境下的安全測(cè)試。
而萬(wàn)米深海產(chǎn)生的巨大的水壓,對(duì)載人潛水器的供電系統(tǒng)也提出了更高要求。張偉講解說(shuō):“在1萬(wàn)米深處的海底,水壓接近1100個(gè)大氣壓。但由于潛水器整體的體積、重量都有嚴(yán)格要求,所以我們沒(méi)辦法為電池單獨(dú)做一個(gè)耐壓艙。于是團(tuán)隊(duì)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(shí)現(xiàn)壓力平衡?!?/p>
“奮斗者”號(hào)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(huì)產(chǎn)生短路、絕緣等故障,造成設(shè)備功能失效,更嚴(yán)重的還可能導(dǎo)致電解腐蝕,危及潛水器耐壓結(jié)構(gòu)的安全。如果是在陸地上,電纜設(shè)備的絕緣性能可以很容易地通過(guò)各種儀器來(lái)測(cè)量,但在海底環(huán)境工作時(shí),如何檢測(cè)設(shè)備絕緣性能呢?
張偉和研發(fā)團(tuán)隊(duì)成員針對(duì)這一難題,建立了一套基于絕緣檢測(cè)的在線故障診斷系統(tǒng),并研制了一套智能化的檢測(cè)裝置,實(shí)現(xiàn)了載人潛水器的電氣故障診斷。
“這套系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)潛水器上所有用電設(shè)備的狀態(tài),如果出現(xiàn)絕緣問(wèn)題,系統(tǒng)會(huì)及時(shí)發(fā)出預(yù)警,提醒潛航員及時(shí)進(jìn)行故障應(yīng)急處置,實(shí)現(xiàn)了潛水器在高壓環(huán)境下實(shí)時(shí)在線供電安全性檢測(cè)、故障定位和隔離。”據(jù)張偉介紹,從“蛟龍”號(hào)研發(fā)時(shí),這套診斷系統(tǒng)就已開(kāi)始應(yīng)用。此后,系統(tǒng)又不斷升級(jí)改進(jìn)研發(fā)?!艾F(xiàn)在,這套設(shè)備已經(jīng)越來(lái)越小型化、智能化。比如最開(kāi)始設(shè)計(jì)的系統(tǒng),還需要潛航員自己去操作、判斷信息,對(duì)潛航員的技術(shù)要求比較高,也會(huì)增加他們的工作量。但現(xiàn)在,應(yīng)用在‘奮斗者’號(hào)上的系統(tǒng)已實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)在線監(jiān)測(cè),能更加及時(shí)地發(fā)出預(yù)警,有效提高了‘奮斗者’號(hào)的故障診斷能力,縮短了維護(hù)時(shí)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?!?/p>
探秘深海 勇?lián)厝?/p>
對(duì)普通人來(lái)說(shuō),萬(wàn)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(hào)多次潛入其中,這是一種怎樣的體驗(yàn)?
張偉描述,因?yàn)檩d人艙內(nèi)是常壓環(huán)境,所以人坐在潛水器里下潛,在身體上是沒(méi)什么特殊感覺(jué)的。但從聽(tīng)覺(jué)和視覺(jué)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(tīng)到載人艙殼體因?yàn)閴毫ψ兓a(chǎn)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(shuō):“從淺海下到深海,陽(yáng)光的穿透力會(huì)逐漸減弱,到海下200米左右時(shí),基本沒(méi)有什么光線了。到了海下1000米,已是完全漆黑一片,這時(shí)我們能從窗口觀察到一些會(huì)發(fā)光的生物。等再下到萬(wàn)米深海,仍然會(huì)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(huì)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(lèi)未知的奧秘等待著我們?nèi)ヌ剿餮芯??!?/p>
潛入未知的深海,這樣的經(jīng)歷既很難得,同時(shí)也責(zé)任重大。每次下海,張偉都心存敬畏?!白鳛闈撍髟O(shè)計(jì)人員,我跟隨‘奮斗者’號(hào)深潛,主要是在海試階段,來(lái)檢驗(yàn)設(shè)備是否合格,后續(xù)是否能順利交付使用,所以責(zé)任很重?!?/p>
能肩負(fù)這份責(zé)任,首先要對(duì)潛水器有全面的了解。
在“奮斗者”號(hào)陸上聯(lián)調(diào)和水池試驗(yàn)階段,張偉就經(jīng)常加班加點(diǎn)堅(jiān)守在一線。水池試驗(yàn)完成后,張偉已對(duì)“奮斗者”號(hào)每條電纜、每個(gè)信號(hào)的情況熟記于心,當(dāng)發(fā)生問(wèn)題時(shí),他總是能快速定位故障點(diǎn),高效地解決問(wèn)題。
正式成為“奮斗者”號(hào)主駕前,張偉先經(jīng)過(guò)了一段時(shí)間的理論培訓(xùn),主要是熟悉潛水器各個(gè)系統(tǒng)的工作原理、技術(shù)細(xì)節(jié)、操作方法等。特別是要學(xué)習(xí)在各類(lèi)故障情況下,如何正確處置。
張偉對(duì)自己的要求是無(wú)論何時(shí)、無(wú)論遇到何種情況,一定要準(zhǔn)確判斷、精細(xì)操作、沉著應(yīng)對(duì)。他記得,有一次在萬(wàn)米下潛的過(guò)程中,“奮斗者”號(hào)深度接近9000米時(shí),忽然聽(tīng)到一聲非常響的聲音,載人艙也感受到了明顯震動(dòng)。怎么辦,是否需要返航?作為主駕駛,張偉必須對(duì)潛水器狀態(tài)迅速作出判斷,確保所有人員和設(shè)備安全。
張偉立刻對(duì)艙內(nèi)設(shè)備進(jìn)行了檢查,并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)異常;對(duì)全系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行了檢測(cè),狀態(tài)也都正常。于是他判斷,應(yīng)該是艙外的浮力材料在壓力作用下產(chǎn)生的聲音,并不影響正常使用,于是“奮斗者”號(hào)繼續(xù)執(zhí)行下潛任務(wù)。當(dāng)成功完成此次任務(wù)并順利回收潛水器后,大家發(fā)現(xiàn)原來(lái)是有一塊浮力材料在與框架結(jié)構(gòu)接觸的地方,因高壓擠壓產(chǎn)生了裂紋。
“雖然是浮力材料發(fā)生了一點(diǎn)點(diǎn)撕裂,但在深海非常安靜的環(huán)境下,那個(gè)聲音通過(guò)金屬殼體傳導(dǎo)到載人艙內(nèi)后,人就會(huì)感覺(jué)是聲音很大。所以當(dāng)時(shí)我們還是非常緊張的,但好在經(jīng)過(guò)冷靜判斷,我們選擇了正確的處理方式。”張偉回憶說(shuō)。
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(hào)是當(dāng)前全球同類(lèi)型全海深載人潛水器中載員人數(shù)最多的,能夠同時(shí)容納3人,但是對(duì)于身處球形載人艙中的潛航員來(lái)說(shuō),艙內(nèi)的活動(dòng)空間十分有限。
“‘奮斗者’號(hào)海試過(guò)程中,一般是一名主駕和兩名負(fù)責(zé)不同系統(tǒng)的技術(shù)研發(fā)人員共同下潛?!畩^斗者’號(hào)載人艙的內(nèi)徑是1.8米,里面還有很多儀器設(shè)備,所以3個(gè)人基本在全程十幾個(gè)小時(shí)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(shí),只能向前蹲著湊近觀察窗?!睆垈ジ嬖V記者,執(zhí)行任務(wù)時(shí),潛航員一般會(huì)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(duì)張偉來(lái)說(shuō),在與“奮斗者”號(hào)相伴探海的日子里,更多的還是激動(dòng)與自豪。
尤其是2020年11月10日,這一天令張偉永遠(yuǎn)難以忘懷——當(dāng)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(hào)成功坐底馬里亞納海溝,創(chuàng)造了10909米的中國(guó)載人深潛新紀(jì)錄。
“當(dāng)時(shí)的心情就是很激動(dòng)、很自豪。中國(guó)人乘坐自己研制的載人潛水器達(dá)到了萬(wàn)米深海,這得益于國(guó)家對(duì)海洋事業(yè)的重視和支持,更是綜合國(guó)力提升的重要表現(xiàn),也是載人深潛團(tuán)隊(duì)多年來(lái)不懈奮斗的最好回報(bào)!”張偉說(shuō)。
保持奮斗 砥礪前行
從2009年“蛟龍”號(hào)出航海試,到4500米級(jí)載人潛水器“深海勇士”號(hào)誕生,再到“奮斗者”號(hào)創(chuàng)下多項(xiàng)紀(jì)錄,十幾年來(lái),中國(guó)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(jīng)實(shí)現(xiàn)了從跟跑,到并跑,再到領(lǐng)跑的跨越?!睆垈フf(shuō)。
在“蛟龍”號(hào)研制時(shí),還有部分技術(shù)需要依賴(lài)借鑒國(guó)外的技術(shù)。
但在“深海勇士”號(hào)立項(xiàng)后,中國(guó)接連突破多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù),跟上了國(guó)際領(lǐng)先技術(shù)的腳步。“深海勇士”號(hào)實(shí)現(xiàn)了“核心技術(shù)自主化,關(guān)鍵設(shè)備國(guó)產(chǎn)化”,其關(guān)鍵零部件的國(guó)產(chǎn)化率超過(guò)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(guó)產(chǎn)化,并且潛水器整體各項(xiàng)性能也都有了顯著提升。
到了“奮斗者”號(hào),載員人數(shù)多、海底作業(yè)能力強(qiáng)、上浮下潛速度快等指標(biāo),令其真正成為全球同類(lèi)型全海深載人潛水器中的佼佼者?!皧^斗者”號(hào)的研制及海試的成功,標(biāo)志著中國(guó)具有了進(jìn)入世界海洋最深處開(kāi)展科學(xué)探索和研究的能力,體現(xiàn)了中國(guó)在海洋高技術(shù)領(lǐng)域的綜合實(shí)力。
“奮斗者”號(hào)抵達(dá)馬里亞納海溝海底,這已是到達(dá)了地球海洋的最深處。未來(lái),中國(guó)載人深潛團(tuán)隊(duì)的腳步又將邁向何方?
張偉表示:“創(chuàng)新突破始終是中國(guó)載人深潛精神的核心,接下來(lái)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(jìn)步?!?/p>
比如,新材料、新概念、新的應(yīng)用場(chǎng)景的各類(lèi)潛水器,需要不斷突破更多的關(guān)鍵技術(shù)。
2021年,中國(guó)船舶集團(tuán)有限公司第七〇二研究所開(kāi)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(yīng)用于科研、考古、搜救等多個(gè)場(chǎng)景。
“未來(lái)還可能研制出模塊化的潛水器,可根據(jù)不同的任務(wù)和目的,選用搭載不同的模塊。另外,‘奮斗者’號(hào)現(xiàn)在雖然實(shí)現(xiàn)了‘全海深’,但還不能覆蓋‘全海域’。未來(lái)我們的潛水器應(yīng)該具備全海域作業(yè)能力,相應(yīng)的,潛水器上應(yīng)用的能源系統(tǒng)、導(dǎo)航定位系統(tǒng)等技術(shù)都還要繼續(xù)進(jìn)一步突破?!睆垈ケ硎荆骸白鳛闈撍餮邪l(fā)團(tuán)隊(duì)的一員,我也將保持奮斗的狀態(tài),繼續(xù)向深海進(jìn)發(fā)!”李 貞
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