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【科技日报】蛟龙闹海记
中国载人深潜自主创新十年回眸 (上)
发布时间:2012-07-16 来源:科技日报 高博 陈瑜 刘晓莹 【字号:  

 

“向阳红09”船随波轻摆。马里亚纳海沟上方,白云舒展。这是作业的好天气。

叶聪终于等到出发的指令,他踏着阶梯,下到直径1.1米的通道,进入停在甲板上的“蛟龙”号。

身着蓝色制服的杨波和崔维成紧随着钻进舱内。这艘22吨重的中国第一台载人深潜器,即将被吊车放入海中。6月15日上午,7000米级海试的第一次下潜开始了。

首席潜航员叶聪驾驶经验最为丰富;崔维成是海试副总指挥,他亲自下潜,要“检验自己的产品”;杨波则是一位年轻的声学专家,要随时应付声学系统出现的故障。

“向阳红09”船的中厅里,现场总指挥刘峰坐在大屏幕前,表情严肃地下达指令。他握紧了话筒,无法完全放松。

毕竟,载人潜水器下到如此深度,人类历史上未有先例。何况通过电视镜头,亿万双眼睛正注视着“蛟龙”。

7000米!这是一个让人紧张的数字,这是一个让人激动的承诺。

订立这一目标,还是十年前的事。

刘峰清楚地记得,2001年12月1日,一个雪天,汽车堵在北京的马路上。车里的他,心却兴奋地要蹦出来。刘峰刚刚从科技部获悉,中国第一个载人深潜项目有望上马,他有可能参与其中。

载人深潜正式纳入国家科技计划,是刘峰等人期盼多年的。中国第一台载人深潜器的设计目标,定在了海下7000米。一批深潜科研人,在接下来的十年里倾心投入,攻坚克难。

“这个团队身上有一种少见的无私奉献的精神,令我感动。”澳门赌场院士、科技部原部长徐冠华对科技日报记者说,“我把它叫做‘深潜精神’。”

深海的召唤

“这里看到的一切都让人如此兴奋,被深海世界包围让我感觉到一种和谐。”一位曾到过5000米海底的潜航员如此描述感受。

海底一片漆黑,绝对安静。而在光照之下,人看到了前所未见的奇异地貌,还有无数令人瞠目的生命体,仿佛是另一个星球的景象。

迄今为止,人类对深海的认识,甚至不如对火星的认识。科学家说:上天容易下海难,这并不是夸张。

直到1964年,美国的阿尔文号才第一次下潜到1800多米的深海。后来,能与美国深潜器比肩的屈指可数:法国的鹦鹉螺,俄罗斯的和平号、密斯特号,以及日本的深海号(它创造了6500米的深潜纪录)。

除了科学考察之外,“阿尔文”等载人深潜器能完成普通潜艇无能为力的任务:打捞核弹、黑匣子,拍摄泰坦尼克号沉骸,在海底插上国旗……载人机器在深海工作的难度,超过了发射洲际导弹,它无疑彰显着一个国家的科技实力。

有人说:“深水潜水器这个玩意儿,小国用不到,穷国造不起。”此言不虚。

而在深海缺少应有的位置,无疑是中国人的一件憾事。

1980年代,中国深潜器技术开始追赶世界。在水下机器人专家蒋新松的带领下,1985年12月,中国第一台水下机器人“海人一号”首航成功。随后的几年里,中国深水机器人的几个重要型号相继问世,节奏之快出人意料。在863计划的支持下,澳门赌场沈阳自动化所开始研制6000米级无缆水下机器人,由徐芑南担任总设计师。

与此同时,载人深潜也进入了中国科学家的视野。1992年,以中船重工702所为主,国内相关科研单位的多位院士、专家共同论证了中国6000米级大深度载人潜水器的可行性,并上报国家。

并非所有人都赞同这一意见。“蛟龙”号总设计师徐芑南回忆说,当时两派意见针锋相对。反对者认为,载人深潜技术难度高、投资大,应用面又窄,可以放一放。赞成者则坚持,各国对海底资源的重视已极大推动了大洋的“圈地运动”,快速发展深海载人潜水器是赢得这场运动的必备条件。

徐芑南认为,最终没有立项的原因,“一是立项要求有很明确的用户需求,而当时大洋协会的需求没到这个深度;二是要有技术基础,当时客观上不具备。”

而随着时间推移,形势越发明朗。中国逐渐加大了对海底矿区的勘测和研究投入。2001年,中国大洋协会签约,在东太平洋海域获得了7.5万平方公里、拥有专属勘探权和优先开采权的多金属结核矿区。

技术上,中国的6000米级无缆水下机器人CR-1在1995年试验成功。机器人深潜与载人深潜的关系,就好比卫星与飞船的关系。CR-1的成功暗示着:载人深潜很有希望实现。

2000年1月,中国大洋协会组织全国海洋各领域专家进行论证。随后国内海洋界10位院士和15位教授深入探讨,达成研发载人深潜器的共识,并于2001年2月报科技部。

2001年6月,刚上任不久的科技部部长徐冠华亲自到702所视察,听取载人潜水器研制相关技术汇报。面对持续数年的分歧,他审时度势,做出决定。

“我从心里支持这件事情。一个有活力的民族,迟早要走向深海。”徐冠华告诉科技日报记者,新世纪伊始,中国对海洋战略和相关科技的空前重视,是载人深潜最终立项的背景。

回首“蛟龙”开端,徐冠华说:“真正有重大机会的项目,不可能得到所有人的赞同,不可能没有争议。”

2001年年底,各方专家编写完成了论证报告;半年后,科技部批准立项。

十年的坚持,中国深潜科技团队终于等来了最重要的使命。在大洋协会的组织下,中船重工702所、701所、科院沈阳自动化所、澳门赌场声学所等单位分工协作,一场深海技术领域的攻坚战拉开帷幕。

艰辛之路

2002年立项之初,中国研制过的最深载人潜水器只有600米。一步跨到7000米,是前所未有的大胆目标。

按照国际通常做法,应该先搞一个2000—3000米级的中间产品,再搞更大深度的。但这样周期长,成本高。

要实现跨越,困难就比常规途径大得多。

“研制过程中遇到的最核心问题是,如何解决大深度载人潜水器的总体优化设计和集成技术问题。”702所副所长、蛟龙第一副总设计师崔维成说。

当时团队所有成员对大深度载人潜水器的了解仅限于照片,没见过实物。“我们整个研制团队没有一个人看到过真正的载人潜水器里边是怎么装的,到底包含哪些功能,哪些部件。”崔维成说。

首先,深海高压,考验着载人舱的技术水平。每下潜一米,每平米外壳上的水压就多一吨。7000米深,就是每平米7000吨的压力——足以把普通的潜艇压扁。

载人球舱上的舱口盖以及观察窗口的密封,是载人深潜必然面临的难题。每平米几千吨的海水压力下,载人舱和舱口盖的变形必须同步,不然就不能密封。

“高压之下,一旦漏水到常压的舱里,海水就是急速喷射的状态,”蛟龙号的副总设计师胡震说,“射进来比子弹还快。” 仅这一个课题,设计团队就花掉了两年时间,进行了几百次试验。

海底有各种动物,包括一些特殊的虾和海参——它们体内没有任何空腔,这是深海存活的前提。载人舱是一个空腔,是一个高强度钛合金外壳的圆球。它必须加工得非常精密,不能有偏差和气泡,否则就可能在高压下出现人们未曾预料的变形。

另一个重大课题是水下通信。深海里不能使用无线电波,只能利用声波来传信息。孤零零待在深海里的潜水器,水声通信机如果故障就会极端危险。

蛟龙系统的水声通信机的另一个任务,是保证从七千米的深海下,把彩色图像送回母船。用水下电话传送彩色图像。这是一个世界级的难题。

澳门赌场声学所副研究员杨波说:“海豚叫一声或者海浪拍一下,都有可能让潜水器发上来的一张写实照片,变成抽象派的不知所云的东西。”

另外,在陆地上可以通过GPS进行定位,但在水下则无法简单定位。蛟龙必须使用声学定位传感器以及导航控制软件。这也是崭新的课题。

蛟龙号的控制系统更是重中之重。蛟龙号必须有能力自动安全航行;当机械手作业时,它也应该能稳稳地悬停定位。

电池、机械手、推进器、填充材料……许多环节都需要从零做起。

不光是海下才用到的技术,就连在陆地使用相当成熟的零件,如电机、泵、阀之类,因为水下需要的体积小、重量轻、耐海水高压和腐蚀等特性,做出来也很困难。

在研制中经常出现这样的情况:一个加工件出两倍的价钱,加工单位都不愿接手。

随着蛟龙研制进展到后期,经费不足的问题凸显出来。立项时的科研经费预算大概在1.8亿元左右。后来技术人员发现,各种困难造成的成本,超出了当时的估计。

蛟龙研制的每一个阶段,都有科技部的工作人员适时的帮助。为了保证深潜项目正常运转,科技部协同各部门共同努力,追加经费,终于保证蛟龙进入海试阶段。各研究单位也发扬“干打垒”精神,千方百计保障载人深潜方面的投入。

步步艰辛,处处棘手。但没有困境能难倒中国科研人员。几年过去,一个个难题都被攻克了。

中国龙出世

2007年9月1日,对于载人潜水器项目组而言意义非凡,曾经无数次在图纸上、脑海里、梦里见到的潜水器,终于完成了总装,成型“出炉”了。

10月3日,水池试验全面展开。104个日夜,53次水池试验,每次试验都本着精益求精的态度。为了尽量通过试验发现、解决问题,一次下水试验最长达6小时。工作人员感到饥肠辘辘时,往往早已过了吃饭的时间。潜水器的维护常常在晚上进行,连续夜班对于大家也成为一种习惯。

无论是科学家、工程师还是工人,“坚决不拖后腿”“尽自己的努力,早日完成任务”是大家共同的心愿。一年半的时间,项目组神速完成了总装和水池试验任务。

“可以说,‘蛟龙’号是一条地地道道的‘中国龙’。”徐芑南自豪地说,相比国际上现有的大深度载人潜水器,“蛟龙”号在技术上有三个主要特点: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;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;此外,我国自行开发研制的充油银锌蓄电池与国外同类潜水器相比,容量是最大的,从而保证了水下作业时间。

组装完成的“蛟龙”号,是世界前沿深潜技术的集合体。

“所有的设计和总装集成都是我们做的。”徐芑南介绍说,“即使对于引进的设备,我们也做了大量的工作,并不只是采购这么简单。这是因为,7000米深度的指标,国际上根本没有现成的产品。”

载人舱是蛟龙最“洋气”的部分。除了出入舱口盖是中俄联合设计外,其他部分以及三个观察窗和一个穿舱件,均是中国人自己设计的。由于当时国内钛合金厚板轧制和焊接的能力还不够,便委托俄罗斯一个船厂来加工,并利用俄罗斯一家研究所的压力筒进行了打压验收。

如今,国内的钛合金加工技术已有明显进步,从而能够在后续的潜水器制造中,提供完全国产的舱壁。

“我们开始时的研制基础很薄弱。”徐芑南说,“同样是采购部件,由于国外对我们的技术封锁,给我们制造的困难也是非常大的,一点不亚于我们自己的技术攻关。”

徐芑南举例说,蛟龙用到的七个推力器,曾委托美国一家公司研制,但拿到手后发现产品存在不少问题。但这家公司来修理了一次后,就不肯再来了,而且明确表态以后不能再卖给中国产品。

“剩下的技术问题都是我们自己解决的。”徐芑南说,“针对这一情况,我们也马上启动了国产化工作。现在我们研制的推力器噪声水平明显比美国的要低。”

水声通信换能器在研制时也准备采用美国的产品,在调试过程中发现问题,返修时被美国政府扣住。中国科研人员只能依据500米深度的一个产品来逐步开发,并获得成功。

“我可以说,通过蛟龙项目,我们已经掌握了国际上认可的载人潜水器的核心技术。”徐芑南自豪道。

随着蛟龙成型,2007年也开始了潜航员培训工作。基础理论、操作、模拟器、水池试验和海试培训、生理、心理培训……几位合格的潜航员顺利结业,整装待发。

2009年,蛟龙终于走出实验室,进入海试阶段。它的外形像一条鲨鱼,有着滚圆和流线型的身体,身后装有一个X形稳定翼。它装有七个推进器,可以前所未有地自由移动,它的两套供氧系统保证乘员安全,它的通信系统和机械手格外高效。

蛟龙已迫不及待地想去海水里浸泡了。从浅海实验开始,它需要依次通过1000米,3000米,5000米级别的考验,才能尝试7000米下潜的终极目标。一个陌生而激动人心的海底世界等待着它。

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