万米海底,妙不可言

日期:2021-01-16 22:23:33   来源:互联网   编辑:小狐   阅读人数:180

万米海底,妙不可言(图1)

“奋斗者”号潜航员张伟:万米海底,妙不可言

文/本刊记者 徐吉鹏

马里亚纳海沟,是已知的海洋最深处。

2020年11月10日,中国“奋斗者”号全海深载人潜水器在马里亚纳海沟成功坐底,坐底深度10909米。这是中国自主研制的潜水器第一次把3名国人送达地球的“第四极”而“奋斗者”号也是人类历史上第四台抵达“者深渊”的载人深潜器,更是其中能力最强、技术最先进的一台。

18天后,致信祝贺“奋斗者”号全海深载人潜水器成功完成万米海试并胜利返航,并表示,“奋斗者”号研制及海试的成功,标志着我国具有了进入世界海洋最深处开展科学探索和研究的能力,体现了我国在海洋高技术领域的综合实力。这一路,几代中国载人深潜科研工,奋斗了几十年。

2020年12月15日,共青、全国青联发布《关于授予“奋斗者”号全海深载人潜水器科研团队和个人中国青年五四奖章的决定》“以中国船舶集团有限公司 第七〇二研究所‘奋斗者’号全海深载人潜水器研发团队和中国科学院声学研究所‘奋斗者’号全海深载人潜水器声学团队为代表的青年科技攻坚团队,继承和发扬中国载人深潜精神,大力协同、勇克难关,为实施重大科技工程项目攻关树立了榜样。以中国科学院声学研究所高级工程师刘烨瑶、中国科学院理化技术研究所项目研究员严开祺、中国船舶集团有限公司 第七〇二研究所高级工程师张伟为代表的青年科技工牢记青春使命、勇挑创新重担,以严谨科学的态度和自立自强的勇气,充分诠释了当代青年的价值追求,在强国伟业奋斗史中写下了亮丽的青春注脚。共青、全国青联决定授予以上2个团队‘中国青年五四奖章集体’授予以上3名个人‘中国青年五四奖章’”

为此,《中国青年》记者采访了其中两位代表张伟和严开祺。 百舸争流,唯坚定者方可行稳致远;千帆竞渡,唯奋斗者才能勇往直“潜”

出征

2020年2月9日,正值新冠肺炎疫情暴发之际,全国多省市道路因此中断。大年初一才从单位赶回安徽六安过年的张伟,决定自驾赶回江苏无锡上班。

临走之际,六安交警提醒他“很可能滞留在高速路上进退两难”但张伟没有犹豫。

32岁的张伟,是中国船舶第七〇二研究所以下简称“七〇二所”的一名高级工程师。2009年,张伟从南京理工大学自动化专业毕业后进入该所,主要从事潜水器的电气、控制的研发、设计与调试工作。这年8月,我国第一台自主设计、自主集成研制的“蛟龙”号载人潜水器首次进行1000米级海试。未能随“蛟龙”号出海,张伟内心很是遗憾。

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中国船舶第七〇二研究所高级工程师

“奋斗者”号主潜航员张伟

2017年,张伟终于有机会作为技术人员和主驾驶,随着“深海勇士”号出海。过去十余年间,他见证了我国三台大深度载人潜水器在曲折中一步步突破的历程,也把深潜进行到底的信念,深深埋在了心底。

而今,除了作为技术人员参与“奋斗者”号的研制任务外,他还是“奋斗者”号潜航员,负责其在陆上联调工作。

作为国家“十三五”重点研发计划“深海关键技术与装备”专项支持的深海重大科技装备,“奋斗者”号全海深载人潜水器于2016年正式立项,由“蛟龙”号、“深海勇士”号载人潜水器的研发力量为主的科研团队承担。项目组织了 七〇二所等20家科研院所、13家高校、60家企业等具有相关学科专业优势的单位和近千名科技人员开展产学研用、协同创新研发。

万米海底,妙不可言(图3)

中国船舶七〇二所海试队员合影

立项四年来,潜水器原定2020年2月完成总装建造和陆上联调。突发的疫情,让节奏变得更为紧张。

陆上联调环节原计划于春节后继续开展,邀请诸多合作单位、外协厂家来无锡现场进行各的调试。疫情阻断了常规的交通和人员往来,作为负责人,张伟内心比谁都着急。

在无锡高速下道口,张伟排了七八个小时的长队后,终于在2月10日凌晨三点左右成功到达,并在隔离14天后投入工作。因为疫情影响,很多合作单位的技术人员无法到现场,他便每天线上沟通,一点点推动工作的开展。

2020年7月,“奋斗者”号在完成了前期设计、总装建造、陆上联调、水池试验等研制阶段的一系列工作后,便扬帆奔赴南海,在那里开展第一阶段的海试目标。

南海最深处大约4500米,这也是我国第二台载人潜水器“深海勇士”号曾达到的深度。而“奋斗者”号自立项之日起,便瞄准了一个更具性、更宏伟的目标— 要具备到海洋最深处开展科研探索的能力。“奋斗者”号将正式向马里亚纳海沟的最深处,也是世界海洋的最深处发起。

这项,承载着中国几代深潜人的梦想和心血。

2020年10月10日,“奋斗者”号潜水器海试队员们从海南三亚出征,于10月21日凌晨到达马里亚纳海沟试验海域。两小时后,便马不停蹄开始了第一次下潜试验。此前,支持母船“探索一号”已在试验海域进行了相关海底地质调查,并将所生成的海底地形图片,加载到载人舱内的显控软件里。据此,舱内人员便能实时追踪潜水器所处位置。

此次海试的主要任务,是对“奋斗者”号潜水器所有设备在不同海深尤其是万米海底的工作状况进行试验,并考核整个运维团队的操作流程和方法。为此,海试队员们循序渐进,逐步推进下潜深度:10月21日,首次下潜,最大深度5453.9米;直至11月4日,首次夜潜,最大深度10907米⋯⋯

每一次下潜跨度不超过2000米,确认潜水器设备正常后,再向下推进2000米,直至万米海深。而且,只有数次完成万米以下的无故障下潜时,才能证明潜水器的性能扎实可靠。

2020年11月10日前,“奋斗者”号已有三次成功实现坐底深度突破万米。但海试队员们很清楚,前三次下潜到万米以下,都并非在马里亚纳海沟最深处坐底。所有人都在期待着这一天的到来。

下潜

2020年11月10日凌晨,朝阳自海平面缓缓升起。马里亚纳海沟海域风和浪缓。这是一个适合下潜的日子。

凌晨,技术保障人员已完成对潜水器的各项检查,张伟与一名科学家、另一名潜航员进入载人球舱,在机库里面关闭窗户盖,潜水器随即被转移到起吊A架下方,具备起吊布放的条件,一切各就各位。

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布放潜水器

“奋斗者”号共有三个潜航班组,三组轮流作业,每个班组由包括主航员在内的两名潜航员和一名科学家组成。

“布放潜水器!”试验现场,岗位一号发出命令。“奋斗者”号潜水器缓缓接近海面,在蔚蓝的大海上越来越小,逐渐浸入水中。

据张伟介绍,“奋斗者”号沿用了无动力上浮下潜方式。潜水器完全没入水面之前,需要进行水面检查,并向水箱里注水。水箱注满以后,潜水器便处于一种重力大于浮力的负浮力状态,就会自然下潜。

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“奋斗者”号潜水器在蔚蓝大海上逐渐浸入水中,开始下潜

尽管已有丰富的下潜经验,但万米海深,对张伟而言,仍是一段神奇之旅。随着下潜深度增大,他能明显感到,舱外的光线开始逐渐变暗,起初还能看见一两条小鱼、浮动的发光水母,到最后就只能看见一些浮游生物了。潜水器大约以每分钟60多米的速度下潜,这些生物便像流星般从观察窗前划过。

潜水器下潜两三百米后,基本感知不到外界的任何光线了,水温亦逐步下降。而千米以下,则是漆黑一片,水温也基本降至一两度左右。低温通过金属载人舱传至舱内,使得舱内温度亦慢慢下降。

“奋斗者”号载人舱除去舱内设备后,三人的作业空间比较有限。居中间主驾驶位的张伟,在任务过程中始终坐着,面对着观察窗。执行作业任务时,脸要贴近观察窗,向前弓着腰,就这样在里面一待就是10多个小时。由于主驾驶要长时间踩在球舱的金属球壁上,主驾驶通常都要用一些毛巾袜以避免双脚长时间受凉。

显示屏上的数字持续播报着下潜深度,随着深度数字不断接近5位数,张伟的内心不由得紧张了起来,却又很激动。“那种感觉,就像一个寒窗苦读十几年的学子等待着高考揭榜的那一刻。”

2020年11月10日8时12分,舱内显示屏读数为10909米,“奋斗者”号在马里亚纳海沟最深处成功坐底!

当万米海底呈现在眼前时,一切紧张又都烟消云散了,留给大家的只有震撼和自豪。“潜水器的工作状态非常好、各项功能性能都很稳定,就感觉它不是在做海试,而更像一个熟练的老手,提前担负起深海科考的重任。”

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“奋斗者”号在万米海底作业巡航

成功坐底后,“奋斗者”号需在万米海底进行 六小时的作业和巡航,这也是 目前世界上在万米深潜中持续最长的作业时间

张伟与同事们迫不及待地开展了近底巡航和取样作业。他们穿过了海底平原,爬上了海山,对海底的任何东西都充满好奇。坐底的地方较为平坦,打开照明灯从舱内向外看,能见度也就二三十米,只见万米海底的巨大岩石和陡峭悬崖间还活跃着各色生物,那里有全身长着触角的海参、外形奇特的钩虾、长得像花朵一样的海绵⋯⋯这些深海生物和迥异的地质现象,深深吸引着他们。

“这里食物非常匮乏,这些生物如何在这样高压低温的恶劣环境下生存?”张伟不自觉地感叹生命力的顽强,更感叹万米海底,实在妙不可言。

当日上午,三名潜航员在连续工作几个小时后,享受了一顿距离地心最近的简易午餐—是母船上的厨师提前用保温桶备好的炒饭炒面,还有饮料、水果等。

完成6小时的作业任务后,他们与母船取得,开始抛弃压载,潜水器随即从海底慢慢上浮。约三小时后,“奋斗者”号带着一批海底岩石和海洋生物样品浮出水面,顺利结束任务。

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“奋斗者”号完成作业任务后,回收潜水器

按照不成文的规矩,海试队队员们为刷新了各自深潜纪录的三位潜航员举行了“泼水礼”以示庆祝。

此后10天内,“奋斗者”号又进行了三次深探洋底的海试工作。11月13日,“奋斗者”号与“沧海”号着陆器联合作业,全球首次实现万米洋底4K电视信号直播,突破了深海采集、数据处理、信号传输等一系列世界海洋研究领域的共同难题,为深海环境探测、科学研究了有力的技术支撑;11月16日,“奋斗者”号仅用半小时左右的时间就找回了此前布放在海底的3个取样器,作业难度堪比“大海捞针”11月19日,“奋斗者”号完成了此次海试的最后一次深潜。

从2020年10月10日至11月28日,“奋斗者”号载人潜水器在马里亚纳海沟一共下潜13次,其中8次深度超过万米,最大下潜深度为10909米,完成海上试验任务。

目前,它已交付给使用单位投入日常科考工作,而对于参与研制的科研人员和潜航员来说,这还远非终点。

领跑

不乏有人会问: 万米深潜,究竟有何意义?

在张伟看来,这绝不只是好奇心使然。众所周知,地球表面的70%以上均被海水覆盖,海水约占地球水资源总量97%,深海区域更是探索包括生命起源和地球演化在内重大科学问题的必由之路。更遑论,深海还蕴藏着极其丰富的资源,矿物和能源储量都超过陆地。正因如此,人类一直致力于挺进深海,科学家们也从未停止对各种海洋工作潜水器的研究。

美国、俄国、等一些海洋强国,在二十世纪八九十年代相继研发了6000米级的载人潜水器。我国作为海洋大国,实现“全海深”进入、开展“全海深”科考,而装备必须先行。但在二十年前,国内在深海载人潜水器领域还近乎一片空白。

我国较早进行下潜的科学家、浙江大学教授陈鹰,在2002年曾搭乘美国的“阿尔文”号潜水器下潜到2500米,在水下工作了9个小时。在《深海科考探险日记》中,他回忆道, 他将这次机会视为人生中最后一次下潜,因为只有抱着这样的信念,才会拥有无与伦认真态度

即使在今天,深海下潜之难,我们仍可通过一组数字窥见一斑:截至2019年初,全世界有近500人进入过太空,有12人登上过月球,但潜入7000米以下深海的人,却只有11人;直至目前,拥有能下探到6000米深度以上的作业型载人潜水器的国家,也只有中国、美国、和五国。以马里亚纳海沟为例,这里水压高、温度低、完全黑暗,是地球环境最恶劣的海域之一。直到2018年,人类历史上也只有两次共三人下潜到被称为“者深渊”的海沟最深处。

要到达海深约11000米的“者深渊”需要克服的首要难题,就在于万米海底的巨大海压。张伟介绍道,海里每下潜10米,就会增加一个大气压,而海沟一万米处的水压会超过110兆帕(日常做饭的高压锅的压力仅有两个大气压)“通俗来讲,就相当于一块地板砖上要承受一万吨的重量,或者2000头象踩在一个人的后背上。”它所考验的,不只是潜水器极致的设计,更涉及材料、制造、密封、结构、能源、通讯、导航定位等一系列难题。

唯其如此,中国载人深潜事业在过去几十年间的发展,才更可谓意义重大、成就斐然。

位于江苏无锡的中国船舶七〇二所展览馆里,陈列着从“蛟龙”号、“深海勇士”号到最新的“奋斗者”号的比例模型。这里,正是我国三台深海载人潜水器的牵头研制单位。

“奋斗者”号成功坐底的传来,已过耄耋之年的中国工程院院士徐芑南欣喜万分。作为我国载人深潜器领路人、第一台大深度载人潜水器“蛟龙”号的总设计师,他深知,中国载人深潜事业在短短二三十年间所实现的追赶超越能力,是如何一步一个脚印地奋斗出来的。

2002年,得知我国7000米载人深海潜水器立项成功后,退休已六年的徐芑南重新走上科研一线,带领国内50多家科研院所的精英,攻坚克难,先后完成了“蛟龙”号潜水器的设计、总装建造和水池试验。在为期两个多月的艰苦海试中,他拖着装满药品、氧气机、血压计等医疗器械的拉杆箱,与科研团队共同坚守,促成了我国深潜事业的历史性突破。

“当国外知道中国在进行7000米潜水器研发的时候,很多设备就陆续对中国禁运,当时我们就深深认识到了,关键核心技术你买不来,也抄不来,更要不来。 无论有多困难,我们必须要走自立自强、自主创新、自主研发之路。”徐芑南强调只有创新驱动才能够补足短板、再创高峰。

“与国际同类对应型潜水器相比,‘奋斗者’号搭载的人员数量最多,在海底作业时间最长,水业能力最强。这标志着我国大深度载人深潜技术在国际上已经实现了从跟跑、并跑进入到领跑方阵。”徐芑南表示。

“奋斗者”号总设计师、载人深潜英雄叶聪认为,“蛟龙”号、“深海勇士”号到“奋斗者”号的快速研发,得益于我国改革开放40多年来,不断发展的技术和积累的强大工业制造能力。

“‘奋斗者’号设计图纸完成以后,在沈阳拼它的材料,去陕西做轧板,到去进行加工,到江苏去成型,到河南去焊接,最后到海南来做试验,再回到无锡把它安装起来。像球壳的安装精度都是毫米级的,而观察窗玻璃的安装精度达到了零点零几毫米的级别。可以说,一个球壳就代表了我们国家设计和制造的力量。”

两年完成设计,再两年完成建造、总装、联调和水池试验,在多个关键技术和重要材料领域拥有国产化核心技术。叶聪认为,“奋斗者”号代表了当前深海工程技术领域的顶级水平。

我们追求的不只是深度的突破,更是我国深海装备技术的全面突破,实现科技自立自强。在我们的团队里,一个又一个曾经被国外垄断的技术或者装备,都一步步做到了自主研发、自主可控。张伟表示, 正是这种严谨求实、团结协作、拼搏奉献、永攀高峰的中国载人深潜精神,指引着我们不断突破,不但要做到自立自强,更要做到创新领先

万米海底,妙不可言(图8)

2020年11月28日,“奋斗者”号全海深载人潜水器

成功完成万米海试并胜利返航

在张伟看来,从海洋探索的角度,“奋斗者”号载人潜水器未来还有更度有待突破,比如去北极的冰下海洋、进行复杂的载人深潜作业,以及针对特定应用需求的潜水器,进而形成潜水器的谱系和功能体系等等。

的确,就深海进入、深海探测、深海三部曲而言,“奋斗者”号已让前两部成为现实,但这远非终点,而更像是刚刚打开了深海的一个门缝。正如, 奋斗,永无止境

本文相关词条概念解析:

奋斗者

奋斗者,服装品牌,源于北京,立足长沙,辐射全国的一个时尚正装品牌,由一群激情飞扬的年轻创业者共同创立,主打修身时尚正装。

潜水器

潜水器,具有水下观察和作业能力的活动深潜水装置。潜水器具有海底采样、水中观察测定以及拍摄录象、照相、打捞等功用,广泛应用于海洋基础学科的研究和海洋资源的调查、开发,对这些领域的发展起到重大作用。

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