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《焦點訪談》 20210316 “奮鬥者”號勇往直“潛”

來源:央視網2021年03月16日 20:05

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央視網消息(焦點訪談):萬米深處的大洋底部對人類來説是一個充滿神祕和挑戰的陌生世界。2020年11月,中國“奮鬥者”號全海深載人潛水器在西太平洋馬裏亞納海溝海域完成了全部萬米海試任務,並創造了10909米的中國載人深潛新紀錄。今天,“奮鬥者”號載人潛水器交付活動在三亞舉行,中科院深海所將正式負責“奮鬥者”號的後續運營維護和管理。那麼,作為我國自主設計、集成的第一個萬米載人潛水器,“奮鬥者”號讓我們看到了什麼呢?

3月16日,“奮鬥者”號全海深載人潛水器交付活動在三亞舉行。“奮鬥者”號全海深載人潛水器是我國“十三五”國家重點研發計劃“深海關鍵技術與裝備”重點專項的核心科研任務。

中國船舶702所“奮鬥者”號總設計師葉聰説:“今天潛水器的交付是一個重要的節點,它意味着‘奮鬥者’號的研製已經完成,並且通過了海上現場的驗收。今後‘奮鬥者’號將在它的運維管理單位,就是中科院深海所的管理下面向科學家開放,去完成它的科學考察使命。”

從2020年10月下旬起到11月下旬,“奮鬥者”號載人潛水器在西太平洋馬裏亞納海溝進行了萬米級海試的多個潛次:2020年11月10日,“奮鬥者”號在馬裏亞納海溝成功坐底,坐底深度10909米;2020年11月13日,“奮鬥者”號和中央廣播電視總枱深海視頻着陸器“滄海”號第一次雙“潛”合璧完成海底聯合作業,實現全球首次萬米深海高清視頻直播;2020年11月13日,第一次實現北京演播室與在萬米海底執行深潛任務的“奮鬥者”號潛航員對話;2020年11月16日,萬米級海試進行“海底撈針”,尋回此前布放在洋底的3個作業工具;2020年11月19日,“奮鬥者”號再次突破萬米海深,複核科考作業能力。

這一次,“奮鬥者”號創造了中國載人深潛的新紀錄。那麼,深逾萬米,意味着什麼呢? 

馬裏亞納海溝海域海面平靜,只有些許微波,表面看上去與其它海洋並沒有什麼區別,然而,這裏卻是地球上環境最惡劣的區域之一。馬裏亞納海溝全長2550公里,平均寬70公里,最深處的地方超過萬米,是已知的海洋最深處。如果把珠穆朗瑪峯放入海溝底部,那麼珠峯還需要再增長2000多米才能露出海平面。這裏完全黑暗、温度低、含氧量低、氣壓巨大,這也讓馬裏亞納海溝成為了繼南極、北極、珠穆朗瑪峯之後,地球的“第四極”。既然環境如此惡劣,為什麼科學家們還要對它進行探訪呢?

葉聰説:“我們研究了海洋的很多方面,不能忽視深淵這一環,它是人類接觸最少、瞭解最少的地方。只要沒有去過、瞭解少,在有條件的時候就應該去探索一下,這是科學精神。”

正是由於多年來馬裏亞納海溝的神祕,生命起源、生物進化、地球地質演變等謎團都可能在深海這片“淨土”中找到答案。但是,探訪馬裏亞納海溝的難度巨大,尤其是被稱為“挑戰者深淵”的馬裏亞納海溝最深處,到過的人屈指可數。直到2020年5月,也只有三艘載人潛水器成功到達“挑戰者深淵”。因此,深海載人潛水器是海洋技術開發的前沿與制高點,體現着一個國家的綜合科技力量。

進入新世紀以來,我國先後研製出了“蛟龍”號、“深海勇士”號兩台載人潛水器,2012年6月27日,“蛟龍”號完成了它的終極挑戰,最終將紀錄保持在了7062米。 

與十年立項、十年研製的“蛟龍”號不同,我國第二代載人潛水器——“深海勇士”號從研製立項到海試交付只用了短短八年,雖然下潛深度並沒有比“蛟龍”號更深,但國產化程度更高,下潛費用降低,下潛頻率也有所提升。而在2016年“深海勇士”號都尚未下水的情況下,萬米級載人潛水器就開始同步研製了。

葉聰説:“‘蛟龍’號的設計、試驗包括應用都是完全獨立自主的,但是‘蛟龍’號研製過程中應用了一些國外的材料、製造工藝和測試能力。通過這個過程,我們意識到了自己的不足,也是為什麼我們沒有在‘蛟龍’號以後、七千米以後做萬米的一個原因。‘深海勇士’號確實起到了這樣的作用,讓更多國內優勢的力量進入了材料、工藝、加工的環節,把這條技術鏈條走通了。”

想安全載人潛入萬米深海,最大的挑戰之一就是需要抵抗接近110兆帕的巨大壓力,這相當於在指甲蓋上放一噸重的汽車。在萬米的深海,要讓潛水器在經受海水壓力時狀態不會產生變化,這是怎麼做到的呢?

解決壓力問題的關鍵就是載人艙的材料。為了減輕潛水器的負擔,球艙不能太重,又要經受得住萬米海壓,還要考慮耐海水腐蝕,這樣又輕又牢固的材料非鈦合金莫屬。

中科院金屬研究所研究員楊鋭説:“這個材料它有幾個特性是相互矛盾的,一個東西越強,它就越脆,像陶瓷,塑料倒是很韌,但強度又不夠。新型鈦合金強度至少要提高20%,那麼強度提高之後,韌性和焊接性還要保障,這三個去掉任何一個條件都可以做,但是三個同時做,全世界都沒有。”

現有的鈦合金並不能滿足萬米載人艙的要求,為了兼顧材料性能和製造工藝,需要對鈦合金用到的元素進行重新的配比,來研製出一種性能更強、更適合建造的新型鈦合金。此前,“奮鬥者”號的前輩“蛟龍”號鈦合金艙靠俄羅斯加工製造。

經過多年的不斷優化和上千次測試,近30家中國企業給予配套支持,中國自主研製的新型鈦合金終於問世。

在萬米下作業,就要有安全持久的動力,電力保障極為重要,電池成為了能否順利完成任務的關鍵之一。為了設計出符合要求的電池,設計團隊對電池進行了撞擊、針刺、海水浸泡,甚至過度充放電等十幾項嚴格檢測。這也讓這次“奮鬥者”號在水下的工作時間最長超過了13個小時。

國產深海鋰電池的研製成功,不僅可以讓載人潛水器更好地進行科考,另一方面也提高了我國電力存儲技術的設計、製造、實驗能力。

“奮鬥者”號的水下大量科考工作要靠一雙機械手來完成。

中科院瀋陽自動化研究所機械手技術負責人霍良青説:“在高壓環境下,機械手原來動得很靈活,現在動得很慢,甚至有的時候動不了,導致有些閥件可能功能都不正常了。為了解決這些問題,我們下了很多功夫,做了大量壓力實驗,包括從元器件到部件,還有到整機的,通過不停做實驗,我們去驗證了這些東西好不好用。”

無數次的失敗和反覆測試之後,科研人員成功突破了技術瓶頸,填補了我國液壓機械手開展萬米作業的空白,通過成功研製極端條件下使用的機械設備,也提升了我國的相關領域的工業製造能力。

我們可以看到“奮鬥者”號在深海執行任務時工作的全過程,那麼,這些畫面是誰來拍攝的呢?它就是“奮鬥者”號的搭檔——“滄海”號。這是中央廣播電視總枱牽頭,聯合多家機構研製的萬米級深海視頻着陸器。“滄海”號可以進行全海深4K超高清視頻拍攝採集、傳輸處理;不僅可以搭載全海深高清相機將萬米洋底的實時畫面直播回傳,而且還能記錄深海中“奮鬥者”號的一舉一動。為了保障這一次直播的順利進行,中央廣播電視總枱還派出了專業的技術團隊做技術支持。

而此次“奮鬥者”號與“滄海”號在萬米深海成功開展聯合作業,並全球首次實現萬米洋底直播,突破了深海視頻採集、數據處理、信號傳輸等一系列世界海洋研究領域共同的難題,為深海環境探測、科學研究提供了有力的技術支撐。

2021年3月16日,“奮鬥者”號正式交付,而這背後無數科研人員從核心關鍵部件、驅動與控制技術等各個方面進行的攻關,也推動了我國在材料、製造工藝等一系列工程領域的技術進步。

“奮鬥者”號個頭不大,但是它骨頭很硬,膽量很大;“奮鬥者”號材料很輕,但是它在中國大洋科考的歷史上意義很重。未來,“奮鬥者”號載人潛水器將為我國深海深淵科學研究提供有力的技術支撐,為科學家們提供一個理想的科考平台。在萬米深處,“奮鬥者”號經受的是極限考驗;其實對於科研人員來説,從設計到製造,從材料到工藝,又何嘗不是一次次極限挑戰呢?面對技術封鎖,我們在太空中越飛越遠,也在海洋中越潛越深。今天,我們比歷史上任何時期都更需要建設世界科技強國,也需要更多像這樣扛得住壓力、探得了未知、充滿勇氣和智慧的奮鬥者。

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來源:央視網

更新時間:2021年03月16日 20:05

視頻簡介:本期節目主要內容:萬米深處的大洋底部,對人類而言,是一個充滿神祕和挑戰的陌生世界。2020年11月,中國“奮鬥者”號全海深載人潛水器在西太平洋馬裏亞納海溝海域完成全部萬米海試任務,並創下了10909米的中國載人深潛新紀錄。今天,“奮鬥者”號載人潛水器交付活動在三亞舉行,中科院深海所將正式負責“奮鬥者”號的後續運營維護和管理。那麼,作為我國自主設計、集成的第一個萬米載人潛水器,“奮鬥者”號讓我們看到了什麼呢?(《焦點訪談》 20210316 “奮鬥者”號勇往直“潛”)