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圖為作業(yè)中的“奮斗者”號。資料圖片

圖為張偉在工作中。資料圖片

3月11日，“探索一號”科考船攜“奮斗者”號全海深載人潛水器抵達(dá)三亞，圓滿完成國際首次環(huán)大洋洲載人深潛科考航次任務(wù)。新華社記者 趙穎全攝

(資料圖片)

圖為中國載人潛水器發(fā)展歷程的科普圖。記者 楊俊峰制圖

載人航天、探月探火、深海深地探測、超級計(jì)算機(jī)……當(dāng)前，中國科技實(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)對中國在深海、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，中國深?？萍际聵I(yè)加快發(fā)展，海洋強(qiáng)國建設(shè)不斷取得新成就。創(chuàng)造了10909米中國載人深潛紀(jì)錄的全海深載人潛水器“奮斗者”號，正是中國深?？萍继剿鞯缆飞系囊豁?xiàng)重要代表。

近日，記者采訪了中國船舶集團(tuán)有限公司第七〇二研究所高級工程師、“中國青年五四獎?wù)隆鲍@得者張偉，他是“奮斗者”號研發(fā)團(tuán)隊(duì)中的一員，也曾作為“奮斗者”號主駕潛入過萬米深海。讓我們聽聽張偉伴隨“奮斗者”號筑夢深海的故事。

不斷創(chuàng)新 精益求精

“奮斗者”號的外觀看上去像是一條圓頭圓腦的綠色大魚。這條了不起的“魚”創(chuàng)造了一個(gè)又一個(gè)激動人心的深潛里程碑。

2016年，“奮斗者”號載人潛水器立項(xiàng)。

2020年11月，“奮斗者”號成功坐底馬里亞納海溝萬米海底，創(chuàng)造了10909米的中國載人深潛新紀(jì)錄，標(biāo)志著中國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”號正式入列中國科考重器矩陣；同年8月，“奮斗者”號進(jìn)行科考應(yīng)用“首秀”。

今年3月，“探索一號”科考船搭載著“奮斗者”號載人潛水器，圓滿完成國際首次環(huán)大洋洲載人深潛科考任務(wù)。本航次中，“奮斗者”號總共下潛63次。本航次的成功實(shí)施，則標(biāo)志著“奮斗者”號載人潛水器運(yùn)維體系走向成熟、穩(wěn)定，并將中國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，開啟了“奮斗者”號國際合作和萬米載人深潛的新征程。

一項(xiàng)項(xiàng)耀眼成績的背后，離不開技術(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)助力萬米海底聲像實(shí)時(shí)傳輸……“奮斗者”號是國際上首次可以同時(shí)搭載3人下潛的萬米載人潛水器，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”號電氣系統(tǒng)的研發(fā)。

“奮斗者”號由鋰電池供電。張偉告訴記者，潛水器下潛到萬米深度，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)行超過萬米壓力環(huán)境下的安全測試。

而萬米深海產(chǎn)生的巨大的水壓，對載人潛水器的供電系統(tǒng)也提出了更高要求。張偉講解說：“在1萬米深處的海底，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各種儀器來測量，但在海底環(huán)境工作時(shí)，如何檢測設(shè)備絕緣性能呢？

張偉和研發(fā)團(tuán)隊(duì)成員針對這一難題，建立了一套基于絕緣檢測的在線故障診斷系統(tǒng)，并研制了一套智能化的檢測裝置，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)測潛水器上所有用電設(shè)備的狀態(tài)，如果出現(xiàn)絕緣問題，系統(tǒng)會及時(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、故障定位和隔離。”據(jù)張偉介紹，從“蛟龍”號研發(fā)時(shí)，這套診斷系統(tǒng)就已開始應(yīng)用。此后，系統(tǒng)又不斷升級改進(jìn)研發(fā)?！艾F(xiàn)在，這套設(shè)備已經(jīng)越來越小型化、智能化。比如最開始設(shè)計(jì)的系統(tǒng)，還需要潛航員自己去操作、判斷信息，對潛航員的技術(shù)要求比較高，也會增加他們的工作量。但現(xiàn)在，應(yīng)用在‘奮斗者’號上的系統(tǒng)已實(shí)現(xiàn)了自動在線監(jiān)測，能更加及時(shí)地發(fā)出預(yù)警，有效提高了‘奮斗者’號的故障診斷能力，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。”

探秘深海 勇?lián)厝?/p>

對普通人來說，萬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，在身體上是沒什么特殊感覺的。但從聽覺和視覺上，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。”張偉說：“從淺海下到深海，陽光的穿透力會逐漸減弱，到海下200米左右時(shí)，基本沒有什么光線了。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發(fā)光的生物。等再下到萬米深海，仍然會有豐富的生物，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’號深潛，主要是在海試階段，來檢驗(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，首先要對潛水器有全面的了解。

在“奮斗者”號陸上聯(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“奮斗者”號每條電纜、每個(gè)信號的情況熟記于心，當(dāng)發(fā)生問題時(shí)，他總是能快速定位故障點(diǎn)，高效地解決問題。

正式成為“奮斗者”號主駕前，張偉先經(jīng)過了一段時(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)在各類故障情況下，如何正確處置。

張偉對自己的要求是無論何時(shí)、無論遇到何種情況，一定要準(zhǔn)確判斷、精細(xì)操作、沉著應(yīng)對。他記得，有一次在萬米下潛的過程中，“奮斗者”號深度接近9000米時(shí)，忽然聽到一聲非常響的聲音，載人艙也感受到了明顯震動。怎么辦，是否需要返航？作為主駕駛，張偉必須對潛水器狀態(tài)迅速作出判斷，確保所有人員和設(shè)備安全。

張偉立刻對艙內(nèi)設(shè)備進(jìn)行了檢查，并沒有發(fā)現(xiàn)異常；對全系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行了檢測，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)聲音通過金屬殼體傳導(dǎo)到載人艙內(nèi)后，人就會感覺是聲音很大。所以當(dāng)時(shí)我們還是非常緊張的，但好在經(jīng)過冷靜判斷，我們選擇了正確的處理方式。”張偉回憶說。

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”號是當(dāng)前全球同類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，但是對于身處球形載人艙中的潛航員來說，艙內(nèi)的活動空間十分有限。

“‘奮斗者’號海試過程中，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。‘奮斗者’號載人艙的內(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，但對張偉來說，在與“奮斗者”號相伴探海的日子里，更多的還是激動與自豪。

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”號成功坐底馬里亞納海溝，創(chuàng)造了10909米的中國載人深潛新紀(jì)錄。

“當(dāng)時(shí)的心情就是很激動、很自豪。中國人乘坐自己研制的載人潛水器達(dá)到了萬米深海，這得益于國家對海洋事業(yè)的重視和支持，更是綜合國力提升的重要表現(xiàn)，也是載人深潛團(tuán)隊(duì)多年來不懈奮斗的最好回報(bào)！”張偉說。

保持奮斗 砥礪前行

從2009年“蛟龍”號出航海試，到4500米級載人潛水器“深海勇士”號誕生，再到“奮斗者”號創(chuàng)下多項(xiàng)紀(jì)錄，十幾年來，中國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。”張偉說。

在“蛟龍”號研制時(shí)，還有部分技術(shù)需要依賴借鑒國外的技術(shù)。

但在“深海勇士”號立項(xiàng)后，中國接連突破多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，跟上了國際領(lǐng)先技術(shù)的腳步?！吧詈Ｓ率俊碧枌?shí)現(xiàn)了“核心技術(shù)自主化，關(guān)鍵設(shè)備國產(chǎn)化”，其關(guān)鍵零部件的國產(chǎn)化率超過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，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型全海深載人潛水器中的佼佼者?！皧^斗者”號的研制及海試的成功，標(biāo)志著中國具有了進(jìn)入世界海洋最深處開展科學(xué)探索和研究的能力，體現(xiàn)了中國在海洋高技術(shù)領(lǐng)域的綜合實(shí)力。

“奮斗者”號抵達(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，中國載人深潛團(tuán)隊(duì)的腳步又將邁向何方？

張偉表示：“創(chuàng)新突破始終是中國載人深潛精神的核心，接下來我們還有許多研發(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)用場景的各類潛水器，需要不斷突破更多的關(guān)鍵技術(shù)。

2021年，中國船舶集團(tuán)有限公司第七〇二研究所開始研制新型潛水器，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)場景。

“未來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’號現(xiàn)在雖然實(shí)現(xiàn)了‘全海深’，但還不能覆蓋‘全海域’。未來我們的潛水器應(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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