原創(chuàng) 中國測繪學(xué)會 中國測繪學(xué)會

本文內(nèi)容摘自《中國測繪》2021年第3期

實(shí)現(xiàn)從600米到7000米的跨越

“

書中有云：“比天空更深的是海洋?！?/p>

浩瀚的海洋蘊(yùn)含著無數(shù)資源等待人類的挖掘，潛藏著無數(shù)秘密，等待人類的探索。

其實(shí)，人類對海洋的探索從沒有止步，到海洋深處“看?！背蔀橄蛲?。

”

曾經(jīng)創(chuàng)下7062米深潛世界紀(jì)錄的海洋驕子——“蛟龍”號載人潛水器，2021年結(jié)束實(shí)驗(yàn)性應(yīng)用，轉(zhuǎn)入應(yīng)用階段，投入到深?？瓶贾?。同時，為“蛟龍”號量身打造的新母船“深海一號”也交付使用。今年以來，“蛟龍”號已經(jīng)和新母船一起完成首航任務(wù)，并于2月6日回到位于青島的國家深?；?。

在過去的8年里，“蛟龍”號累計(jì)下潛180余次，足跡遍及太平洋和印度洋，已經(jīng)成為我國深海海洋科考的利器。下潛至7000米并懸停作業(yè)，標(biāo)志著“蛟龍”號載人潛水器集成技術(shù)的成熟；標(biāo)志著中國海底載人科學(xué)研究和資源勘探能力達(dá)到國際領(lǐng)先水平。

送別“?洋?號”出征劉峰合影留念

“蛟龍”是一艘首次由中國自行設(shè)計(jì)、自主集成研制的載人潛水器，也是國家“863計(jì)劃”中的一個重大研究專項(xiàng)。從2002年開始研制到現(xiàn)在，“蛟龍”號已經(jīng)走過了整整18個年頭，創(chuàng)下驕人戰(zhàn)績的背后，是無數(shù)人的艱辛付出。

那么，“蛟龍”號載人潛水器闖過了多少道難關(guān)？具有哪些國際領(lǐng)先的技術(shù)優(yōu)勢？又收獲幾何？近日，本刊記者就此話題采訪了中國大洋礦產(chǎn)資源研究開發(fā)協(xié)會（以下簡稱“大洋協(xié)會”）辦公室主任、“蛟龍”號項(xiàng)目總體組組長、“蛟龍”號4次海試和2次試驗(yàn)性應(yīng)用航次的現(xiàn)場總指揮劉峰。

勇闖難關(guān)

深度帶來的挑戰(zhàn)

“難，太難了。”回憶起當(dāng)年研發(fā)的情景，劉峰感慨道，“想當(dāng)初，大家誰也沒見過載人潛水器，而且根本就沒有機(jī)會參觀一下國外的潛水器，更談不上了解核心技術(shù)。中國專家們僅僅憑著雜志上的幾張圖片和原理示意圖就設(shè)計(jì)建造出了當(dāng)時世界上下潛最深的作業(yè)型載人潛水器。”

深海載人潛水器是運(yùn)載科學(xué)家、工程技術(shù)人員和各種裝置、特種設(shè)備，快速精確到達(dá)各種特定深海復(fù)雜環(huán)境，進(jìn)行高效勘探、科學(xué)考察和特種作業(yè)的裝備。

20世紀(jì)末，國際海底區(qū)域競爭形勢越來越激烈。中國的海洋科學(xué)家們深刻認(rèn)識到國際海底資源競爭的緊迫性，積極建言獻(xiàn)策，主動上書給國家決策部門，“海底是個聚寶盆，但我們對它的了解實(shí)在太少太少了”。當(dāng)時作為中國大洋協(xié)會辦公室主任助理的劉峰，深知我國深海裝備的落后和載人深潛器的缺失以及科學(xué)家們對深海載人潛水器的迫切需求，“它可以載著科學(xué)家真正深入海洋的內(nèi)部探查，從海洋的內(nèi)部研究海洋”。自主研制載人潛水器刻不容緩！

其實(shí)，大深度載人潛水器的構(gòu)想早在上個世紀(jì)90年代就提出了，但由于當(dāng)時沒有明確的用途、技術(shù)面臨巨大挑戰(zhàn)等多重原因而沒有立項(xiàng)。

2001年，大洋協(xié)會與國際海底管理局關(guān)于《國際海底多金屬結(jié)構(gòu)礦區(qū)勘探合同》的簽訂成為中國載人潛水器立項(xiàng)的直接推動因素。一個國家深海裝備的能力，決定了其深?？碧降馁|(zhì)量和效率。我國在國際海底有約24萬平方千米的專屬勘探權(quán)和優(yōu)先開采權(quán)的礦區(qū)，所以必須有高技術(shù)的裝備。就是在這樣的情況下，我們國家決定研發(fā)“蛟龍?zhí)枴陛d人潛水器。2002年，“863計(jì)劃”重大專項(xiàng)“7000米載人潛水器項(xiàng)目”正式批復(fù)，該項(xiàng)目直接面向應(yīng)用需求，采取業(yè)主負(fù)責(zé)制。

由于以前參與了“863計(jì)劃”自治水下機(jī)器人、海底采礦等項(xiàng)目，劉峰積累了一定的技術(shù)管理經(jīng)驗(yàn)。如今，“7000米載人潛水器項(xiàng)目”總體組組長這把統(tǒng)領(lǐng)大旗重壓在他的肩上?！艾F(xiàn)在要真槍實(shí)彈地做，實(shí)現(xiàn)從無到有再到7000米級的跨越，確實(shí)困難重重?！眲⒎迳罡兄厝卧诩?。

載人潛水器最大下潛深度指標(biāo)如何確定？這是當(dāng)時立項(xiàng)時主要爭論的焦點(diǎn)之一。當(dāng)時國際上作業(yè)型載人潛水器最大下潛深度是6500米，依靠中國的綜合國力，在國際前沿的基礎(chǔ)上，把深海技術(shù)裝備向前推進(jìn)一步，做出中國對世界深?？茖W(xué)的貢獻(xiàn)，這既是中國科學(xué)家的豪邁氣概，也是中國科學(xué)家肩負(fù)的使命和責(zé)任。

經(jīng)過項(xiàng)目專家組的綜合分析，確定深度目標(biāo)7000米?！皩Ξ?dāng)時中國深海裝備技術(shù)水平來講，7000米的深度目 標(biāo)，既是必然選擇，也是艱難選擇。因?yàn)樵诖酥?，中國載人潛水器下潛深度只有600米，這個目標(biāo)意味著潛水器 下潛深度的巨大跨越。”為此，劉峰堅(jiān)定地認(rèn)為，確定恰 當(dāng)?shù)募夹g(shù)路線是保證目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的重要保障。我們既要依靠國內(nèi)科學(xué)家的聰明智慧，艱苦攻關(guān)，在研制的過程中培養(yǎng)人才，又要開展國際合作，引進(jìn)部分部件，進(jìn)行集成創(chuàng)新。于是總體達(dá)成的“自主設(shè)計(jì)、集成創(chuàng)新”共識很快得 到了咨詢專家組認(rèn)同和項(xiàng)目領(lǐng)導(dǎo)小組的批準(zhǔn)。

確定走“自主設(shè)計(jì)、集成創(chuàng)新”的技術(shù)路線還有一個原因，在當(dāng)時，美國的“阿爾文”號載人潛水器已下水近40年，俄羅斯的“和平”號已下水13年，日本的“深海6500”號已下水11年。相比之下，中國起步較晚，只能奮力追趕，縮短周期。

那么，7000米是什么概念呢？意味著“蛟龍”號可以在占世界海洋面積99.8%的廣闊海域使用。劉峰告訴記者，“蛟龍”號是中國第一艘自主設(shè)計(jì)研制的深海載人潛水器。在此之前，中國在深?？蒲醒b備領(lǐng)域僅僅開展過600米載人潛水器的研制。

2002年4月，中國100多家科研機(jī)構(gòu)組成了龐大的“蛟龍”號載人潛水器項(xiàng)目研發(fā)團(tuán)隊(duì)，擔(dān)任總體組組長的劉峰，負(fù)責(zé)四大系統(tǒng)技術(shù)接口的統(tǒng)籌協(xié)調(diào)，組織相關(guān)技術(shù)的聯(lián)合攻關(guān)。因?yàn)檠邪l(fā)經(jīng)驗(yàn)不足，每攻克一個技術(shù)難題都要花費(fèi)研發(fā)團(tuán)隊(duì)的大量心血。

從600米到7000米的跨越，“蛟龍”號載人潛水器用了4年時間?！把兄七^程中遇到的困難難以計(jì)數(shù)，非常艱辛。”劉峰表示，難就難在潛水器的每一個部件都必須面對7000米的海洋環(huán)境。

“蛟?”號7000?海域現(xiàn)場指揮部，劉峰全神貫注指揮“蛟?”號下潛

首先就是面臨壓力考驗(yàn)。在海洋中，每下潛10米就會增加一個大氣壓，下潛7000米，每平方米就要承受7000噸水的壓力。

其次，面臨低溫或高溫考驗(yàn)。7000米深度水溫在1℃～2℃，而在熱液區(qū)，“黑煙囪”（熱液噴口）處，溫度高達(dá)近400度?！八?，需要解決耐壓問題、密封問題,還有球艙里3個人的生命保障問題、水下通訊問題等。這些都需要經(jīng)過科研人員夜以繼日地攻關(guān)，那不是輕輕松松就能把這些問題全解決掉的，需要巨大的付出?！?/p>

第三，潛航員心理與體力的考驗(yàn)。此外，還需要母船、水面支持系統(tǒng)和潛器緊密配合以及水聲通訊和定位系統(tǒng)的保障，這就需要每個環(huán)節(jié)、每個崗位精密、熟練配合，才能保證每次深潛圓滿成功。

領(lǐng)先優(yōu)勢

讓載人潛水器耳聰目明

從前期立項(xiàng)到7000米海試成功的這10年里，“蛟龍”號集結(jié)了中船重工702所、701所、中科院聲學(xué)所、中科院沈陽自動化所等100多家科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)聯(lián)合攻關(guān)。

“蛟龍”號

“它是第一臺我國自行設(shè)計(jì)、擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的深海載人潛水器，形成了標(biāo)志性的四大技術(shù)特點(diǎn)。”談起“蛟龍”號，劉峰很是自豪，創(chuàng)下世界上同類型載人潛水器的最大下潛深度7000米；具有針對作業(yè)目標(biāo)穩(wěn)定的懸停定位能力；具有先進(jìn)的水聲通信和海底微地形地貌探測能力；配備多種高性能作業(yè)工具，能夠在特殊條件下完成復(fù)雜任務(wù)。

“從測繪角度講，潛水器碰到的更大難題是導(dǎo)航定位問題?！眲⒎逯毖裕谒?，海水阻隔了電磁波的遠(yuǎn)距離傳播，在幽深的海底，要想知道潛水器所在的位置并不容易。只有用（中低頻）聲波才能做到在水下長距離通信，所以聲學(xué)系統(tǒng)在“蛟龍?zhí)枴敝邪l(fā)揮了重要作用。

據(jù)介紹，“蛟龍”號上有六種聲學(xué)設(shè)備，分別完成水聲通訊系統(tǒng)傳送語音、文字、指令、數(shù)據(jù)和圖像等信息、成像聲吶觀察周圍的物體形態(tài)等功能。水聲通信系統(tǒng)就像是潛水器的嘴巴和耳朵。通過發(fā)射聲波、接收聲波，以海水為介質(zhì)來進(jìn)行各種通訊、定位以及地形地貌的測繪、小目標(biāo)的搜尋。

在聲學(xué)定位系統(tǒng)中，超短基線定位系統(tǒng)，是母船對“蛟龍”號進(jìn)行實(shí)時定位、跟蹤潛水器水下作業(yè)運(yùn)動軌跡的重要設(shè)備，當(dāng)“蛟龍”號身處海底時，它在水下每8秒鐘發(fā)出一次聲學(xué)信號，信號到達(dá)船上的超短基線定位系統(tǒng)，各接收傳感器會有先后順序，利用這種時延差，超短基線系統(tǒng)就能計(jì)算出“蛟龍”號的具體位置、所處的深度以及與母船的距離，從而為“蛟龍”號定位。

此外，針對海底地形測量，研發(fā)團(tuán)隊(duì)為“蛟龍”號研發(fā)了測深側(cè)掃系統(tǒng)，潛水器從海底掃過，便能把海山、海崖等地勢地形測量出來，精度可達(dá)分米級、厘米級。當(dāng)然，這些聲吶設(shè)備同樣要能承受住700個大氣壓的壓強(qiáng)。

“現(xiàn)在國內(nèi)已能自行解決‘蛟龍'號試驗(yàn)應(yīng)用所需的設(shè)備和部件，‘蛟龍'號國產(chǎn)化率已經(jīng)可以達(dá)到90%?！薄膀札垺碧栞d人潛水器副總設(shè)計(jì)師胡震曾在去年的一次學(xué)術(shù)會議上表示，通過“蛟龍”號載人潛水器的研制，推進(jìn)器、機(jī)械手等設(shè)備逐漸在國內(nèi)形成產(chǎn)業(yè)化裝備，為海洋石油開采、深?？碧降妊b備發(fā)展起到引領(lǐng)作用，帶動了我國新材料、新能源在深海工程上的應(yīng)用發(fā)展。比如，高強(qiáng)度鈦合金厚板和11000米鈦合金載人艙的加工制造等。

“‘蛟龍’號載人艙的耐壓球殼就是采用鈦合金材料，是在俄羅斯完成制造的，能在7000米深海承受每平方米7000噸的壓力?！眲⒎逭f，然而，不僅載人球殼是我們自主設(shè)計(jì)的，它內(nèi)部的生命維持系統(tǒng)也是自主研發(fā)的，還有高速水聲通信系統(tǒng)、自動航行和懸停定位系統(tǒng)已經(jīng)具備國際領(lǐng)先技術(shù)優(yōu)勢?！膀札垺碧栕叱隽艘粭l“自行設(shè)計(jì)，技術(shù)集成”的成功之路。

50米、300米、1000米、3000米、5000米、7000米，“蛟龍”號載人潛水器在一次次測試和海試中歷練完善、在一次次出征中錘煉。未來，他們將在深海資源勘查和科學(xué)研究中有著更廣闊的空間。

寶貴經(jīng)驗(yàn)

培養(yǎng)起一批中堅(jiān)力量

有人說，21世紀(jì)是“海洋世紀(jì)”。今天的中國，正在從海洋大國向海洋強(qiáng)國邁進(jìn)。一群中國深潛人正在以實(shí)際行動、以果敢的魄力和膽識在深潛裝備領(lǐng)域打造出一片新天地。

一位研發(fā)者坦言，“蛟龍”號載人潛水器上的12個系統(tǒng)，拿出任何一個，都曾經(jīng)是一道難解的題，而且每一道難題的解決都挑戰(zhàn)著設(shè)計(jì)人員的智慧極限，研究團(tuán)隊(duì)經(jīng)歷了數(shù)不清的失敗，卻仍然不放棄，且越挫越勇。有時，為解決一個細(xì)節(jié)問題，研發(fā)人員要熬上兩個通宵。

一位深載人表示，“整個研究的過程和經(jīng)歷是寶貴的，在壓力最大、最接近崩潰的時候，能挺過來，能堅(jiān)持下來，最終扛過去就是一種‘美好的體會’。就像我們常?；叵肫鹣聺摴ぷ鲿r那幾乎讓人崩潰的‘噪聲’，對我們聲學(xué)系統(tǒng)調(diào)制人來說非常不利。但是，頂著這些壓力，能夠最終把結(jié)果做出來，就是最大價值?！?/p>

“我覺得‘蛟龍’號的研發(fā)最寶貴的是培養(yǎng)了一批年輕的研究深海的骨干，他們成為我國深海高技術(shù)發(fā)展的中堅(jiān)力量。從對引進(jìn)的設(shè)備連拆都不太敢，到現(xiàn)在可以自己研發(fā)，這支隊(duì)伍將在我國進(jìn)軍深海的過程中發(fā)揮重要作用?！?/p>

“

劉峰這樣總結(jié)“蛟龍”號團(tuán)隊(duì)，“我覺得主要是培養(yǎng)了他們的自主創(chuàng)新能力和自信心。失敗了多少次不要緊，失敗了可以推倒再來，只要自信心還在，一切都不是問題?！?/p>

劉峰表示，“在安排‘蛟龍’號研發(fā)工作時，我們穿插安排了幾個前沿題目進(jìn)行研究，當(dāng)時也沒指望能把這個研究成果用上，只是為了后續(xù)發(fā)展做準(zhǔn)備，包括浮力材料、接插件等，沒想到這么快一些成果就出來了，還發(fā)揮了大作用?！?/p>

業(yè)界專家坦言，“蛟龍”號載人潛水器突破7000米深度，表明我國真正開始具備進(jìn)入深海的能力，初步具備深海探測的能力。但是，從整體上來看，我國深海技術(shù)還處于跟蹤研發(fā)階段，技術(shù)水平還落后于國際先進(jìn)水平至少20年，技術(shù)能力還不足以支撐我國海洋大國、強(qiáng)國的戰(zhàn)略需求，還需要方方面面的突破和創(chuàng)新。

同時，我們也看到我國深海裝備制造能力在不斷提高。“龍家族”的業(yè)主單位中國大洋協(xié)會認(rèn)為，“龍”系統(tǒng)潛水器可以優(yōu)勢互補(bǔ)，點(diǎn)線面結(jié)合，對作業(yè)區(qū)進(jìn)行綜合勘察。

如無人有纜的“海龍”號由水面船供電和操控，比較適合在相對平坦的海底長時間、長距離作業(yè)；無人無纜的“潛龍”號優(yōu)勢在于開展區(qū)域地形測量、拍照、攝像等作業(yè)；“蛟龍”號能夠定點(diǎn)懸停作業(yè)，科學(xué)家可以親臨海底直接觀測,直接測繪,直接取樣,對海底某個點(diǎn)進(jìn)行“解剖麻雀”式精細(xì)化研究。未來，伴隨我國海洋事業(yè)進(jìn)一步發(fā)展，通過發(fā)展深海鉆探的“深龍”技術(shù)、深海開發(fā)的“鯤龍”技術(shù)、海洋數(shù)據(jù)云計(jì)算的“云龍”技術(shù)等，我國有望形成國家級的深海裝備品牌和專業(yè)化隊(duì)伍，以有效支撐海洋強(qiáng)國建設(shè)。

“

“我希望把深海裝備用好，為國家的海洋強(qiáng)國戰(zhàn)略需求服務(wù)，不斷發(fā)揮作用；我希望把載人潛水器用起來，讓中國科學(xué)家更多地走出國門，參與世界科技前沿活動；我希望把潛水器統(tǒng)籌起來，力爭在未來的國際合作中發(fā)揮引領(lǐng)作用。同時，進(jìn)一步關(guān)心海洋、認(rèn)識海洋、經(jīng)略海洋，推動我國海洋強(qiáng)國建設(shè)不斷取得新成就。畢竟認(rèn)識海洋不是一家一戶的事，是大家不斷積累的過程，有了對海洋新的認(rèn)識，也是對世界的一個貢獻(xiàn)?！眲⒎灞硎?。

黨中央、國務(wù)院授予“蛟?”號7000?級海試團(tuán)隊(duì)“載?深潛英雄集體”榮譽(yù)稱號

中國深海裝備技術(shù)將會有更大的突破。以“蛟龍”號載人潛水器、“深海勇士”號載人潛水器、“奮斗者”號載人潛水器為代表的我國載人潛水器體系將成為深海資源勘察的主力軍，并正在創(chuàng)新發(fā)展的大道上逐夢深藍(lán)。

原標(biāo)題：《中國測繪丨“蛟龍”潛底：在創(chuàng)新發(fā)展大道上逐夢深藍(lán)——訪中國大洋礦產(chǎn)資源研究開發(fā)協(xié)會辦公室主任劉峰》

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