海底金刚

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蛟龙”号深潜告捷。

2010年8月26日,中国科技部和海洋局在北京联合宣布,中国第一台自行设计、自主集成研制的“蛟龙”号深海载人潜水器3000米级海试取得成功,最大下潜深度达到3759米,而且创下了水下海底作业9小时03分的纪录。这标志着中国成为继美、法、俄、日之后,第5个掌握3500米以下大深度载人深潜技术的国家。

深海载人潜水器是一种能在深海进行水下作业的潜水设备,分民用和军用二类,吨位在20吨~80吨,个别达到三四百吨;潜水深度一般为2000米~5000米,个别达到11000米。深海载人潜水器的主要任务有三类:一类是用于海洋调查,采集水下标本,进行水下摄影。开展潜水医学和生理学研究,进行水声学研究;另一类是协助进行深海石油资源的勘探与开发,检查及维修海底电缆管路,运送潜水员在水下执行任务,进行水下救生与打捞;最后一类是执行军事侦察、扫雷、布雷等任务,试验和回收鱼雷、水雷、深弹等水中兵器,营救失事潜艇的艇员,观察武器的水下发射情况,进行水下噪音测量等。深海载人潜水器体现一个国家的综合技术力量,是海洋技术开发的最前沿与制高点。

为推动中国深海运载技术发展,为中国大洋国际海底资源调查和科学研究提供重要高技术装备,同时为中国深海勘探、海底作业研发共性技术,中国科技部于2002年将“蛟龙”号深海载人潜水器研制列为“863”计划,启动“蛟龙”号深海载人潜水器的自行设计、自主集成研制工作。

在中国国家海洋局组织安排下,中国大洋协会作为业主具体负责“蛟龙”号深海载人潜水器项目的组织实施,并会同中船重工集团公司702所、中科院沈阳自动化所和声学所等约100家中国国内科研机构与企业联合攻关,攻克了中国在深海技术领域的一系列技术难关,经过7年努力,完成载人潜水器本体研制,完成水面支持系统研制和试验母船改造,完成潜航员选拔和培训,从而具备开展海上试验的技术条件。从2009年8月开始,“蛟龙”号深海载人潜水器先后组织开展1000米级和3000米级海试工作。

最大下潜深度设计为7000米的“蛟龙”号深海载人潜水器,将成为世界上下潜最深的载人潜水器,工作范围可覆盖全球海洋区域的99,8%,代表着深海高技术领域的最前沿。目前,“蛟龙”号的每个部件都已通过了7000米压力考核,并将在今后的5000米、7000米海试中加以验证。“蛟龙”号载人潜水器的研制成功,提升了中国在深海技术领域的国际影响力,增强了中国海洋科技界走向深海的信心。

大洋深处显身手。

潜水器的历史最早可以上溯到16世纪。1554年,意大利人塔尔奇利亚发明了木质球形潜水器。1620年,荷兰物理学家德雷尔发明了世界上第一艘原始潜水器,它能在水下5米深处连续航行几海里。1717年,英国天文学家哈雷设计出第一艘有实用价值的潜水器。20世纪20年代开始现代潜水器研制,一直到60年代,主要是向深度挑战。1934年,美国潜水器潜入914米深度,人类第一次在深海对生物进行了观察。1960年,人类终于下潜到海洋最深处10913米,即太平洋马里亚纳海沟。这个时期研制的潜水器一般仅限于观察,无运动、作业能力,发展也较为缓慢。

20世纪60年代,以美国“阿尔文”号为代表的第二代潜水器得到发展。这类潜水器带有动力,还配置了水下电视、机械手等,不仅可以观察,还可以进行一些简单作业和海洋资源调查等任务。从那时起到现在,潜水器的技术发展经历了多次飞跃,美国、法国、俄罗斯、日本相继研制成功当前世界仅有的5艘6000米级深海载人潜水器,它们分别是:“阿尔文”号、“鹦鹉螺”号、“深海6500”号、“和平1”号和“和平2”号。这些装备到达的范围遍及海洋的大陆坡、海山顶、火山口、洋脊以及6000米的洋底,在地质、地球化学、地球物理和海洋生物等方面取得了大量的重要发现。

最有名且贡献最大的是美国1964年建造的“阿尔文”号深海载人潜水器。“阿尔文”号可以搭乘3名研究人员,并且能够下潜到4500米的深度。在40多年的服役生涯中,4000多次潜入海底。1966年它在西班牙附近海域找到了美军丢失的氢弹,1977年在加拉帕哥斯断裂带首次发现了海底热液和其中的生物群落,1979年在东太平洋发现了第一个海底热液喷口。1985年,“阿尔文”号成功地参与了对“泰坦尼克”号沉船的搜寻和打捞,也因此登上了美国《时代》周刊的封面。

法国1985年建成的“鹦鹉螺”号深海载人潜水器,最大下潜深度可达6000米,累计下潜了1500多次,完成过多金属结合区域、深海海底生态等调查以及沉船、有害废料等搜索任务。

日本1989年建成的“深海6500”深海载人潜水器,最大下潜深度为6500米,水下作业时间8小时。可旋转的采样篮使得操作人员可以在二个观察窗的任何一个进行取样作业,这是其他载人潜水器所无法做到的。它进行过锰结核、热液矿床、钴结壳等资源调查,进行过水深达6500米的海洋斜坡和海底断层调查,从地球物理角度对日本岛礁沿线的地壳运动以及地震、海啸等进行过调查,“深海6500”还在4000余米深海处发现了古鲸遗骨及其寄生的贻贝类、虾类等典型生物群。自投入使用以来已下潜了1000余次。

俄罗斯1987年建成的“和平1”号和“和平2”号二艘6000米级深海载人潜水器,带有12套检测深海环境参数和海底地貌的设备,最大的特点就是能源比较充足,它可以在水下待17小时~20小时,《泰坦尼克号》的电影里面很多镜头就是“和平1”号和“和平2”号探测的镜头。30多年来,它在太平洋、印度洋、大西洋和北极海底进行了上千次的科学技术考察,包括对海底热液硫化物矿床、深海生物及浮游生物调查和取样,大洋中脊水温场测量,失事核潜艇“共青团员”号核辐射检测,以及“泰坦尼克”号沉船的水下摄影等。在2007年8月2日“和平1”号与“和平2”号相继抵达北冰洋海底的北极点,其搭载的科学家们在那里插上了一面高1米、能保存100年左右的钛合金俄罗斯国旗,使这二艘载人潜水器再次引起世人瞩目,并由此引发了国际社会在北极的利益之争。2009年8月1日,普京乘坐“和平1”号深潜器潜入贝加尔湖水面以下1400米,以接触湖底的新能源“可燃冰”。中国的“蛟龙”号深海载人潜水器长8.2米,宽3米,有3.4米高,重量约22吨,可载员3人,除人员外还可负载220千克的物体,正常在水下工作12小时。“蛟龙”号具有针对作业目标稳定的悬停定位能力,这为它完成高精度作业任务提供了可靠保障。具有先进的水声通信和海底微地形地貌探测能力,可以高速传输图像和语音,探测海底的小目标。“蛟龙”号上还配备多种高性能作业工具,确保它在特殊的海洋环境或海底地质条件下完成保真取样和潜钻取芯等复杂任务。未来“蛟龙”号的使命包括运载科学家和工程技术人员进入深海,在海山、洋脊、盆地和热液喷口等复杂海底有效执行各种科学考察,开展深海探矿、海底高精度地形测量、可疑物探测和捕获等工作,并将执行水下设备定点布放、海底电缆和管道检测以及其他深海探寻及打捞等各种复杂作业

深海载人潜水器涉及流体、结构、材料、生命支持、液压、水声、光学、计算机控制等多门学科。深海载人潜水器研制水平,往往体现了一个国家的综合技术力量,典型的如6000米级深海载人潜水器,目前仅美、法、日、俄、中等国家才能研制。

深海探测要克服许多困难,最基本的是要克服海水压力。在水下每增加10米就增加大约1个大气压。比如将在7000米水下工作的“蛟龙”号。要能够承受至少700多个大气压。这个深度的压力之大,相当于1平方米的面积要承受7000吨的重量。因此,潜水器必须造得非常结实。此外,深海探测器的控制、通信、导航和定位等,与陆上、空中机器人也很不相同,需要针对具体使命和应用环境深入开展研究。科学家认为,其技术难度在某种程度上不亚于“神舟”飞船。

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