大國(guó)重器——“蛟龍”號(hào)載人潛水器
“蛟龍”號(hào)載人潛水器是一艘由中國(guó)自行設(shè)計(jì)、自主集成研制的載人潛水器,也是863計(jì)劃中的一個(gè)重大研究專項(xiàng)。2010年5月至7月,蛟龍?zhí)栞d人潛水器在中國(guó)南海中進(jìn)行了多次下潛任務(wù),最大下潛深度達(dá)到了7020米。
2002年科技部將深海載人潛水器研制列為國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(863計(jì)劃)重大專項(xiàng),啟動(dòng)“蛟龍”號(hào)載人深潛器的自行設(shè)計(jì)、自主集成研制工作。2009年至2012年,接連取得1000米級(jí)、3000米級(jí)、5000米級(jí)和7000米級(jí)海試成功。2012年6月,在馬里亞納海溝創(chuàng)造了下潛7062米的中國(guó)乃至世界的載人深潛紀(jì)錄。2014年12月18日,首次赴印度洋下潛。
2015年1月14日,在西南印度洋龍旂熱液區(qū)執(zhí)行印度洋科考首航段的最后一次下潛,這也是其在這個(gè)航段的第9次下潛。3月17日,搭乘“向陽紅09”船??繃?guó)家深海基地碼頭,正式安家青島國(guó)家深海基地。
2016年5月22日,成功完成在雅浦海溝的最后一次科學(xué)應(yīng)用下潛,最大下潛深度達(dá)6579米。
2017年3月4日和7日,“蛟龍?zhí)枴陛d人潛水器分別在西北印度洋臥蠶1號(hào)熱液區(qū)和大糦熱液區(qū)進(jìn)行了中國(guó)大洋38航次第一航段的第3次下潛和第4次下潛。這兩次下潛都在調(diào)查區(qū)域發(fā)現(xiàn)了熱液噴口并獲取了硫化物樣品。5月23日,“蛟龍”號(hào)完成在世界最深處下潛,潛航員在水下停留近9小時(shí),海底作業(yè)時(shí)間3小時(shí)11分鐘,最大下潛深度4811米。
“蛟龍?zhí)枴陛d人深潛器是我國(guó)首臺(tái)自主設(shè)計(jì)、自主集成研制的作業(yè)型深海載人潛水器,設(shè)計(jì)最大下潛深度為7000米級(jí),也是目前世界上下潛能力最強(qiáng)的作業(yè)型載人潛水器?!膀札?zhí)枴笨稍谡际澜绾Q竺娣e99.8%的廣闊海域中使用,對(duì)于我國(guó)開發(fā)利用深海的資源有著重要的意義。
中國(guó)是繼美、法、俄、日之后世界上第五個(gè)掌握大深度載人深潛技術(shù)的國(guó)家。在全球載人潛水器中,“蛟龍?zhí)枴睂儆诘谝惶蓐?duì)。目前全世界投入使用的各類載人潛水器約90艘,其中下潛深度超過1000米的僅有12艘,更深的潛水器數(shù)量更少,目前擁有6000米以上深度載人潛水器的國(guó)家包括中國(guó)、美國(guó)、日本、法國(guó)和俄羅斯。除中國(guó)外,其他4國(guó)的作業(yè)型載人潛水器最大工作深度為日本深潛器的6527米,因此“蛟龍?zhí)枴陛d人潛水器在西太平洋的馬里亞納海溝海試成功到達(dá)7020米海底,創(chuàng)造了作業(yè)類載人潛水器新的世界紀(jì)錄。
從2009年至2012年,蛟龍?zhí)柦舆B取得1000米級(jí)、3000米級(jí)、5000米級(jí)和7000米級(jí)海試成功。下潛至7000米,說明蛟龍?zhí)栞d人潛水器集成技術(shù)的成熟,標(biāo)志著我國(guó)深海潛水器成為海洋科學(xué)考察的前沿與制高點(diǎn)之一。
2012年6月27日11時(shí)47分,中國(guó)“蛟龍”再次刷新“中國(guó)深度”——下潛7062米。6月3日,“蛟龍”出征以來,已經(jīng)連續(xù)書寫了5個(gè)“中國(guó)深度”新紀(jì)錄:6月15日,6671米;6月19日,6965米;6月22日,6963米;6月24日,7020米;6月27日,7062米。下潛至7000米,標(biāo)志著我國(guó)具備了載人到達(dá)全球99%以上海洋深處進(jìn)行作業(yè)的能力,標(biāo)志著“蛟龍”載人潛水器集成技術(shù)的成熟,標(biāo)志著我國(guó)深海潛水器成為海洋科學(xué)考察的前沿與制高點(diǎn)之一,標(biāo)志著中國(guó)海底載人科學(xué)研究和資源勘探能力達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。
2013年6月17日16時(shí)30分左右,中國(guó)“蛟龍”號(hào)載人潛水器從南海一冷泉區(qū)海底回到母船甲板上,三名下潛人員出艙,標(biāo)志著“蛟龍”號(hào)首個(gè)試驗(yàn)性應(yīng)用航次首次下潛任務(wù)順利完成。
從2013年起,蛟龍?zhí)栒竭M(jìn)入試驗(yàn)性應(yīng)用階段。2017年,當(dāng)?shù)貢r(shí)間6月13日,蛟龍?zhí)栱樌瓿闪舜笱?8航次第三航段最后一潛,標(biāo)志著試驗(yàn)性應(yīng)用航次全部下潛任務(wù)圓滿完成。
截至2018年11月,蛟龍?zhí)栆殉晒ο聺?58次。
2月28日,“蛟龍”號(hào)載人潛水器在國(guó)家深海基地試驗(yàn)水池,進(jìn)行了大修與技術(shù)升級(jí)后的第一個(gè)測(cè)試下潛。這標(biāo)志著“蛟龍”號(hào)大修與技術(shù)升級(jí)全系統(tǒng)勘驗(yàn)、維修、系統(tǒng)升級(jí)、總裝聯(lián)調(diào)等陸上工作已經(jīng)全部完成,正式進(jìn)入一個(gè)了新的階段。
為推動(dòng)中國(guó)深海運(yùn)載技術(shù)發(fā)展,為中國(guó)大洋國(guó)際海底資源調(diào)查和科學(xué)研究提供重要高技術(shù)裝備,同時(shí)為中國(guó)深??碧?、海底作業(yè)研發(fā)共性技術(shù),在國(guó)家海洋局組織安排下,中國(guó)大洋協(xié)會(huì)作為業(yè)主具體負(fù)責(zé)“蛟龍?zhí)枴陛d人潛水器項(xiàng)目的組織實(shí)施,并會(huì)同中船重工集團(tuán)公司七〇二所、中科院沈陽自動(dòng)化所和聲學(xué)所等約100家中國(guó)國(guó)內(nèi)科研機(jī)構(gòu)與企業(yè)聯(lián)合攻關(guān),攻克了中國(guó)在深海技術(shù)領(lǐng)域的一系列技術(shù)難關(guān),經(jīng)過6年努力,完成了載人潛水器本體研水面支持系統(tǒng)的研制和試驗(yàn)?zāi)复母脑煲约皾摵絾T的選拔和培訓(xùn),從而使“蛟龍?zhí)枴本邆淞碎_展海上試驗(yàn)的技術(shù)條件。
應(yīng)用領(lǐng)域
1、運(yùn)載科學(xué)家和工程技術(shù)人員進(jìn)入深海,在海山、洋脊、盆地和熱液噴口等復(fù)雜海底進(jìn)行機(jī)動(dòng)、懸停、正確就位和定點(diǎn)坐坡,有效執(zhí)行海洋地質(zhì)、海洋地球物理、海洋地球化學(xué)、海洋地球環(huán)境和海洋生物等科學(xué)考察。
“蛟龍?zhí)枴本邆渖詈L降V、海底高精度地形測(cè)量、可疑物探測(cè)與捕獲、深海生物考察等功能,可以開展:對(duì)多金屬結(jié)核資源進(jìn)行勘查,可對(duì)小區(qū)地形地貌進(jìn)行精細(xì)測(cè)量,可定點(diǎn)獲取結(jié)核樣品、水樣、沉積物樣、生物樣,可通過攝像、照相對(duì)多金屬結(jié)核覆蓋率、豐度等進(jìn)行評(píng)價(jià)等;對(duì)多金屬硫化物熱液噴口進(jìn)行溫度測(cè)量,采集熱液噴口周圍的水樣,并能保真儲(chǔ)存熱液水樣等;對(duì)鈷結(jié)殼資源的勘查,利用潛鉆進(jìn)行鉆芯取樣作業(yè),測(cè)量鈷結(jié)殼礦床的覆蓋率和厚度等;可執(zhí)行水下設(shè)備定點(diǎn)布放、海底電纜和管道的檢測(cè),完成其他深海探詢及打撈等各種復(fù)雜作業(yè)。
“蛟龍?zhí)枴遍L(zhǎng)8.2米、寬3.0米高3.4米,空重不超過22噸,最大荷載是240公斤,最大速度為每小時(shí)25海里,巡航每小時(shí)1海里,當(dāng)前最大下潛深度7062.68米,最大工作設(shè)計(jì)深度為7000米,理論上它的工作范圍可覆蓋全球99.8%海洋區(qū)域。
技術(shù)優(yōu)勢(shì)
1.在世界上同類型中具有最大下潛深度7000米,這意味著該潛水器可在占世界海洋面積99.8%的廣闊海域使用;
2.具有針對(duì)作業(yè)目標(biāo)穩(wěn)定的懸停,這為該潛水器完成高精度作業(yè)任務(wù)提供了可靠保障;
3.具有先進(jìn)的水聲通信和海底微貌探測(cè)能力,可以高速傳輸圖像和語音,探測(cè)海底的小目標(biāo);
4.配備多種高性能,確保載人潛水器在特殊的海洋環(huán)境或海底地質(zhì)條件下完成保真取樣和潛鉆取芯等復(fù)雜任務(wù)。
三大突破
近底自動(dòng)航行和懸停定位、高速水聲通信、充油銀鋅蓄電池容量被譽(yù)為“蛟龍”號(hào)的三大技術(shù)突破:
1.可穩(wěn)穩(wěn)“定住”
如同開車一樣,駕駛員的腳總放在油門上,難免產(chǎn)生疲勞感?!膀札垺碧?hào)駕駛員是幸運(yùn)的,它具備自動(dòng)航行功能,駕駛員設(shè)定好方向后,可以放心進(jìn)行觀察和科研。
“蛟龍?zhí)枴笨梢酝瓿扇N自動(dòng)航行:自動(dòng)定向航行,駕駛員設(shè)定方向后,“蛟龍?zhí)枴笨梢宰詣?dòng)航行,而不用擔(dān)心跑偏;自動(dòng)定高航行:這 一功能可以讓潛水器與海底保持一定高度,盡管海底山形起伏,自動(dòng)定高功能可以讓“蛟龍?zhí)枴陛p而易舉地在復(fù)雜環(huán)境中航行,避免出現(xiàn)碰撞;自動(dòng)定深功能,可以 讓“蛟龍?zhí)枴北3峙c海面固定距離。
2.懸停定位
一旦在海底發(fā)現(xiàn)目標(biāo),“蛟龍?zhí)枴辈恍枰翊蟛糠謬?guó)外深潛器那樣坐底作業(yè),而是由駕駛員行駛到相應(yīng)位置, “定住”位置,與目標(biāo)保持固定的距離,方便機(jī)械手進(jìn)行操作。在海底洋流等導(dǎo)致“蛟龍”號(hào)搖擺不定,機(jī)械手運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)整個(gè)潛水器晃動(dòng)等內(nèi)外干擾下,能夠做到精 確地“懸停”令人稱道。在已公開的消息中,尚未有國(guó)外深潛器具備類似功能。
3.深海通信靠“聲”
陸地通信主要靠電磁波,速度可以達(dá)到光速。但這一利器到了水中卻沒了用武之地,電磁波在海水中只能深入幾米?!膀札垺碧?hào)潛入深海數(shù)千米,為保持與母船保持聯(lián)系,科學(xué)家們研發(fā)了具有世界先進(jìn)水平的高速水聲通信技術(shù),采用聲納通信。這一技術(shù)需要解決多項(xiàng)難題,比如水聲傳播速度只有每秒1500米左右,如果是 7000米深度的話,喊一句話往來需要近10秒,聲音延遲很大;聲學(xué)傳輸?shù)膸捯矘O其有限,傳輸速率很低;此外,聲音在不均勻物體中的傳播效果不理想,而海水密度大小不同,溫度高低不同,海底回波條件也不同,加上母船和深潛器上的噪音,如何在復(fù)雜環(huán)境中有效提取信號(hào)難上加難。
海試工作
3000米級(jí)海試
2009年8月開始,“蛟龍?zhí)枴陛d人深潛器先后組織開展1000米級(jí)和3000米級(jí)海試工作。2010年5月31日-7月18日,“蛟龍?zhí)枴陛d人潛水器在中國(guó)南海3000米級(jí)海上試驗(yàn)中取得巨大成功,共完成17次下潛,其中7次穿越2000米深度,4次突破3000米,最大下潛深度達(dá)到3759米,超過全球海洋平均深度3682米,并創(chuàng)造水下和海底作業(yè)9小時(shí)零3分的記錄,驗(yàn)證了“蛟龍?zhí)枴陛d人潛水器在3000米級(jí)水深的各項(xiàng)性能和功能指標(biāo)。
5000米級(jí)海試
5000米級(jí)海試是國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(863計(jì)劃)海洋技術(shù)領(lǐng)域的重點(diǎn)任務(wù),由科技部委托、原國(guó)家海洋局組織、中國(guó)大洋協(xié)會(huì)具體實(shí)施,旨在檢驗(yàn)和考核“蛟龍?zhí)枴陛d人潛水器3000米級(jí)海試后技術(shù)改進(jìn)的效果,以及其在5000米級(jí)深度的安全性能和作業(yè)能力,為開展更大深度海試和未來實(shí)際應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。
共有來自13家單位的96名科研人員參加了海試任務(wù)。海試期間,全體隊(duì)員在位于東太平洋的E1、E2、E3三個(gè)試驗(yàn)海區(qū)共完成5次下潛作業(yè),共有8人完成15人次下潛,下潛深度分別為4027、5057、5188、5184和5180米。潛水器在海底完成多次坐底試驗(yàn),并在中國(guó)大洋協(xié)會(huì)多金屬結(jié)核勘探合同區(qū)開展海底照相、攝像、海底地形地貌測(cè)量、海洋環(huán)境參數(shù)測(cè)量、海底定點(diǎn)取樣等作業(yè)試驗(yàn)與應(yīng)用,完成了各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)任務(wù)。
搭載著“蛟龍”號(hào)的“向陽紅09”船已從第三備選區(qū)抵達(dá)300多海里外的東北太平洋多金屬結(jié)核勘探合同區(qū),按照計(jì)劃將于28日凌晨擇機(jī)下海,具體時(shí)間需由現(xiàn)場(chǎng)指揮部根據(jù)當(dāng)時(shí)天氣、船體狀況確定。
該合同區(qū)為“蛟龍”號(hào)沖擊5000米深度的首選海域。7月16日抵達(dá)東北太平洋多金屬結(jié)核勘探合同區(qū)后,海試指揮部原定17日下午進(jìn)行首次試驗(yàn),但由于試驗(yàn)海區(qū)風(fēng)浪較大,無法滿足作業(yè)要求。海試現(xiàn)場(chǎng)總指揮經(jīng)請(qǐng)示“蛟龍”號(hào)海試領(lǐng)導(dǎo)小組,決定向南前進(jìn),最后選擇海況相對(duì)好的第三備選區(qū)。
第一次試潛
2011年7月21日凌晨3點(diǎn),中國(guó)載人深潛進(jìn)行5000米海試,“蛟龍?zhí)枴背晒ο聺摗=?jīng)過5個(gè)多小時(shí)的水下作業(yè),2011年7月21日8點(diǎn),“蛟龍?zhí)枴笔状紊顫搱A滿成功。此次乘坐“蛟龍?zhí)枴睗撍飨聺摰娜嚭絾T是崔維成、葉聰和楊波。
第二次試潛
2011年7月26日3點(diǎn)38分,第二次下潛試驗(yàn)任務(wù)正式開始。參加下潛任務(wù)的潛航員為葉聰、楊波、付文韜。
2011年7月26日4點(diǎn)46分,下潛深度達(dá)到2000米;
2011年7月26日5點(diǎn)40分,達(dá)到4072米;
2011年7月26日6點(diǎn)07分,成功突破5000米級(jí)水深大關(guān);
2011年7月26日6點(diǎn)17分,下潛至5057米水深;
2011年7月26日6點(diǎn)48分,潛器拋棄壓載鐵后開始上浮;
2011年7月26日9點(diǎn)30分,浮出水面,在第二次下潛試驗(yàn)中成功突破5000米水深大關(guān);
2011年7月26日10點(diǎn),回收至向陽紅09船,整個(gè)過程各項(xiàng)儀器指標(biāo)及通訊正常。
此次下潛試驗(yàn)完成了既定目標(biāo),最大下潛深度達(dá)到5057米,創(chuàng)造了中國(guó)載人深潛新的歷史。
整個(gè)過程歷時(shí)近6個(gè)小時(shí),潛航員在5000米水深時(shí)對(duì)潛器水下各項(xiàng)功能進(jìn)行了驗(yàn)證,多次進(jìn)行坐底試驗(yàn),同時(shí)拍攝到海底生物照片。此次下潛成功,為后續(xù)第三次下潛——開展海底觀測(cè)和取樣等水下作業(yè)奠定了良好基礎(chǔ)。
第三次試潛
2011年7月28日歷經(jīng)9小時(shí)14分,中國(guó)7000米蛟龍?zhí)栞d人潛水器順利完成5000米級(jí)海上試驗(yàn)第三次下水任務(wù),此次最大下潛深度5188米,再次創(chuàng)造中國(guó)載人深潛新紀(jì)錄,并進(jìn)行了坐底、海底照相、聲學(xué)測(cè)量、取樣等多項(xiàng)科學(xué)考察任務(wù),也創(chuàng)造了蛟龍?zhí)査凶鳂I(yè)最長(zhǎng)時(shí)間紀(jì)錄。此次下水,蛟龍?zhí)栻?yàn)證了大深度環(huán)境下的技術(shù)功能和性能指標(biāo),圓滿完成了科考和科學(xué)試驗(yàn)任務(wù)。
第四次試潛
2011年7月30日4時(shí)26分,“蛟龍?zhí)枴陛d人潛水器第四次“入水”;
2011年7月30日7時(shí)29分,“蛟龍?zhí)枴痹谏疃葹?182米的位置坐底,成功安放了中國(guó)大洋協(xié)會(huì)的標(biāo)志和一個(gè)木雕的中國(guó)龍。
2011年7月30日13時(shí)2分,蛟龍?zhí)栐谕瓿傻谒拇蜗聺摬⒃诤5撞挤拍镜竦闹袊?guó)龍后順利返回到“向陽紅09”母船,全程歷時(shí)8小時(shí)57分。
在這次下潛試驗(yàn)中,它還完成了海水、海底生物的提取以及錳結(jié)核的采樣。在“蛟龍?zhí)枴睅Щ氐挠涗涃Y料里,5000米深的大洋海底的錳結(jié)核畫面首度曝光。這些錳結(jié)核覆蓋在海底表面,含有錳、銅、鈷、鎳等30多種元素,100萬年時(shí)間才能形成幾毫米的大小。
第五次試潛
2011年8月1日在東北太平洋海域完成了5000米級(jí)海試第五次下潛科學(xué)考察和試驗(yàn)任務(wù),全程歷時(shí)8小時(shí)32分。完成了沉積物取樣、微生物取樣、標(biāo)志物布放等作業(yè)內(nèi)容,進(jìn)一步驗(yàn)證了載人潛水器在大深度條件下的作業(yè)性能及穩(wěn)定性。
此次下潛位于中國(guó)大洋協(xié)會(huì)多金屬結(jié)核勘探合同區(qū)內(nèi)。“蛟龍?zhí)枴陛d人潛水器于2011年8月1日3點(diǎn)準(zhǔn)備,2011年8月1日3點(diǎn)28分開始下潛,2011年8月1日12點(diǎn)潛航員順利出艙,全程歷時(shí)8小時(shí)32分。此次下潛最大深度5180米,完成了沉積物取樣、微生物取樣、熱液取樣器ICL功能測(cè)試、標(biāo)志物布放、6971通信測(cè)距等作業(yè)內(nèi)容,進(jìn)一步驗(yàn)證了潛水器在大深度條件下的作業(yè)性能及穩(wěn)定性。
返航儀式
2011年8月18日,“蛟龍?zhí)枴?000米級(jí)海試團(tuán)隊(duì)在完成歷時(shí)49天,航程1萬余海里的海試任務(wù)后,8月18日順利返回江蘇江陰蘇南國(guó)際碼頭。5000米級(jí)海試返航歡迎儀式在江蘇江陰舉行。
海試意義
深海是國(guó)際海洋科學(xué)技術(shù)的熱點(diǎn)領(lǐng)域,也是人類解決資源短缺、拓展生存發(fā)展空間的戰(zhàn)略必爭(zhēng)之地。無論是探索深海科學(xué)奧秘,還是開發(fā)海洋戰(zhàn)略資源,都離不開海洋高技術(shù)的支撐?!膀札垺碧?hào)載人潛水器5000米級(jí)海試成功,是中國(guó)海洋科技發(fā)展的又一個(gè)里程碑,是各有關(guān)部門、參試單位通力合作的典范。
通過本次海試,“蛟龍?zhí)枴陛d人潛水器各項(xiàng)指標(biāo)得到進(jìn)一步檢驗(yàn),實(shí)現(xiàn)了中國(guó)載人深潛新的突破,標(biāo)志著中國(guó)具備了到達(dá)全球70%以上海洋深處進(jìn)行作業(yè)的能力,極大增強(qiáng)了我國(guó)科技工作者進(jìn)軍深海大洋、探索海洋奧秘的信心和決心。







