大国重器——“蛟龙”号载人潜水器

“蛟龙”号载人潜水器是一艘由中国自行设计、自主集成研制的载人潜水器,也是863计划中的一个重大研究专项。2010年5月至7月,蛟龙号载人潜水器在中国南海中进行了多次下潜任务,最大下潜深度达到了7020米。

2002年科技部将深海载人潜水器研制列为国家高技术研究发展计划(863计划)重大专项,启动“蛟龙”号载人深潜器的自行设计、自主集成研制工作。2009年至2012年,接连取得1000米级、3000米级、5000米级和7000米级海试成功。2012年6月,在马里亚纳海沟创造了下潜7062米的中国乃至世界的载人深潜纪录。2014年12月18日,首次赴印度洋下潜。

2015年1月14日,在西南印度洋龙旂热液区执行印度洋科考首航段的最后一次下潜,这也是其在这个航段的第9次下潜。3月17日,搭乘“向阳红09”船停靠国家深海基地码头,正式安家青岛国家深海基地。

2016年5月22日,成功完成在雅浦海沟的最后一次科学应用下潜,最大下潜深度达6579米。

“蛟龙号”载人深潜器是我国首台自主设计、自主集成研制的作业型深海载人潜水器,设计最大下潜深度为7000米级,也是目前世界上下潜能力最强的作业型载人潜水器。“蛟龙号”可在占世界海洋面积99.8%的广阔海域中使用,对于我国开发利用深海的资源有着重要的意义。

中国是继美、法、俄、日之后世界上第五个掌握大深度载人深潜技术的国家。在全球载人潜水器中,“蛟龙号”属于第一梯队。目前全世界投入使用的各类载人潜水器约90艘,其中下潜深度超过1000米的仅有12艘,更深的潜水器数量更少,目前拥有6000米以上深度载人潜水器的国家包括中国、美国、日本、法国和俄罗斯。除中国外,其他4国的作业型载人潜水器最大工作深度为日本深潜器的6527米,因此“蛟龙号”载人潜水器在西太平洋的马里亚纳海沟海试成功到达7020米海底,创造了作业类载人潜水器新的世界纪录。

从2009年至2012年,蛟龙号接连取得1000米级、3000米级、5000米级和7000米级海试成功。下潜至7000米,说明蛟龙号载人潜水器集成技术的成熟,标志着我国深海潜水器成为海洋科学考察的前沿与制高点之一。

2012年6月27日11时47分,中国“蛟龙”再次刷新“中国深度”——下潜7062米。6月3日,“蛟龙”出征以来,已经连续书写了5个“中国深度”新纪录: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。下潜至7000米,标志着我国具备了载人到达全球99%以上海洋深处进行作业的能力,标志着“蛟龙”载人潜水器集成技术的成熟,标志着我国深海潜水器成为海洋科学考察的前沿与制高点之一,标志着中国海底载人科学研究和资源勘探能力达到国际领先水平。

2013年6月17日16时30分左右,中国“蛟龙”号载人潜水器从南海一冷泉区海底回到母船甲板上,三名下潜人员出舱,标志着“蛟龙”号首个试验性应用航次首次下潜任务顺利完成。

截至2018年11月,蛟龙号已成功下潜158次。

2月28日,“蛟龙”号载人潜水器在国家深海基地试验水池,进行了大修与技术升级后的第一个测试下潜。这标志着“蛟龙”号大修与技术升级全系统勘验、维修、系统升级、总装联调等陆上工作已经全部完成,正式进入一个了新的阶段。

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,在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”载人潜水器项目的组织实施,并会同中船重工集团公司七〇二所、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6年努力,完成了载人潜水器本体研水面支持系统的研制和试验母船的改造以及潜航员的选拔和培训,从而使“蛟龙号”具备了开展海上试验的技术条件。

应用领域

1、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进行机动、悬停、正确就位和定点坐坡,有效执行海洋地质、海洋地球物理、海洋地球化学、海洋地球环境和海洋生物等科学考察。

“蛟龙号”具备深海探矿、海底高精度地形测量、可疑物探测与捕获、深海生物考察等功能,可以开展:对多金属结核资源进行勘查,可对小区地形地貌进行精细测量,可定点获取结核样品、水样、沉积物样、生物样,可通过摄像、照相对多金属结核覆盖率、丰度等进行评价等;对多金属硫化物热液喷口进行温度测量,采集热液喷口周围的水样,并能保真储存热液水样等;对钴结壳资源的勘查,利用潜钻进行钻芯取样作业,测量钴结壳矿床的覆盖率和厚度等;可执行水下设备定点布放、海底电缆和管道的检测,完成其他深海探询及打捞等各种复杂作业。

“蛟龙号”长8.2米、宽3.0米高3.4米,空重不超过22吨,最大荷载是240公斤,最大速度为每小时25海里,巡航每小时1海里,当前最大下潜深度7062.68米,最大工作设计深度为7000米,理论上它的工作范围可覆盖全球99.8%海洋区域。

技术优势

1.在世界上同类型中具有最大下潜深度7000米,这意味着该潜水器可在占世界海洋面积99.8%的广阔海域使用;

2.具有针对作业目标稳定的悬停,这为该潜水器完成高精度作业任务提供了可靠保障;

3.具有先进的水声通信和海底微貌探测能力,可以高速传输图像和语音,探测海底的小目标;

4.配备多种高性能,确保载人潜水器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。

三大突破

近底自动航行和悬停定位、高速水声通信、充油银锌蓄电池容量被誉为“蛟龙”号的三大技术突破:

1.可稳稳“定住”

如同开车一样,驾驶员的脚总放在油门上,难免产生疲劳感。“蛟龙”号驾驶员是幸运的,它具备自动航行功能,驾驶员设定好方向后,可以放心进行观察和科研。

“蛟龙号”可以完成三种自动航行:自动定向航行,驾驶员设定方向后,“蛟龙号”可以自动航行,而不用担心跑偏;自动定高航行:这一功能可以让潜水器与海底保持一定高度,尽管海底山形起伏,自动定高功能可以让“蛟龙号”轻而易举地在复杂环境中航行,避免出现碰撞;自动定深功能,可以让“蛟龙号”保持与海面固定距离。

2.悬停定位

一旦在海底发现目标,“蛟龙号”不需要像大部分国外深潜器那样坐底作业,而是由驾驶员行驶到相应位置,“定住”位置,与目标保持固定的距离,方便机械手进行操作。在海底洋流等导致“蛟龙”号摇摆不定,机械手运动带动整个潜水器晃动等内外干扰下,能够做到精确地“悬停”令人称道。在已公开的消息中,尚未有国外深潜器具备类似功能。

3.深海通信靠“声”

陆地通信主要靠电磁波,速度可以达到光速。但这一利器到了水中却没了用武之地,电磁波在海水中只能深入几米。“蛟龙”号潜入深海数千米,为保持与母船保持联系,科学家们研发了具有世界先进水平的高速水声通信技术,采用声纳通信。这一技术需要解决多项难题,比如水声传播速度只有每秒1500米左右,如果是7000米深度的话,喊一句话往来需要近10秒,声音延迟很大;声学传输的带宽也极其有限,传输速率很低;此外,声音在不均匀物体中的传播效果不理想,而海水密度大小不同,温度高低不同,海底回波条件也不同,加上母船和深潜器上的噪音,如何在复杂环境中有效提取信号难上加难。

海试工作

3000米级海试

2009年8月开始,“蛟龙号”载人深潜器先后组织开展1000米级和3000米级海试工作。2010年5月31日-7月18日,“蛟龙号”载人潜水器在中国南海3000米级海上试验中取得巨大成功,共完成17次下潜,其中7次穿越2000米深度,4次突破3000米,最大下潜深度达到3759米,超过全球海洋平均深度3682米,并创造水下和海底作业9小时零3分的记录,验证了“蛟龙号”载人潜水器在3000米级水深的各项性能和功能指标。

5000米级海试

5000米级海试是国家高技术研究发展计划(863计划)海洋技术领域的重点任务,由科技部委托、原国家海洋局组织、中国大洋协会具体实施,旨在检验和考核“蛟龙号”载人潜水器3000米级海试后技术改进的效果,以及其在5000米级深度的安全性能和作业能力,为开展更大深度海试和未来实际应用奠定基础。

共有来自13家单位的96名科研人员参加了海试任务。海试期间,全体队员在位于东太平洋的E1、E2、E3三个试验海区共完成5次下潜作业,共有8人完成15人次下潜,下潜深度分别为4027、5057、5188、5184和5180米。潜水器在海底完成多次坐底试验,并在中国大洋协会多金属结核勘探合同区开展海底照相、摄像、海底地形地貌测量、海洋环境参数测量、海底定点取样等作业试验与应用,完成了各项实验任务。

该合同区为“蛟龙”号冲击5000米深度的首选海域。7月16日抵达东北太平洋多金属结核勘探合同区后,海试指挥部原定17日下午进行首次试验,但由于试验海区风浪较大,无法满足作业要求。海试现场总指挥经请示“蛟龙”号海试领导小组,决定向南前进,最后选择海况相对好的第三备选区。

第一次试潜

2011年7月21日凌晨3点,中国载人深潜进行5000米海试,“蛟龙号”成功下潜。经过5个多小时的水下作业,2011年7月21日8点,“蛟龙号”首次深潜圆满成功。此次乘坐“蛟龙号”潜水器下潜的三名试航员是崔维成、叶聪和杨波。

第二次试潜

2011年7月26日3点38分,第二次下潜试验任务正式开始。参加下潜任务的潜航员为叶聪、杨波、付文韬。

2011年7月26日4点46分,下潜深度达到2000米;

2011年7月26日5点40分,达到4072米;

2011年7月26日6点07分,成功突破5000米级水深大关;

2011年7月26日6点17分,下潜至5057米水深;

2011年7月26日6点48分,潜器抛弃压载铁后开始上浮;

2011年7月26日9点30分,浮出水面,在第二次下潜试验中成功突破5000米水深大关;

2011年7月26日10点,回收至向阳红09船,整个过程各项仪器指标及通讯正常。

此次下潜试验完成了既定目标,最大下潜深度达到5057米,创造了中国载人深潜新的历史。

整个过程历时近6个小时,潜航员在5000米水深时对潜器水下各项功能进行了验证,多次进行坐底试验,同时拍摄到海底生物照片。此次下潜成功,为后续第三次下潜——开展海底观测和取样等水下作业奠定了良好基础。

第三次试潜

第四次试潜

2011年7月30日4时26分,“蛟龙号”载人潜水器第四次“入水”;

2011年7月30日7时29分,“蛟龙号”在深度为5182米的位置坐底,成功安放了中国大洋协会的标志和一个木雕的中国龙。

2011年7月30日13时2分,蛟龙号在完成第四次下潜并在海底布放木雕的中国龙后顺利返回到“向阳红09”母船,全程历时8小时57分。

第五次试潜

2011年8月1日在东北太平洋海域完成了5000米级海试第五次下潜科学考察和试验任务,全程历时8小时32分。完成了沉积物取样、微生物取样、标志物布放等作业内容,进一步验证了载人潜水器在大深度条件下的作业性能及稳定性。

此次下潜位于中国大洋协会多金属结核勘探合同区内。“蛟龙号”载人潜水器于2011年8月1日3点准备,2011年8月1日3点28分开始下潜,2011年8月1日12点潜航员顺利出舱,全程历时8小时32分。此次下潜最大深度5180米,完成了沉积物取样、微生物取样、热液取样器ICL功能测试、标志物布放、6971通信测距等作业内容,进一步验证了潜水器在大深度条件下的作业性能及稳定性。

返航仪式

2011年8月18日,“蛟龙号”5000米级海试团队在完成历时49天,航程1万余海里的海试任务后,8月18日顺利返回江苏江阴苏南国际码头。5000米级海试返航欢迎仪式在江苏江阴举行。

海试意义

深海是国际海洋科学技术的热点领域,也是人类解决资源短缺、拓展生存发展空间的战略必争之地。无论是探索深海科学奥秘,还是开发海洋战略资源,都离不开海洋高技术的支撑。“蛟龙”号载人潜水器5000米级海试成功,是中国海洋科技发展的又一个里程碑,是各有关部门、参试单位通力合作的典范。

通过本次海试,“蛟龙号”载人潜水器各项指标得到进一步检验,实现了中国载人深潜新的突破,标志着中国具备了到达全球70%以上海洋深处进行作业的能力,极大增强了我国科技工作者进军深海大洋、探索海洋奥秘的信心和决心。

THE END
1.在1960年美国就深潜一万米,但我国的奋斗者号更是带回了四大宝贝此外,海洋深处还拥有许多未开发的资源,例如油气、海洋矿产等,这些资源的开发有望为人类社会带来巨大的经济效益。最近,中国的“奋斗者号”深潜器成功下潜到10909米,成为世界上第一艘成功取得深海样本的载人潜水器。这次下潜不仅仅是对海洋深处的探索,更是对海洋科学技术的一次巨大突破。中国已经成为了全球仅次于美国https://baijiahao.baidu.com/s?id=1781609095836444372&wfr=spider&for=pc
2.记录深海探索的壮阔历程——读高仲泰的《深潜:中国深海载人潜水器从“蛟龙”号到“深海勇士”号再到“奋斗者”号,我国载人深潜事业蓬勃发展,不断刷新世界同类作业型潜水器最大下潜深度,并且首创覆盖全海深环境的载人深潜技术体系,取得了举世瞩目的成绩。高仲泰《深潜:中国深海载人潜水器研发纪实》(以下简称《深潜》)(译林出版社出版)一书,讲述的正是跨越30年中国潜水器和载人深潜器http://www.xzrbw.cn/info/2165/346008.htm
3.科普文学作品《深潜:中国深海载人潜水器研发纪实》出版西安新闻网讯 近日,译林出版社推出了有关我国载人潜水器研发题材的首部科普文学作品《深潜:中国深海载人潜水器研发纪实》。 该书讲述了我国深海载人潜水器从立项、设计、研制到海试的历程,记录了“蛟龙”号、“深海勇士”号、“奋斗者”号接连创造世界同类作业型潜水器最大下潜深度的重大时刻,突出塑造了科研团队的群像https://www.xiancn.com/content/2023-01/09/content_6672049.htm
4.他用30万字揭秘中国“深潜”之路近日,无锡作家高仲泰的长篇报告文学《深潜:中国深海载人潜水器研发纪实》由译林出版社出版。全书约30万字,记录了我国载人深潜技术的发展之路,记述了从“蛟龙”号、“深海勇士”号到“奋斗者”号,研发团队研制深海载人潜水器的艰难历程,重塑深潜英雄的内心世界与成长之路。该书入选中宣部2022年主题出版重点出版物。 https://www.wxrb.com/doc/2022/12/30/234218.shtml
5.载人潜水器——面向深海科考和海洋资源开发利用的“国之重器【摘要】:"奋斗者"号载人潜水器的成功研制及良好应用显著提升了我国载人深潜的装备研发能力和自主创新水平,为加快建设海洋强国作出了突出贡献。21世纪是"海洋的世纪",海洋蕴含的丰富资源是支持人类持续发展的宝贵财富。开发和利用海洋资源成为各国发展的必然趋势,但是面向深海的资源开发需要更加专业化的科考装备。为此,https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTotal-KYYX202105015.htm
6.中国载人深潜“蛟龙”号研发历程深潜:中国深海载人潜水器研发纪实 作者:高仲泰 ISBN:9787544793834 出版社:译林出版社 出版年:2022 蛟龙号载人潜水器的故障及处理方法 作者:崔维成编著 ISBN:9787313151650 出版社:上海交通大学出版社 出版年:2017 中国学科发展战略, 载人深空探测 作者:中国科学院 ISBN:9787030501097 出版社:科学出版社 出版年:https://www.las.ac.cn/front/book/detail?id=e66e48bdb348833e87251f21ddcf735c
7.走进深蓝一图了解我国载人潜水器发展历程从百米浅海到万米深海,中国载人深潜事业劈风斩浪的几十年,我国先后突破了多项核心深潜技术。 一图了解我国载人潜水器发展历程,感受一代代深潜人“严谨求实、团结协作、拼搏奉献、勇攀高峰”的中国载人深潜精神。 经略海洋 | 走进深蓝 公共频道 每周六 21:10https://weibo.com/ttarticle/p/show?id=2309404578100078838073
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9.专题海洋防腐新材料之黑科技一览2 深海潜水器 作为我国“863”计划重大专项,由中国船舶重工集团公司 702 研究所研制成功的7000米潜水器长8米、高3.4米、宽 3 米,用特殊的钛合金材料制成,在7000 米的深海能承受 710 吨的重压,运用了当前世界上最先进的高新技术,实现载体性能和作业要求的一体化;钛合金载人球壳是深潜器的最特殊和重要的部分,http://www.corrdata.org.cn/dhTJDAOHANG/xinxiziyuan/kepuqikan/2018-02-07/3328.html