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為一道焊縫,就要忙活八九個月 研發團隊接受揚子晚報記者專訪,揭秘“奮鬥者”號深海巡航的背後故事

科學 揚眼

1個多月時間,累計完成13次下潛,其中8次突破萬米。10909米的紀錄,讓人類在大深度載人深潛領域有了新座標。“奮鬥者”號全海深載人潛水器讓全世界看到了中國的載人深潛的實力。而在這項榮光背後,“奮鬥者”號又有怎樣的故事呢?揚子晚報/紫牛新聞記者昨日走進位於無錫的中國船舶七〇二所一探究竟。 揚子晚報/紫牛新聞記者 張建波

為一道焊縫,就要忙活八九個月 研發團隊接受揚子晚報記者專訪,揭秘“奮鬥者”號深海巡航的背後故事

深潛10909米!

11月10日清晨,載有3名潛航員的“奮鬥者”號從“探索一號”母船機庫緩緩推出,被穩穩起吊布放入水,近4小時後,“奮鬥者”號成功坐底,下潛深度達10909米,創造了中國載人深潛新紀錄,達到世界領先水平。

11月28日8時30分許,一陣汽笛聲響,“奮鬥者”號完成第二階段海試,勝利返航。

探秘“地球第四極”

馬裡亞納海溝被稱為“地球第四極”,水壓高、完全黑暗,是地球上環境最惡劣的區域之一,其最深處約11000米,相當於珠穆朗瑪峰疊加華山的海拔高度。

“奮鬥者”號讓中國到達了全球深海裝備和技術的制高點,中國人也首次來到了這個“人比到達過月球的人還要少”的地球深淵。

為一道焊縫,就要忙活八九個月 研發團隊接受揚子晚報記者專訪,揭秘“奮鬥者”號深海巡航的背後故事

【“奮鬥者”號的成長手冊】

A、近百家單位近5年研製,最關鍵組件在無錫安裝

“奮鬥者”號作為中國擁有自主知識產權的全海深載人潛水器,由中國船舶七〇二所牽頭,近百家科研院所、高校、企業的近千名科研人員,經過艱苦攻關,歷時4年多研製完成。其中,無錫市作為中國船舶七〇二所的駐地城市,就有近30家企業和科研單位參與。據介紹。“奮鬥者”號最核心的載人艙由兩個半球焊接而成,半球球殼的一體衝壓、將半球焊成一個整體等工作,都是由無錫本地企業完成的。同時,焊接完成後,要對焊縫部位進行殘餘應力檢測和無損探傷等,確保焊接能達到要求,敲定“合格章”的機構也是無錫的。

與此前的“蛟龍”號、“深海勇士”號一樣,“奮鬥者”號的關鍵組件也是在無錫安裝完成的。作為製造業強市,無錫一直是中國載人深潛器研製、建造和載人深潛事業的積極參與者和主力軍。“三臺潛水器都誕生在無錫,無錫市、濱湖區領導都特別關注。”難得的是,“奮鬥者”號的幕後團隊是一群平均年齡30多歲的年輕人。“從‘蛟龍’到‘深海勇士’再到‘奮鬥者’,經歷了20年,始終是老同志支撐,年輕人在第一線,不斷更新我們的技術,創新我們的成果。”中國船舶七〇二所副所長、“奮鬥者”號總設計師葉聰稱。

為一道焊縫,就要忙活八九個月 研發團隊接受揚子晚報記者專訪,揭秘“奮鬥者”號深海巡航的背後故事

B、為一道焊縫忙活八九個月,確保載人艙安全

圓球形的載人艙的安全可靠,是“奮鬥者”號的頭等大事。

最初,適合萬米深海超高壓(標準大氣壓的1100多倍)、低溫(0℃-2℃)環境特點的載人艙球殼的選材並不好找,當時所有的鈦合金材料均無法滿足要求。而當材料找到並完成半球衝壓後,另一個棘手的問題出現了:焊接工藝能行嗎?焊縫到底能不能過關?

載人艙的選材決定了其焊接工藝要求極高、難度極大。根據“慣例”,當初團隊準備了兩對半圓形球殼,用於製作載人艙。但首次焊接後的焊縫無損探傷發現,焊縫部位的承壓性能達不到要求,“要求焊縫處的性能必須和其他完整部位一致,否則就是事關安全的大問題。”問題很快被查了出來,癥結是在工藝上。

團隊認為,沒有問題是解決不了的,得“摸著石頭過河”。重新驗證,改進工藝,經過八九個月的努力,終於突破了高強高韌鈦合金材料的特殊焊接工藝,在世界上首次應用此類技術一次性成功完成半球赤道縫焊接,焊接質量滿足技術指標要求。最終,通過在另一個球殼上的操作,順利達到了安全性能要求。

C、新型固體浮力材料保障“快上快下”

相比“深海勇士”號,“奮鬥者”號的海底作業時間延長了一倍,達到了6個小時。雖然與“蛟龍”號時間相當,但作業效率大大提升。這一切,得益於“奮鬥者”號實現了“快上快下”。

而這,首先歸功於一種新型固體浮力材料。研製團隊認為,萬米載人潛水器不僅要潛得深,還要能安全上得來。在超高壓環境下,需採用可抵抗萬米海深壓力的新型固體浮力材料。一款滿足萬米深海超高壓條件下高強度、低密度的固體浮力材料標準塊,幫了大忙。同時,由於系統性解決了浮力材料粘接過程中的特殊控制工藝等難題,“奮鬥者”號實現了增大有效載荷、減少外形尺寸的設計目標,為“快上快下”打下了基礎。

此外,還要歸功於一款百千瓦時級的“全海深鋰電池組”。針對“奮鬥者”號在萬米海深環境長時間工作,中國自主研發的該電池組大幅度提高了潛水器的水下作業時間。

【深海世界“妙不可言”】

專為“深淵”定製

親身感受深海的震撼

在這次海試期間,當接受央視採訪時,海試團隊成員說了一句“萬米深淵,妙不可言”。“這次,中國人第一次親身感受萬米下海底帶給我們的震撼。”一位團隊成員說,每個人內心都非常激動,因為這是中國人自主設計並突破各項技術,達到了這樣的狀態。

為了此次要去的萬米“深淵”,“奮鬥者”號也是做足了準備。據介紹,萬米“深淵”區域大部分都是海溝,溝的兩側都是特殊的生物、不同的地形存在,等等,既“妙不可言”,也意味著複雜的環境。在項目剛開始時,針對“深淵”的環境特點,包括壓力參數、海水密度、水溫、鹽度等研製團隊都做了充分的數據分析。在這個基礎之上,確定了潛水器的設計參數,之後依據參數指導著各個設施組件的準備、打造,“像電池,我們要針對性考慮低溫環境、高壓等情況,很多的設計就是專門用於這個極限深度這個挑戰。”

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為一道焊縫,就要忙活八九個月 研發團隊接受揚子晚報記者專訪,揭秘“奮鬥者”號深海巡航的背後故事

越來越“舒適”

從帶乾糧到吃上蛋炒飯

“總體上來說,駕駛室的空間還是那麼大,但是舒適度已經非常高了。”作為團隊中的長者,“深海勇士”號總設計師、“奮鬥者”號副總設計師胡震告訴記者,作為三臺潛水器的老總,他介紹,通過對載人艙的系統改造和優化,作業人員在操作時更加便捷和舒適。具體包括,對座椅角度進行了調整,讓作業人員的坐姿更舒服。同時,對室內的“裝修色彩”進行調整,緩解長時間作業帶來的疲勞感。“特別是人機交互系統的重新佈局、優化,大大便利了各項作業,使得深海作業也能狀態輕鬆。以前下海帶著乾糧,比如麵包、水果,現在可以吃上蛋炒飯和炒麵了。”此外,另一大幹擾——噪音也得以大大降低,基本影響不到正常工作。

又“堅強”又“嬌氣”

艙蓋連沾染灰塵都不行

儘管此次海試中也遭遇了颱風等惡劣天氣,所去的地方也是極其複雜的環境,但總體上,“奮鬥者”號表現很棒,出現了一些小的故障,都很快解決了。這主要得益於“奮鬥者”號的設計,加入了“故障隔離”的理念——對不影響整個任務大局的小毛病,可以做到“防火牆”一般的隔離處置。

實際上,“奮鬥者”號也有“嬌氣”的一面。比如載人艙的艙蓋就很“金貴”。艙蓋是載人艙唯一的活動區域,如果密封出問題,必然帶來可怕的災難。為此,團隊的每個成員進出都很小心,就算是布質的帽子都不能磕碰到,“艙蓋都是仔仔細細地擦乾淨,生怕沾染的一粒灰塵影響到密封性。”

【背景資料】

2012年,7000米級“蛟龍”號載人潛水器問世,創當時同類載人潛水器下潛深度7062米的世界紀錄

2017年,4500米級“深海勇士”號載人潛水器獲得突破,實現“關鍵技術自主化、關鍵設備國產化”

2020年7月起,“奮鬥者”號累計完成30次下潛,其中8次突破萬米

●海試呈現“加速度”

“蛟龍”號從立項到海試用了10年“,深海勇士”號用了8年“,奮鬥者”號用了4年。

●國產化率超96.5%

根據國家相關規定測算,“奮鬥者”號國產化率超過96.5%,更重要的是,實現了由集成創新向自主創新的歷史性跨越。

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