据透露,《奋斗》核心组件的国产化率在96.5%以上。当中国进入万米深海时代,中国的深海科研也将同步进入“无人区”。
半个小时成功“大海捞针”,一万米海底很精彩
“亲爱的观众们,一万米的海底太奇妙了。我希望我们能通过‘斯特鲁格勒’的照片向你展示一万米的海底。”2020年11月10日8时12分,当奋进号成功降落在世界最深的马里亚纳海沟时,三名潜艇艇员第一次通过水声通信系统与全国观众分享了他们的感受。
作为奋进号和发现号母船之间唯一的通信桥梁,这种先进的水声通信系统将万米深渊的景色和声音带到了地球表面,实现了水下航行器向海面母船实时传输文本、语音和图像。中国科学院声学研究所研究员朱民带领的团队,负责全海深水声通信机、地形地貌探测声纳、多波束前视声纳、多普勒测速仪、防撞声纳以及定位声纳和惯性导航设备的系统集成的自主研发。
与前两代载人潜水器“蛟龙”和“深海勇士”相比,“奋斗”的声学系统已经完全国产化,突破了全水深的难点,具有更高的技术指标,为全水深连续巡航作业提供了可靠的技术支持。
“这个声学系统是国家‘十三五’规划的重点研发设备。在潜入马里亚纳海沟的过程中,它在通信、探测、定位和导航方面发挥了重要作用。”这一次,中国科学院声学研究所的高级工程师刘和“奋斗者”一起坐在马里亚纳海沟里。他介绍说,通过前置成像声纳,潜艇可以观察到视线以外的海底,准确找到100米外的作业目标,为安全航行带来了有力保障。
综合导航系统集成了声学多普勒测速仪、定位声纳和惯性导航设备,为奋进号的巡航作业提供高精度的水下定位和导航。在11月16日的下潜行动中,奋进号潜艇借助组合导航系统和声纳设备,仅用半小时时间就成功回收了放置在一万米海底的三个水下采样器,成功实现了“海底找针”,并通过水声通信机将采样图片传回母船。
从理论上突破,打造“世界载人潜水舱中的劳斯莱斯”
载人舱室是人类进入万米深海的硬件保障和安全屏障,也标志着一个国家载人潜水器的技术水平。奋进号一万米载人深潜舱可容纳三艘潜艇!这种宽敞程度堪称“世界载人潜水舱内的劳斯莱斯”。此前,日本、美国等万米载人潜水器最多可搭载两人。
多载一个人意味着载人舱的球体直径会增加很多。一万米的深海压力高达110 MPa,相当于2000头非洲象踩在一个人的背上。可以看出,球罐面积的每一次增加都会使压力成倍增加,最终将球体压碎。
联合国和中国科学院冶金研究所的许多企业和研究机构成立了一个“国家队”,开发全海深钛合金载人舱。团队从解决钛合金的一些基础科学问题入手,克服了载人舱的材料、成型、焊接等一系列关键技术瓶颈,实现了从“国产化”到“国产化创造”的创新水平过渡。
从2013年开始,团队开始努力想在载人舱的材料上找到突破。2014年春节,剑桥大学学生十几年前发表的一篇论文让杨锐豁然开朗:消除钛合金材料中的有害相,可以让高强度钛合金变得坚韧!
因此,团队立即
一万米深,很难安全下潜,更难安全返航。固体浮力块是深潜器重返海面的关键。随着深潜器进入10000米的深度,浮力块首先必须能够承受巨大的压力。但是为了减小体积,获得最大浮力,浮力材料的密度越低越好。但需要具有低密度和高抗水压性能,这已成为克服固体浮力材料的核心技术问题。
以中国科学院理化技术研究所为首,在前期多年技术积累的基础上,科研人员在短时间内研制出高强度中空玻璃微球作为固体浮力材料的核心材料,实现了我国浮力材料研究的重大突破。“由于研究单位分布在北京、海南、湖北等地,材料运输和配套工作量很大,整个团队几乎走遍了全国。”中科院理化所研究员张京杰表示,由于开发时间紧张,团队无法等到所有外部建筑完工,只能尽力创造外部条件满足测试要求。“测试车间连门窗都没有,阳光直射会影响浮力块试件的性能,所以我们用布把孔封住,带了很多冰块,保证测试温度。”
采用具有自主知识产权的软化学制备技术,采用紧密包装堆叠技术结合轻质高强树脂基材,科研团队制备了1万米高安全系数固体浮力材料,并进行批量生产。此后,联合国的上级科研生产力量对浮力材料进行了模拟深海高压下的性能评估和大型部件的粘接加工。
为了促进固体浮力材料的可持续发展,在基础研究方面,理化所组织开展了浮力材料相关基础科学问题的研究。张敬杰说,到了这一步,没有现成的文献和经验可以借鉴,只能从基础研究中寻求突破。当中国进入万米深海时代,中国的深海科研也将同时进入深海勘探“无人区”。
[编辑:陈海峰]
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