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【中国蛟龙号】探秘蛟龙号 中国的深海藏宝图

来源:知识百科 时间:2019-04-12 点击: 推荐访问:海盗藏宝图

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本刊记者进入蛟龙号探秘   蛟龙号为中国绘制一份深海藏宝图   “新蛟龙”:4500米版瞄准市场,1.1万米版引进民资
  与浩瀚的星空相比,深邃的海洋似乎是人类更易触及的资源宝藏。未来的全球资源竞争,将会在占地球表面积71%、总水量97%的这片蓝色海洋上蔓延开来。
  2012年6月27日11时47分,蛟龙号载人潜水器再次刷新“中国深度”——下潜7062米,这标志着中国具备了载人到达全球99.8%以上海洋深处进行作业的能力。2013年6—9月,蛟龙号开启首次试验性应用航次,成功带着多位科学家完成多次下潜任务。
  蛟龙号已经成为中国经略深海远洋的先行官,它引领着我国建造广东快乐十分选二计划先进的装备,去探索深海远洋,寻找水、深海生物、矿物等那些珍贵的甚至是未知的资源。
  蛟龙号成功之后,我国载人潜水器研制开始向两个方面发展:一是4500米级的潜水器,其具有更广泛的科学应用市场,可以满足绝大多数科学家的科考需求,并将实现90%的国产化率;二是在我国尚属研制空白、但技术要求更高的11000米全海深的第三代载人潜水器,其对整个海工装备的提升和获得国际合作时平等的价格都至关重要。
  在吸金能力方面,前者瞄准的就是市场需求,而后者已经显现出商业运作的潜力,并将吸纳巨量的民间资本进入海工领域。
  为了实现海洋强国,一大批科研学者、企业家已经意识到,经略海洋要提前出发、超前谋划,这就要求中国的深海技术能早日成熟起来。
  蛟龙号研发团队中国船舶重工集团公司第702研究所所长翁震平说:“什么叫海洋强国?一个‘深’字,一个‘远’字。在深海和远洋能灵活自如地运用我们的力量,就是强国。”
  为中国绘制一份深海藏宝图
  在全球陆地资源愈发紧张的大背景下,越来越多的国家开始把目光投向海洋,被誉为21世纪最具商业开发前景的战略资源——“可燃冰”进入了人们的视线。以可燃冰为出发点,深海宝藏正慢慢揭开它神秘的面纱。
  如今,蛟龙号已在中国南海、东太平洋、西北太平洋等海域执行过73次下潜任务,进行多次科研作业,而其中一项重要任务就是重点考察“冷泉”(可燃冰的海底出口),并以此为起点,让越来越多的“蛟龙”到海洋的更远更深处探秘,绘制一幅深海的藏宝图。
  可燃冰争夺战
  天然气水合物(Natural Gas Hydrate),因其外观像冰一样且遇火即可燃烧,所以又被称作“可燃冰”(Combustible ice)、“固体瓦斯”。
  在可燃冰开采方面,美国、日本和德国等国走在了世界前列。这其中,本土能源资源匮乏的日本尤为积极。2013年3月,日本在全球首次实现海底开采可燃冰,并用特殊的技术把可燃冰转换成甲烷气体。
  据公开数据整理,迄今为止,在世界各地的海洋及大陆地层中,已探明的可燃冰储量超过16.7万亿吨油当量,相当于全球煤、石油、天然气、页岩气等传统化石能源探明储量的2倍以上,够人类使用1000年。
  可燃冰比人们平时使用的天然气更为纯净、清洁、无污染。在标准状况下,1单位体积的可燃冰分解后,最多可产生164单位体积的甲烷气体,其燃烧产生的能量比煤、石油、天然气多出数十倍,被称为低碳社会的理想能源。
  参与共同实施开采的日本石油天然气和金属矿物资源机构(JOGMEC)表示,已探明的可燃冰储量可向日本提供“下一代清洁能源”,足以满足日本100年的天然气需求。日本政府计划在2018年前开发出可燃冰商业利用的技术。
  日本成功开采可燃冰的消息,迫使世界各主要经济体加快了对可燃冰开采研发的脚步。
  不仅是欧美等发达国家,一些发展中国家对此也早有对策。早在1995年,印度地质调查局就对其海域进行了有关可燃冰的地质、地球化学和地震资料的初查与复查。在此基础上,印度科学和工业委员会设立“全国气水合物研究计划”,计划在1996—2000年由国家投资5600万美元对其周边海域的可燃冰进行前期调查研究。
  日前,印度能源管理局官员透露,该国已在东海岸的孟加拉湾发现了可燃冰,并计划于近期在该地区开挖钻井,进行试验性生产,以确定相关资源的储藏规模。 据印度能源管理局初步估计,印度可燃冰中储藏的天然气足以支持该国100年的需求。
  经略深海还是要靠自己、早谋划
  然而,各国都将可燃冰开采方面的技术视为高度机密。在中美第二次战略经济对话签署的能源合作协议中,尽管双方同意在清洁能源技术方面展开广泛合作,但是可燃冰开采方面的技术合作却被排除在外。
  据悉,目前我国可燃冰开发的重点还是前期的基础研究,已形成由国家调查专项、国家“863”计划项目、“973”项目及中国石油、中国石化、中国海油三大石油公司的勘察项目组成的勘察投入体系,商业化开采的时间表被普遍认为是2030年。
  2013年12月12日,央视财经论坛现场,参与蛟龙号研制的中国船舶重工集团公司第702研究所所长翁震平告诉《中国经济周刊》,人类对海洋的认知远没有对太空的认知那么深,以海底的可燃冰为例,这种清洁能源要靠深海装备去勘探、发现、开采、运输。
  今年6月,蛟龙号的首站南海,最主要的任务就是在国内海洋油气资源最发达的区域绘制一份海底“藏油图”。据悉,国内目前对南海的定位是“2020年的另一个深水大庆”。届时,南海深水区将建成年产4000万~5000万吨油当量能力,相当于大庆油田的年产油量。
  据2011年的研究估算,我国已探明的可燃冰储量也相当可观,初步探明的可燃冰资源蕴藏量已超过438亿吨油当量。而在今年12月17日,国土资源部召开新闻发布会介绍2013年中国海域可燃冰勘探成果时,与会专家表示,仅南海地区可燃冰的储量预计就能达到680亿吨油当量。国土资源部官员还表示,可燃冰有望接棒石油等传统能源,中国商业开发或在2030年,这就对深海装备提出了更高的要求。   除可燃冰之外,中国的南海还蕴藏着大量的油气资源,同样需要深海装备去勘探、开采。“蛟龙号的研制成功,既是我国现在建设海洋强国走出的一小步,同时也引领着我国建造广东快乐十分选二计划先进的深海装备。”翁震平说。
  翁震平一直在为可燃冰的开采利用而努力。早在今年国家海洋局在江苏召开的“建设海洋强国座谈会”上,他就建议,由江苏牵头成立可燃冰开采公司,形成一个从开采到运输、销售的整个产业链。“这件事,必须要超前谋划,要快做。日本花了20多年的时间来研究可燃冰,美国人对于页岩气从基础研究到商业化开采也用了20多年。创新不是一朝一夕的事,需要长期不懈的坚持。”
  海洋强国:深+远
  蛟龙号探索海洋的一小步,将引领我国在经略海洋方面迈出一大步。蛟龙号副总设计师、702所水下工程研究设计室主任胡震向《中国经济周刊》表示,对海洋的勘探开发,特别是深海生物、生物基因的研究转变成药物,其实已经进入百姓生活,只是感觉不到。而且,探索海洋资源可以为百姓生活的发展提供广东快乐十分选二计划的食物、水、矿产等资源。
  今年,日本海洋开发机构与东京大学组成的科研小组宣布,已成功发现日本南鸟岛附近海域的海底泥层中含有高浓度稀土。据称,这些稀土的浓度最高达0.6%,约是中国稀土矿石的20倍,其总量可供日本国内消费230年。
  用于生产高科技电子产品和武器系统的稀土,是一种战略金属。近年来,稀土矿物市场紧缺,而最大的稀土消费国之一日本一直在寻找其替代品。学者对深海稀土庞大储量的研究,令日本上下为之振奋。
  深海采矿还不止于稀土,还包括石油、天然气,煤、铁、铜等固体矿产,海底裂谷喷出的高温岩浆冷却沉积形成的热液矿藏,多金属结核和富钴锰结壳,以及可燃冰。
  不过,以目前的技术水平,深海采矿耗费太高,有学者甚至指出,深海采矿就像是上月球采矿那么难,商业化则更遥远。
  但凡事预则立,不预则废。技术演进需要时间,资源战略竞争却不等人。“什么叫海洋强国?一个‘深’字,一个‘远’字。在深海和远洋能灵活自如地运用我们的力量,就是强国。”翁震平说。
  零距离探“蛟龙”
  “清晨,海风微微,细波粼粼。我又一次爬上脚手架,细细检查每一个设备。每一次触摸潜水器,我都像抚摸自己的孩子,关切中带着期待。我深深了解潜水器上每一条脉络,每一条脉络上流动着的激情,我知道它不会让我失望。”这段海试日记出自蛟龙号副总设计师胡震之手。对于蛟龙号,所有工作人员都投入了太多的感情与心血。
  2013年12月12日,央视第十四届中国经济年度人物颁奖盛典,蛟龙号载人潜水器团队荣获创新奖。站在颁奖台上,已经77岁高龄的蛟龙号总设计师徐芑南向所有支持蛟龙号研发的科研人员以及他们的家属致谢。
  10年研制刷新世界纪录
  2002年,因为一个电话,徐芑南从美国回国,被任命为7000米级载人深海潜水器总设计师。当年,他66岁,身患心脏病、高血压,还有偏头痛,一只眼睛已仅存光感。“我一思考潜水器的问题,头就不疼,不思考就疼。接下这个任务,让我感觉舒坦。”徐芑南说。
  蛟龙号副总设计师、中国船舶重工集团公司第702研究所(下称“702所”)水下工程研究设计室主任胡震告诉《中国经济周刊》,2002年项目立项之初,蛟龙号团队老中青三代人团结协作,突破了超大潜深结构设计和密封技术等大量关键性技术,填补了国内空白,具备了世界先进技术水平。“那时候,研究所里的灯都是彻夜点亮。”
  与已经达到万米深度的无人潜水器和一次性的探险型载人潜水器相比,进行深海科研的作业类载人潜水器的技术要求更高。
  在团队的努力下,从2002年科技部蛟龙号立项,到2012年6月27日蛟龙号到达西太平洋马里亚纳海沟7062米海底,仅用了10年时间,蛟龙号便刷新了作业类载人潜水器下潜深度的世界纪录。此前同类潜水器下潜深度的保持者是日本的“深海6500号”,它于1989年8月潜入海底6527米。
  徐芑南介绍,根据进行海底资源和科学调查研究的目标需求,蛟龙号的球壳直径是2.1米,一次可容纳三个人。具备海底巡航和强大的悬停能力,可以沿着海底的平原、山坡和热液喷口进行调查活动。同时,蛟龙号还要进行海底作业,把设备放到海底,又把海底的样品取回来,这需要潜水器具备良好的平衡控制能力。
  2013年12月5日,《中国经济周刊》记者来到位于江苏无锡的702所,在蛟龙号维护车间看到了今年夏季成功完成了为期100余天试验性应用航次的蛟龙号。登上距地10余米高的脚手架,进入蛟龙号驾驶舱,记者看到,封闭的球体内部各种操作平台整齐有序。
  蛟龙号的球体载人舱使用高强度钛合金材料,在俄罗斯加工制成,该球体内直径2.1米,巨大的海水压力全靠它承担。在同级别、同类型潜水器中间,蛟龙号的载人舱空间已经是最大的。当然,壳体也可以再增大,可以在舱内增加广东快乐十分选二计划的设备,人员也更加舒适,但是如果要保持相同的作业深度,就必须加大壳体厚度,这样会带来指数级的重量增加,所以还是有一定限制的。
  据胡震介绍,蛟龙号针对作业目标稳定的悬停定位能力,可以保证潜水器在需要停留的深度进行高精度作业。此外,蛟龙号还具备先进的水声通信和海底微地形地貌探测、高速传输图像和语音、探测海底小目标的能力。
  “千里传音”看似简单,但实际有许多难题需要攻克。蛟龙号首席潜航员、702所水下工程研究设计室副主任叶聪,是蛟龙号总布置系统的主任设计师,也参与、主持了蛟龙号研发过程中的多项设计工作,他告诉《中国经济周刊》:“2009年蛟龙号首次下海试验,刚脱离母船就失去了联系,我就每两分钟呼叫一次,总共呼叫了两个小时。”叶聪回忆,他当时并不紧张。
  经过多次试验,蛟龙号目前采用了先进的水声通信技术,利用声波来实现和水面母船的通讯。声波速度大约是1500米/秒,蛟龙号在大海深处传送的声音、文字和图像,只要不到5秒钟就能被水面上的母船接收到。   并不神秘的蛟龙号
  2012年6月24日,凭借着先进的通信技术,在深海潜到7000多米的蛟龙号,与在太空翱翔的“神舟九号”来了一次“海天对话”。这次最遥远的对话,令叶聪记忆犹新。
  迄今为止,叶聪已经参加了蛟龙号73次下潜中的47次,被亲切地称为“海底的哥”。经历越多,叶聪越感受到自己的无知、自然的伟大和人类的渺小。6年研制、4年海试给他的感觉是“直临深渊、如履薄冰”。
  与大自然相比,蛟龙号并不神秘。叶聪告诉《中国经济周刊》,蛟龙号的下潜过程一般全程控制在12个小时之内(来回路程各用3小时左右,海底作业时间6小时),清晨开始作业,傍晚结束。一次下潜3个人,一个驾驶员带两个乘客,乘客多为生物学家、地球化学家等。科学家引导驾驶员到达感兴趣的区域,驾驶员利用机械手采集标本。
  据悉,蛟龙号2013年试验性应用航次完成了21次下潜任务,从深海带回了共390只生物、161枚结核、8块结壳、32块岩石和180公斤沉积物等样品。
  近期热播的《地心引力》引发了人们对于宇宙无限的求知欲望,也让一些人对深海出舱产生了兴趣。对此,叶聪表示,航天是1个大气压的压力,而海底是700个大气压的压力,“根本不可能出舱”,而且“也无需出舱,潜水器本身的机械手可以灵活作业”。
  “2016年完成4500米级蛟龙号研制”
  成功突破7000米之后,胡震眼下正率领蛟龙号团队全力扑在4500米级载人潜水器上。之所以回过头来研究4500米级的潜水器,是因为这个深度的潜水器有更广泛的科学应用市场,可以满足绝大多数科学家的科考需求,同时在钛合金耐压球、机械手等关键技术上继续攻关。
  胡震告诉《中国经济周刊》,下潜深度为4500米的新一代蛟龙潜水器,从球体的设计上增加和扩大了观察窗,提升了作业能力。较之7000米级的蛟龙号,“新蛟龙”大大降低了使用成本和维修成本,更具经济性。
  蛟龙号载人潜水器前第一副总设计师、现任上海海洋大学深渊科技研究中心主任崔维成向《中国经济周刊》介绍,大规模的深海科研和应用都是在4500米以内,用7000米级深潜器来完成4500米以内的海域科研,有点类似“杀鸡用牛刀”,从使用成本上来看,蛟龙号的一次深潜成本大约在50万,而4500米级潜水器的一次深潜成本希望能够控制在30万左右。
  除此以外,“新蛟龙”还有一个技术攻关,“就是希望能够提高国产化率,潜水器的核心部位——高压钛合金载人舱和机械手等都将由我们自主研制,预计国产化率将达到90%。”崔维成说。
  据悉,“新蛟龙”的球体载人舱现正在宝鸡宝钛集团建造。载人舱相关的轧板、加工、焊接技术只有少数国家具备,其难点有二:一是超厚钛合金板(3.2m)的轧制;二是如何将两个半球体天衣无缝地焊接。对于这两个难关,前者,中国已攻克;后者,中国已基本攻克。
  “我们将总结经验,对载人球舱、高压海水泵、锂电池等关键技术进行攻关,争取在2016年完成4500米级载人潜水器的研制。”胡震说。
  各国深海潜水器一览
  美国“艾尔文”号
  美国是较早开展载人深潜的国家之一,1964年建造“艾尔文”号载人潜水器,可搭载3人,最大下潜深度4500米。1985年,它找到泰坦尼克号沉船的残骸。它至今已经进行过近5000次下潜,是当今世界上下潜次数最多的载人潜水器。“艾尔文”号曾经发生过一次事故而沉入海底,幸好没有人员伤亡。过了整整一年之后,它才被打捞上来。
  美国“的里雅斯特”号
  1960年1月23日,瑞士工程师皮卡德与一名美国海军军官乘坐“的里雅斯特”号探险型深海潜水器前往马里亚纳海沟,抵达海平面以下最深处(由于当时的测量技术不发达,实际深度没有这么深)。这是人类有史以来首次抵达海底最深之处。不过,由于海底压力,深海潜水器一块19厘米厚舷窗玻璃出现轻微裂痕,皮卡德在海底呆了20分钟后不得不匆匆上浮,没有拍过照片。由于当时的材料科学技术发展所限,潜水器重达150吨,活动能力非常差,上下花了8个小时。
  美国“深海挑战者”号
  2012年3月,美国著名导演詹姆斯·卡梅隆独自乘坐潜艇“深海挑战者”号,下潜至马里亚纳海沟10898米深海底,刷新个人深海探险深度的世界纪录。但由于此类潜水器是直上直下,缺乏较好的海底活动能力,卡梅隆只呆了3个小时就上来了,甚至连深海生物都没拍摄到。
  日本“深海6500”号
  日本1989年建成了下潜深度为6500米的“深海6500”号潜水器,水下作业时间8小时,曾下潜到6527米深的海底,创造了作业型载人潜水器深潜的世界纪录,直至中国的蛟龙号出现。“深海6500”已对6500米深的海洋斜坡和大断层进行了调查,并对地震、海啸等进行了研究,已经下潜了1000多次。影片《日本沉没》中曾多次出现该艇。
  日本“海沟”号
  “海沟”号水下机器人是日本海洋科技中心于1986年开始耗时6年研制的水下无人潜艇,可以对深海海底进行拍照、考察、海底样本采集,供科研人员对深海资源的开发和利用进行研究。1995年3月,“海沟”号潜水深度超过“的里亚斯特”号15米,达到10911.4米。2003年5月29日,“海沟”号水下机器人在进行调查作业时神秘失踪。
  俄国“和平一号”
  俄罗斯是当前世界上拥有载人潜水器最多的国家,比较著名的是1987年建成的“和平一号”与“和平二号”两艘6000米级潜水器。带有12套检测深海环境参数和海底地貌设备,最大的特点就是能源比较充足,它可以在水下呆17~20小时。电影《泰坦尼克号》里面很多镜头就是“和平一号”和“和平二号”探测的镜头。
  法国“鹦鹉螺”号
  法国1985年研制成的“鹦鹉螺”号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。

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