科技日報?深瞳工作室出品
科技日報記者 陳 瑜 策 劃：劉 莉
[ 隨著對深海了解的深入，不能只有一個“蛟龍”號，打造譜系化的潛水器來全面掌握核心技術(shù)，成為越來越多業(yè)內(nèi)人士的共識。]
萬米，如果成人步行大約需要2.5小時，汽車行駛大約15分鐘。但邁向萬米深海，中國載人深潛團(tuán)隊老中青三代科研人卻走了近20年。
2020年11月10日，中國萬米載人深潛器“奮斗者”號在西太平洋馬里亞納海溝創(chuàng)造了10909米的中國載人深潛新紀(jì)錄。隨后，習(xí)近平總書記在賀信中說：“奮斗者”號研制及海試的成功，標(biāo)志著我國具有了進(jìn)入世界海洋最深處開展科學(xué)探索和研究的能力。
新華社發(fā)
今年42歲的葉聰無疑是幸運(yùn)的。如今已是“奮斗者”號總設(shè)計師的他，19年前剛從大學(xué)畢業(yè)就進(jìn)入位于無錫的中國船舶七〇二所，接觸的便是“蛟龍”號載人潛水器項(xiàng)目。這對很多從事潛水器技術(shù)研發(fā)的科研人員來說，可能是一輩子才等到的機(jī)會。“我有一個深刻的感受，就是自己深度參與了國家科技進(jìn)步的進(jìn)程，這是我人生中最幸福的事?！比~聰說。
近20年來，深潛人將自己的命運(yùn)與中國載人深潛事業(yè)緊密相連。從600米一步跨入7000米的“蛟龍”號、深度回撤至4500米實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵設(shè)備國產(chǎn)化的“深海勇士”號、標(biāo)志我國在大深度載人深潛領(lǐng)域達(dá)到世界領(lǐng)先水平的“奮斗者”號……對包括葉聰在內(nèi)的“奮斗者”來說，奮斗出來的“奮斗者”號，是新的開始。
十年堅持，終于等來載人深潛的研制號令
中國船舶集團(tuán)首席專家、七〇二所“奮斗者”號副總設(shè)計師胡震第一次聽到俄羅斯“和平號”的名字，是在1992年。作為一名剛進(jìn)入七〇二所不久的年輕人，他參加了中國大深度載人潛水器的可行性討論。提及國外研發(fā)情況，“和平號”是繞不開的詞。這是一個最大下潛深度達(dá)6000米的潛水器。
從那時候開始，包括胡震在內(nèi)的很多科研人員心里有了一個夢——什么時候中國能有自己的“和平號”。
1992年，國家863計劃第一次面向全國征求海洋領(lǐng)域研究方向。
以七〇二所為主，國內(nèi)相關(guān)科研單位的多位院士、專家參與探討，提出設(shè)立載人潛水器方向，但當(dāng)時并沒有獲準(zhǔn)立項(xiàng)。
后來擔(dān)任7000米級載人潛水器——“蛟龍”號總設(shè)計師的中國工程院院士徐芑南分析原因，一是立項(xiàng)要求有明確的用戶及需求，而當(dāng)時作為重要用戶的中國大洋協(xié)會成立不久，還沒有載人潛水器方面的需求；二是要有技術(shù)基礎(chǔ)，當(dāng)時客觀上不具備。
隨著時間推移，形勢發(fā)生變化。
2001年，中國大洋協(xié)會在東太平洋海域獲得了7.5萬平方千米、擁有專屬勘探權(quán)和優(yōu)先開采權(quán)的多金屬結(jié)核礦區(qū)，載人深潛有了明確用戶及需求。技術(shù)上，1995年，由徐芑南擔(dān)任總設(shè)計師的6000米級無纜水下機(jī)器人CR-1試驗(yàn)成功，這為載人深潛奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。
在深海缺少應(yīng)有的位置，一直是中國海洋科研領(lǐng)域的一件憾事。此時，中國載人深潛器研發(fā)似乎看到了曙光。
時間回到2000年1月，中國大洋協(xié)會組織全國海洋各領(lǐng)域?qū)＜疫M(jìn)行論證。隨后國內(nèi)海洋界10位院士和15位教授進(jìn)行了深入探討，達(dá)成研發(fā)載人潛水器的共識，并于2001年2月報科技部。
2001年6月，剛履新科技部部長不久的徐冠華到七〇二所視察，聽取載人潛水器研制相關(guān)技術(shù)匯報。
“我從心里支持這件事情。一個有活力的民族，遲早要走向深海?！毙旃谌A告訴科技日報記者，新世紀(jì)伊始，中國對海洋戰(zhàn)略和相關(guān)科技的空前重視，是載人深潛最終立項(xiàng)大背景。
2001年底，各方專家編寫完成論證報告。徐冠華審時度勢，做出決定，半年后，科技部批準(zhǔn)立項(xiàng)。
回首“蛟龍”號開端，徐冠華說：“真正有重大機(jī)會的項(xiàng)目，不可能得到所有人的贊同，不可能沒有爭議?！?/p>
10年的堅持，中國深潛科研團(tuán)隊終于等來了最重要的使命，一場深海技術(shù)領(lǐng)域的攻堅戰(zhàn)拉開帷幕。
從無到有，《泰坦尼克號》啟發(fā)“蛟龍”號設(shè)計靈感
2005年，七〇二所的科研人員開始追7年前上映的一部好萊塢電影《泰坦尼克號》。這其中包括不愛看電影，也無心追求浪漫的胡震。
顯然，胡震關(guān)注的并不是膾炙人口的愛情故事，而是影片里讓他慕名已久的“和平號”。此時，項(xiàng)目已立項(xiàng)3年，但團(tuán)隊中僅有兩人見過真的深海潛水器。對大部分人來說，了解潛水器，只能借助國外的科普讀物和影視作品。
雖然作用有限，但胡震和同事們還是買來DVD，目不轉(zhuǎn)睛地盯著屏幕，不放過任何一幀有關(guān)潛水器的畫面，反復(fù)揣摩、討論。
《泰坦尼克號》將書中的文字描述進(jìn)行了可視化展示：淵黑黮暗的海底亮起幾束燈光，“和平號”潛水器伸出龍蝦鉗一般的液壓手臂，小心翼翼地在沉船的殘骸間翻找。駕駛者屏息凝視攝像機(jī)傳來的影像，門板搬開，鐵箱映現(xiàn)，機(jī)械手臂用類似進(jìn)食的動作，把來之不易的收獲夾回潛水器前部的籃中，機(jī)械大手將潛水器提升出水，歡呼聲響徹甲板。
1991年研究生畢業(yè)時，愛讀《海底兩萬里》的胡震，選擇了七〇二所，投身自己熱愛的深海載人潛水器設(shè)計和研發(fā)工作。
上世紀(jì)90年代，國家投入少、條件差，身邊的同事陸續(xù)離開了海洋科研崗位。包括胡震在內(nèi)的“留守”人員，除了搞科研，還要到處去跑市場，免費(fèi)給人干活，目的是檢驗(yàn)設(shè)計出的潛水器與實(shí)際工程需求能否銜接，以便后續(xù)改進(jìn)。在堅守和等待中，雖然科研人員做了很多事，但當(dāng)機(jī)會真正來臨，還是明顯感覺吃力。
最初，我國科研人員期望和俄羅斯開展國際合作，但對方甚至拒絕了我方參觀“和平號”的申請。
2001年接到邀請電話時，徐芑南已從七〇二所退休6年，但他心底始終有一個愿望，就是看到中國人獨(dú)立自主研制的大深度載人潛水器能夠在深海遨游。
“來不及了！要趕快趕回所里！”徐芑南當(dāng)時身患高血壓、心臟病，一只眼睛僅存光感，但他毅然帶著老伴回國。
2002年，“蛟龍”號正式立項(xiàng)，作為中國第一臺大深度載人深潛器，設(shè)計目標(biāo)定在了海下7000米。
而在7000米載人深海潛水器“蛟龍”號研制成功前，我國研制過的載人潛水器的最大深度只有600米。
從600米到7000米，數(shù)字背后技術(shù)跨越則更大。而“蛟龍”號計劃用10年時間，走完了國外同行用了近60年才走完的路。
深海高壓，考驗(yàn)著載人艙技術(shù)水平。每下潛1米，每平方米外殼上的水壓就多一噸。7000米深，就是每平方米要承受7000噸的壓力。
以看似不起眼的艙口蓋為例，它被團(tuán)隊成員稱為“通向深海的大門”。高壓之下，一旦水漏到常壓的艙里，急速噴射的海水射進(jìn)來比子彈還快。
另一個重大課題是水下通信。深海里不能使用無線電波，只能利用聲波來傳信息。中國科學(xué)院聲學(xué)研究所研究員楊波形容，海豚叫一聲或者海浪拍一下，都有可能讓潛水器發(fā)上來的一張寫實(shí)照片，讓人不知所云。
此外，在陸地上可以通過GPS定位，但在水下則無法簡單定位?！膀札垺北仨毷褂寐晫W(xué)定位傳感器以及導(dǎo)航控制軟件，這也是嶄新的課題。
“蛟龍”號的控制系統(tǒng)更是重中之重。它必須有能力自動安全航行，當(dāng)機(jī)械手作業(yè)時，也能穩(wěn)穩(wěn)地懸停定位。
不光是海下才用到的電池、機(jī)械手、推進(jìn)器等技術(shù)，就連在陸地使用相當(dāng)成熟的零件，如電機(jī)、泵、閥之類，因?yàn)樗滦枰捏w積小、重量輕、耐海水高壓和腐蝕等特性，做出來也很困難。
2007年9月1日，曾經(jīng)無數(shù)次在圖紙上、腦海里、夢里見到的潛水器，終于完成了總裝，成型“出爐”了。2009年8月，“蛟龍”號開展1000米級海試時，徐芑南拖著裝滿藥品、氧氣機(jī)、血壓計等醫(yī)療器械的拉桿箱，堅持要求上船坐鎮(zhèn)指揮，要和科研團(tuán)隊堅守在一起。
“組裝完成的‘蛟龍’號，是世界前沿深潛技術(shù)的集合體。對引進(jìn)的設(shè)備，我們做了大量工作，并不只是采購這么簡單。因?yàn)?000米深度的指標(biāo)，國際上根本沒有現(xiàn)成的產(chǎn)品?！毙燔荒虾茏院溃骸拔铱梢哉f，通過‘蛟龍’號，我們已經(jīng)掌握了國際上認(rèn)可的載人潛水器的核心技術(shù)?！?/p>
“深海勇士”號關(guān)鍵技術(shù)國產(chǎn)化率超95%
隨著對深海了解的深入，不能只有一個“蛟龍”號，打造譜系化的潛水器來全面掌握核心技術(shù)，成為越來越多業(yè)內(nèi)人士的共識。
為穩(wěn)步攻克技術(shù)國產(chǎn)化關(guān)，經(jīng)過慎重論證，2009年，我國第二臺大深度載人深潛器“深海勇士”號關(guān)鍵技術(shù)開始研究。它的下潛深度回撤到4500米，但關(guān)鍵技術(shù)國產(chǎn)化率超過85%。這意味著，它的研發(fā)難度并不小于“蛟龍”號。
電池是事關(guān)潛水器安全的最關(guān)鍵技術(shù)之一。“蛟龍”號使用的國產(chǎn)銀鋅電池，壽命只有一年，而且價格昂貴。2009年，國家863計劃開始支持4500米載人潛水器關(guān)鍵技術(shù)國產(chǎn)化攻關(guān)，其中包括對4500米深度充油耐壓鋰電池進(jìn)行性能優(yōu)化。
胡震回憶，當(dāng)時只看到一篇文章提到日本正在開展這方面研究。時至今日，基本同時起步的美國還沒將該電池正式用于潛水器。
2013年前后，時任七〇二所水下工程開發(fā)部主任的胡震帶著手下正在開展電池耐壓性能測試，沒想到電池?zé)崾Э亍獰恕?/p>
“我們緊急將研究方向從比較先進(jìn)調(diào)整為比較安全，同時改造極板設(shè)計，優(yōu)化制造工藝?！焙鸶嬖V科技日報記者，一組電池包括幾百個單體，研發(fā)團(tuán)隊需要將每一個單體循環(huán)加壓減壓20個來回，光這項(xiàng)工作就24小時不間斷持續(xù)了3個月。之后，技術(shù)人員又將單體組成的電池組，進(jìn)行壓力環(huán)境下的放電性能測試。
2014年、2016年，“深海勇士”集成和海試工作分別啟動。
對“深海勇士”號總設(shè)計師胡震來說，科技部先后部署的8個項(xiàng)目/課題，就是8根難啃的“骨頭”。
除了載人艙、鋰電池、超高壓海水泵，4500米載人潛水器上集成的許多國產(chǎn)化裝備的雛形，是多個國家科技計劃支持下形成的樣機(jī)。
2012年到2014年，這是胡震最難熬的3年，雖然有些技術(shù)已經(jīng)取得進(jìn)展，但樣機(jī)與產(chǎn)品要求有差距，原計劃2015年完成的課題只能延期。
“大深度潛水器的使用條件十分惡劣，工況復(fù)雜。受制于我國工業(yè)生產(chǎn)水平，從技術(shù)到裝備之間存在巨大的鴻溝。”胡震說，有些問題不是大問題，但會影響潛水器的壽命。即使速度慢一點(diǎn)，也要把牢技術(shù)關(guān)。例如類似魚鰾的精密儀器超高壓海水泵，直接影響潛水器的穩(wěn)定航行。課題組引進(jìn)競爭機(jī)制，兩家承研單位在關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)基礎(chǔ)上完成了樣機(jī)研制、樣機(jī)測試并組織專家驗(yàn)收。
經(jīng)過8年的艱苦攻關(guān)，我國具備了載人艙、浮力材料、鋰電池、推進(jìn)器、海水泵、機(jī)械手、液壓系統(tǒng)、聲學(xué)通信、水下定位、控制軟件等10大關(guān)鍵部件的自主研制能力，“深海勇士”號國產(chǎn)化率超過95%。
“截至2020年12月4日，該電池已經(jīng)支持了‘深海勇士’號310次下潛任務(wù)?！焙鸷茏院馈?/p>
有了“蛟龍”號、“深海勇士”號的基礎(chǔ)，深潛團(tuán)隊深藏心底的夢想被“點(diǎn)燃”——走向萬米。
“奮斗者”號橫空出世，萬米海底妙不可言
2017年底，焊接難題擺在“奮斗者”號載人艙焊接技術(shù)負(fù)責(zé)人、中船集團(tuán)七二五所呂逸帆面前：載人艙焊接工作進(jìn)展不順，電子束焊縫某關(guān)鍵指標(biāo)不達(dá)標(biāo)。這也是壓在載人艙設(shè)計團(tuán)隊和研制團(tuán)隊人員心中的一塊巨石。
在試板級原理性探索試驗(yàn)中，該性能已達(dá)既有工藝極限，無論怎么調(diào)節(jié)參數(shù)，離指標(biāo)要求總還有一大截距離。
關(guān)鍵時刻，呂逸帆提出采用一種特殊的在國際上尚無應(yīng)用先例的電子束焊接工藝，但這種工藝需要開發(fā)一套特殊裝置系統(tǒng)。
在電子束焊接試驗(yàn)室，呂逸帆帶領(lǐng)團(tuán)隊針對該系統(tǒng)進(jìn)行了幾十輪的試驗(yàn)，都以失敗告終。不信邪的呂逸帆依然信念堅定，并安慰團(tuán)隊要堅持：這個系統(tǒng)不行，就重新設(shè)計更換系統(tǒng)，試驗(yàn)時長不夠就延長時間。
加班加點(diǎn)試驗(yàn)成了常態(tài)。功夫不負(fù)有心人，奇跡終于出現(xiàn)了，系統(tǒng)參數(shù)調(diào)試終于穩(wěn)定達(dá)到期望區(qū)間，試板焊縫性能大幅提升，焊接試驗(yàn)成功了，載人艙研制也迎來了重大轉(zhuǎn)折。
2016年，“十三五”國家重點(diǎn)研發(fā)計劃“深海關(guān)鍵技術(shù)與裝備”重點(diǎn)專項(xiàng)立項(xiàng)，核心任務(wù)是研制全海深萬米載人潛水器。
萬米載人潛水器要承受1000個大氣壓，相當(dāng)于2000頭非洲象踩在一個人的背上。這么大的壓力加在潛水器上，對潛水器的材料、結(jié)構(gòu)設(shè)計等，都提出了巨大挑戰(zhàn)。
以往潛水器主要使用的材料，在萬米海深的極端壓力條件下，強(qiáng)度、韌性等指標(biāo)已不能滿足要求。
“奮斗者”號載人艙球形“外殼”牽頭研制單位——中國科學(xué)院金屬研究所研究員、全海深載人潛水器載人艙項(xiàng)目負(fù)責(zé)人楊銳說，金屬研究所獨(dú)創(chuàng)的新型鈦合金材料成功解決了載人艙材料所面臨的強(qiáng)度、韌性和可焊性等難題。
今年海試中，“奮斗者”號節(jié)奏控制得非常好：在5000米、7000米、8000米深度實(shí)現(xiàn)了每天下潛一次，9000米深度隔天下潛，萬米深度隔兩天下潛。更重要的是，在第二階段萬米海試中，許多設(shè)備保持了零故障紀(jì)錄。
胡震說，這些設(shè)備優(yōu)異的表現(xiàn)源于設(shè)計的完善和陸上精細(xì)的試驗(yàn)。“這是載人深潛技術(shù)、裝備和團(tuán)隊成熟的最充分的表現(xiàn)?！?/p>
“親愛的觀眾們，萬米的海底妙不可言，希望我們能夠通過‘奮斗者’的畫面向大家展示萬米的海底。” 11月10日，“奮斗者”號成功坐底世界最深處馬里亞納海溝，三位潛航員第一時間通過水聲通信系統(tǒng)表達(dá)心聲。
做載人深潛不是當(dāng)冒險家
比起設(shè)計師，身材微胖的葉聰更出名的身份是試航員，俗稱“深海的哥”。
為什么設(shè)計師要親自下潛？葉聰說，對設(shè)計師來說，如果不下潛，設(shè)計只能來源于記錄的數(shù)據(jù)，如果親自下潛，將多方數(shù)據(jù)進(jìn)行有效關(guān)聯(lián)，是提高潛水器實(shí)用性、總結(jié)設(shè)計方法的絕佳機(jī)會。
“蛟龍”號3000米級海試期間，潛水器在2000米深度數(shù)次出現(xiàn)電氣絕緣故障，這意味著可能發(fā)生殼體漏水或短路，后果不堪設(shè)想。包括葉聰在內(nèi)的下潛人員可以選擇立即上浮，但經(jīng)請示，他們最終決定，先在甲板上做好充分準(zhǔn)備，在水下如遇到這種情況，適當(dāng)延長試驗(yàn)時間，努力關(guān)注每一個現(xiàn)場數(shù)據(jù)。正是利用爭取的這段時間，他們最終如愿解決了故障，并積累了大量寶貴的數(shù)據(jù)。
葉聰說，做載人深潛，不是當(dāng)冒險家。做載人深潛，既要勇敢突破下潛深度，又要踏實(shí)做好潛水器的各項(xiàng)功能和作業(yè)能力。
“我們的工作不容有一絲瑕疵。”七〇二所技師杜坤親歷了3個潛水器研制，對所承擔(dān)的工作駕輕就熟，但依然不敢大意。
因?yàn)榕虏涞交蜃驳矫芊忮F面影響密封效果，杜坤在每次海試工作中不能戴手表、戒指等任何硬物，甚至指甲都不能留長。
在驚濤駭浪中鑄就的中國載人深潛精神——嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)、團(tuán)結(jié)協(xié)作、拼搏奉獻(xiàn)、勇攀高峰，融入到每一名參研、參試隊員的血液里。
今年海試，搭載“奮斗者”號的“探索一號”號船遭遇了兩個臺風(fēng)、多個低氣壓，特別是在前往馬里亞納的路上，風(fēng)高浪急一路顛簸，許多人暈船。但到達(dá)馬里亞納幾小時后，“奮斗者”號就順利開展了第一次下潛。
“每一個人都沒強(qiáng)調(diào)辛苦，但我知道很辛苦?！逼擤柖L何春榮說，平時很少收到前方信息，但有一天被“奮斗者”號臨時黨委副書記楊申申在朋友圈同一地點(diǎn)拍攝的兩張照片感動：第一張照片里，天剛蒙蒙亮，迎著朝霞，下潛任務(wù)緊鑼密鼓地進(jìn)行。另一張晚霞西沉，潛水器被回收到船上。當(dāng)天作業(yè)時長足足17個小時。
今年10月27日，“老司機(jī)”葉聰搭乘“奮斗者”號，在潛水器右舷，見證了潛水器深度首次突破萬米。沒有電影中常見的擊掌慶祝、熱淚盈眶，在主駕倡議下，葉聰在萬米海底享用了一頓蛋炒飯午餐?！斑@只是從4位數(shù)到5位數(shù)的數(shù)字變化，相比十幾年前，心態(tài)更輕松?！?/p>
科技部部長王志剛說：“‘奮斗者’號成功研制和萬米海試的突破，是新型舉國體制的生動實(shí)踐，將為深?？茖W(xué)考察、海底精細(xì)作業(yè)提供堅實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)，為下一步帶動深海能源、材料等高技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供強(qiáng)勁動力?！?/p>
之前“蛟龍”號、“深海勇士”號海試中，每次下潛前，胡震總是第一個來到后甲板，沿著潛水器的護(hù)欄爬上爬下，像看護(hù)自己的孩子一樣，仔細(xì)檢查每個部件，確保做到萬無一失。今年他仍習(xí)慣下潛前去后甲板轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)，但明顯感覺輕松不少。
“平常在所里渾然不覺，上了船才突然發(fā)現(xiàn)，53歲的自己竟然是船上所有科研人員中年紀(jì)最大的。”頓了頓，一口江陰口音的胡震加重語氣：“而且大了不少?！?/p>
歷時近20年，中國載人深潛團(tuán)隊一直保持著30多歲的平均年齡。“如今這支團(tuán)隊的骨干都是80后，就像我們的載人深潛事業(yè)一樣朝氣蓬勃，他們出色的工作是我們深潛成功最大的基石?！焙鹫f。
習(xí)近平總書記這樣點(diǎn)贊中國載人深潛研制團(tuán)隊：從“蛟龍”號、“深海勇士”號到今天的“奮斗者”號，你們以嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué)的態(tài)度和自立自強(qiáng)的勇氣，踐行“嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)、團(tuán)結(jié)協(xié)作、拼搏奉獻(xiàn)、勇攀高峰”的中國載人深潛精神，為科技創(chuàng)新樹立了典范。
