蛟龙号深海载人潜水器关键设备均为进口(图)

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核心提示：“蛟龙号”是中国自行设计、集成创新、拥有自主知识产权的第一台深海载人潜水器。但因为国内制造技术水平较为落后，其关键子系统均为进口，如钛合金球壳引进自俄罗斯，机械手、灯光等设备引进自美国，成像设备引进自日本。


蛟龙号载人深潜器

蛟龙号载人深潜器及其母船

蛟龙号载人潜水器截面图
中国新闻周刊9月26日报道 数千米的深海海底是地球上最宁静而神秘的地方，那里生存着古老的原核生物。然而，好奇心并不是海洋科学家探索深海的唯一原因，要知道，那里还蕴藏着丰富的能源，它们对人类未来的生存意义非凡。
从20世纪50年代末开始，美、法、俄、日等国先后开始建造载人潜水器。迄今，世界上仅有的五艘6000米级深海载人潜水器为这些国家所拥有，它们能够到达遍及海洋深处的大陆坡、海山顶、火山口、洋脊以及漆黑的洋底。
8月26日，中国科技部和国家海洋局宣布，我国第一台自行设计、自主集成研制的“蛟龙号”载人深海潜水器3000米级海上试验取得成功，最大下潜深度3759米。实际上，“蛟龙号”的最大设计深度为当今“世界之最”——达到7000米。
深海载人潜水器是运载科学家、工程技术人员到达深海复杂环境，进行勘探、科学考察和开发和利用资源的重要技术装备。“蛟龙号”项目负责人刘峰说，“深海技术与太空技术并列，是各国极度重视的高新技术领域，有重要的科研与应用价值。”
“蛟龙号”的亮相，宣告中国成为第五个掌握3500米以上大深度载人深潜技术的国家，并立即引起世界的关注。
第37次下潜
7月13日，中国海南岛东侧南海海域，海面温度30℃，海底地势平缓，海水平均深度3757米。
“蛟龙号”在这里进行第37次深潜试验。现场的人们并没有预测到，这一次海试不仅完成了潜水器的系统调试，还将下潜深度增加了2米，达到3759米。海试现场总指挥刘峰说，“此前的海试已陆续选择在50米、300米、1000米级海域进行，这一阶段试验的3000米级深度是一个重要阶段。”
全球海洋平均深度为3682米。此前，只有上述四国的深海载人潜水器能在3500米级深度自如展开科研与勘测活动。
中国研制、试验中的深潜系统由“蛟龙号”载人潜水器、水面支持系统(包括“向阳红09”海试船和水面A型起吊架等)、潜航员培训等三部分组成。
此时，母船正航行在天气状况良好的海面上，“蛟龙号”放置在后甲板。下潜后，潜水器将通过声波通讯等方式与母船建立联系。母船能实时监控潜水器的运行深度、纵倾、横摇、速度等数据和载人舱内温度、氧气状态等信息，并能即时发出调整指令。
潜水器载人舱内可承载一名潜航员和两名科研人员。主潜航员叶聪，31岁，已从事海洋研究工作七年，参与“蛟龙号”设计研制，曾18次成功驾驶“蛟龙号”探访深海。
潜航员系统包括经过专门训练的潜航员和试航员共11人，叶聪介绍说，“在海试阶段，除潜航员外，还有工程调试人员进入载人舱，对潜水器状态进行检测与调试。”
海试前，中国大洋协会已对这片预选海域的地形、底流、地质等进行了长期观测与调查。海试前夕，试验海域也进行了全面扫海，清除渔网等障碍。下潜前一天，参与下潜的人员会依照操作计划再三沟通确认。
清晨8点，海试准备到位。工作人员首先在后甲板上对潜水器的通讯设备、导航系统等各项性能进行初步测试。叶聪说，“每次试验前都需要将一份长长的表格逐项确认打钩。”
“母船现场工作人员将实时监测海面风向、洋流速度、海水盐度、密度等状况，并据此调整潜水器性能参数。”刘峰告诉《中国新闻周刊》记者，“海试期间正值西南季风强劲多发季节，母船上还有天气预报人员。”
随后，三名潜航人员依次从顶部舱口进入载人舱。水面测试开始，A型起吊架将潜水器平稳放置到海面上。
“蛟龙号”采用常用的“深潜器无动力下潜上浮技术”。潜水器两侧配备4块压载铁，重量可以根据不同深度与要求调整。在下潜过程中，压载铁使潜水器具备负浮力，按照一定速度下潜；当潜水器到达设定深度时，可操作抛载其中两块压载铁，使潜水器处于零浮力悬停状态，保持在这个深度上实现作业，包括航行、拍照、取样等；当任务完成，再抛弃另外2块压铁，使潜水器具备正浮力，按照一定的速度上浮，到达水面。
“蛟龙号”总设计师徐芑南告诉《中国新闻周刊》记者，设计最快下潜上浮速度是42米每分钟，到达7000米海底需要大约3小时。
这一次，潜水器以37米每分钟匀速缓缓下潜，到达预定深度需要约100分钟。期间，潜航员和母船每隔5分钟或者20分钟可能进行一次通话。
深度显示器上的数字开始跳动，潜航员与调试人员也各就各位，首先根据预定计划对潜水器性能进行测试，如对航速、自动控制系统等进行考核；其次进行潜航员身体和心理状况监测；并测试潜水器的作业功能。叶聪告诉《中国新闻周刊》记者，“每次下潜到达预定深度后，我们通过插放国旗、采取水样、抓获海底生物等工作，进行机械手操控训练和标本采集训练。”
潜航工作中，潜航器需要接受海水压力的考验。3000多米的深海，潜水器所承受的压力将达到每平方米3000多吨，一个成年人的手掌大概是0.01平方米，这意味着载人舱表面一个手掌大的面积就将承受30多吨的压力；如果到达7000米深度，则将承受70多吨压力。
海水温度也将随深度增加而下降。当天的海面温度为30℃，舱内39.7℃。下潜到3500米左右，海水温度已经降至2℃，潜水器主体结构温度也随之下降。叶聪说，“舱内温度将保持在15℃左右。”
“海底压力与温度变化也是下潜的重要参数，”刘峰告诉《中国新闻周刊》记者，“潜水器大部分结构由钛合金构成，在压力增大和温度降低作用下，载人球体等体积将变小，浮力也将发生变化。所以，每一次下潜都需要对压载铁的重量进行精密计算。”
海底悬停中，“蛟龙号”在海底缓慢航行，一片未知世界在潜航员眼前展开，叶聪看到“舱外漆黑，各种奇异的海洋生物在灯光中不断出现”。
完成当天的预定任务后，“蛟龙号”继续在海底定高(在设定的离地高度，自动跟踪海底地形)缓慢航行，下午4时53分23秒，找到了该海域3759米深处。
下午6时左右，“蛟龙号”在海面落日余晖中浮出水面。当天的下潜时间为9小时零3分，接近设计最大工作时长12小时。
潜航人员回到母船甲板上时，他们被泼了一盆海水。叶聪说，这是每次海试后的欢迎仪式，“大家都很兴奋，给你浇上一盆海水，从上到下湿透，然后把你举起来。”
3000米的“逗号”
这是3000米级海试中下潜最深的一次。
从5月31日到7月18日，“蛟龙号”载人潜水器在中国南海进行了密集的海上试验：共完成17次下潜，其中7次超过2000米深度，4次突破3000米。刘峰介绍说，“蛟龙号”在3000米级的多项性能和功能指标通过了验证，其中包括耐压结构及设备、水面支持系统、无动力下潜上浮系统、蓄电池及供电设备等18个项目。
“蛟龙号”深海载人潜水器研制专项总设计师徐芑南介绍，海试前，中船重工集团公司702所首先进行了模拟压力测试和密封性能测试。压力测试中，潜水器被放置在一个密闭的压力桶装置里，以水增压模拟7000米深处海水压力的方式，对每个部件进行了70兆帕压力考核。
2009年8月15日，首次海试开始，“蛟龙号”下潜，需要解决的问题逐渐浮出水面。叶聪说，“37次海试中，一共有11人参与了下潜试验，其中潜航员3人，试航员8人，参加海试的参试人员有170多人。”
去年8月15日至24日50米级海试时，水声通信一直不能建立，海试母船无法找到潜水器；8月28日，300米级海试时，一只主蓄电池爆裂；1000米级海试期间，遭遇恶劣天气，只能选择10月3日下水，这一天进行了高速水声通信的试验；2010年6月，3000米级海试例行检查中，发现几滴海水进入高度计中造成绝缘故障。
海试就是不断检测与改进潜水器性能的过程。自2009年7月29日出航以来，“蛟龙号”全面系统调试与性能优化在总共37次海试中逐渐完成。“这只是一个逗号，”刘峰说，尽管部件的压力测试全部通过，但潜水器作为一个整体还要接受7000米压力的考验。此外，密封性能、电机运转、水下摄像机、热液取样器等应用设备还需要进一步调试。
“预计2011年进行5000米级海试，7000米海试也会在合适的时候进行。”刘峰介绍，一旦达到7000米深度，“蛟龙号”深海探测范围可以覆盖全球海洋区域的99.8%。
探秘“蛟龙”
9月13日，中船重工集团公司702所一间老式红砖车间里，“蛟龙号”放置在约2米高的支架上，接受下一次海试的拆卸检修。电池已经卸下，尾翼至中部一侧外壳打开，整个潜水器钛合金结构支架清晰可见。支架间能放置电池、导航、负重块等部件，计算机芯片、声波传输器等部件放置在密封耐压的钛合金罐中。载人耐压密封舱体置于潜水器前部，舱体呈球型，前方和左右分别有一个圆形观测窗。采样篮和两只机械手在前方窗口观测范围内，位于潜水器正前方。
主要技术指标显示，“蛟龙号”潜水器长、宽、高分别是8.2米、3.0米与3.4米，在空气中重量不超过22吨。叶聪介绍说，“蛟龙号”外壳看起来很厚重，实际上由直径微小的空心玻璃微珠和环氧树脂构成。下潜中，海水通过抛卸负重块的缺口处进入潜航器内部时，外壳就能充当浮力物。
记者登上“蛟龙号”顶部，载人舱盖已打开，舱体内部前方放置控制显示器，周围布满仪器按钮与显示灯。徐芑南介绍说，耐压舱直径2.1米，容积4.8立方米，舱中包括操作显示设备、驾驶员座位、生命支持系统等，“三个人的活动空间有限，但基本上能保证正常工作。”
载人舱是潜水器的关键部分，其中，钛合金球壳是根据中国的设计方案，委托俄罗斯制造。徐芑南说，“我想这是一些人对‘蛟龙号’最大的疑问，有几成部件是中国自主制造的？”
在8月26日的新闻发布会上，“蛟龙号”被介绍为“中国自行设计、集成创新、拥有自主知识产权的第一台深海载人潜水器”。
“设计与总体集成优化技术是自主知识产权的关键，”徐芑南说，“从方案设计，到潜水器的初步设计和详细设计，全部由我国工程技术人员自主完成，总装联调和海上试验也是我们独立完成的。”
在设计过程中，科研人员对国际领先的水下电机、水下推进系统、液压源、高压海水泵等技术原理进行了学习和掌握，在关键技术的配套国产化研究方面，也取得了钛合金超塑成形加工技术、深海浮力材料加工技术等多方面的突破性进展。
“蛟龙号”深潜器最终设计集成了12个系统，徐芑南说，其中，关系到乘员安全的生命支持系统、关系到整个潜水器安全的抛载机构等关键部件，是中国自行研制的，并为此获得了授权专利45项，受理专利25项，软件著作权3项。
生命支持系统可为3名下潜人员提供水下的供氧、收集潜水员呼出的二氧化碳，正常情况下可保证3人12小时生命安全，应急情况下提高到3人84小时。
“研制工作的突破形成了潜水器的四个技术特点，”徐芑南介绍，“蛟龙号”具有世界上同类型载人潜水器最大下潜深度7000米；具有针对作业目标稳定的悬停定位能力；具有先进的水声通信和海底微地形地貌探测能力；配备多种高性能作业工具，能够在特殊条件下完成复杂任务。
“作为原型机，蛟龙号也引进了国内还无法加工生产的部分部件和材料。其中，机械手、灯光设备等引进自美国，成像设备等引进自日本。”徐芑南告诉《中国新闻周刊》记者，“同时，我们正在进行引进部件的国产化研制，为下一步的应用做准备。”
(本文来源：中国新闻周刊 作者：王家敏)