王燕萍



曾幾何時,“可上九天攬月,可下五洋捉鱉”是中國人民探索海空世界的兩大共同夙愿。隨著神州飛船幾度遨游太空,我們認知璀璨星河的腳步不斷加快,但直到20世紀末,中國對海洋資源的開發利用還處在淺海領域,進行海洋航運、海洋捕撈、海產養殖、灘涂開發等,對深海的探索還有所欠缺。深海是人類發展的資源寶庫,更是維護國家海洋權益的主戰場。建設海洋強國,深海裝備必不可少,載人潛水器無疑是最重要的組成部分。隨著蛟龍號載人潛水器的成功研制,中國人在探索無窮奧秘的深海之路上邁出里程碑式的重要一步。它創造了世界上同類型載人潛水器的最大下潛深度紀錄——7062米,意味著我國已具備在全球99.8%以上海域開展深海資源研究和勘查的能力。它的誕生,是我國深海事業發展取得的重大標志性成果,吹響中華民族進軍深海的號角。這表明在中國特色社會主義新時代,中國人完全有能力實現中華民族的海洋強國夢。
緣起:中國走向深海之路
深海蘊藏著豐富的資源,是人類未來發展的藍色空間。想要探索深海,開展深海科學研究、深海資源調查,就必須擁有先進的深海技術裝備。載人潛水器因為具有“載人”功能,能夠使科學家直接進入深海開展科考活動,所以廣受世界各國重視。人類利用它探索海洋已有50多年,技術發展經歷了多次飛躍。它體現著一個國家的綜合技術力量,也體現著海洋技術開發的最前沿與制高點。
中國載人潛水器的研制始于1971年。當時,結合軍事援潛救生的需要,有關部門啟動了中國首個載人潛水器的研制工作。1971年3月,海軍和六機部在武昌造船廠成立了深潛救生艇研制工作組(即7103研制工作組),由上海交通大學、哈爾濱工程大學船舶工程學院、華中工學院(今華中理工大學)及武漢造船廠等科研院校和有關單位人員參加,負責深潛救生艇的制造。經過艱苦奮戰,研制工作組于1976年完成深潛救生艇的總體研制和設計工作,并將其命名為7103深潛救生艇。之后又經過生產、改進和海試,1986年6月,終于在南海上完成模擬濕救、深潛和對口干救等試驗,使中國成為繼美國1979年5月深潛救生艇(DSRV)對口試驗之后的第二個在海上完成該試驗的國家。其間,科研人員反復改進和完善艇上自主研制的新裝設備,如操控系統、水聲定位、水下導航、動力系統、水下機械、固體浮力材料和專用儀表等。1986年6月27日《解放軍報》 在頭版報道:“我國第一艘深潛救生艇完成試驗,深潛救生艇研制成功,填補了我國深潛技術的空白,是一項重大的科研成果,從而使我國在研制深潛救生艇的許多關鍵技術領域跨進了世界先進行列。”
7103深潛救生艇長14.88米、寬2.6米、高4米,排水量35噸,最大下潛深度600米,于1988年正式投入使用。因為艇上加裝有電視聲成像聲納、定位聲納以及機械手等設備,使得其還能兼顧海洋調查和海底勘探等任務。1989年,該艇獲得國家科學技術進步獎一等獎。可以說,7103深潛救生艇是我國研制深海潛水器的先驅。但它在技術上還存在著一些不足,如側推能力低、橫傾能力不足、缺乏大的觀察窗、可靠性差等,使其在實際使用中存在較多限制。之后,中國又成功研制了一臺移動式救生鐘和兩臺“單人常壓潛水裝具”之類的援潛救生專用裝備。
20世紀七八十年代,一些發達國家為探尋、開采海底油氣資源展開一輪又一輪的“探海行動”。這一時期,國際載人潛水器的發展非常迅速。1964年美國研制的阿爾文號,經1974年改進后,下潛深度達到4500米。同類型潛水器還有1985年法國研制的鸚鵡螺號、1987年俄羅斯與芬蘭聯合研制的和平1號與和平2號(研制于2009年)、1989年日本研制的深海6500號。
為趕超國際先進水平,中國科學家把目光投向研制大深度的載人潛水器。1992年至1993年,中國船舶科學研究中心向國家科委提交應開展大深度載人潛水器研制的建議書,但因種種原因申請一直未獲批準。
20世紀末,隨著中國大洋協會在國際海底調查研究工作的深入,對載人潛水器的應用需求越來越迫切。進入21世紀后,中國大洋協會組織國內海洋地質、海洋礦物資源、海洋生物資源等領域的院士、專家,舉行深海運載裝備需求論證會,形成初步的論證報告。2001年1月,中國海洋界10位院士和15位教授級專家以及發改委、財政部、科技部、外交部有關領導匯集一堂,深入探討,達成研發大深度載人潛水器的共識。
2001年6月,時任科技部部長徐冠華到中國船舶重工集團公司第七〇二研究所視察并聽取載人潛水器研制的相關技術匯報。隨即,科技部高新技術司著手開展立項論證的有關工作。12月,中國大洋協會、中船重工七〇二所、七〇一所,中科院沈陽自動化所、聲學所等單位的專家編寫完成《7000米載人潛水器總體方案論證報告》。2002年4月,國家海洋局向科技部報送了《關于啟動7000米載人潛水器重大專項的請示》。6月11日,經科技部批準,該項目作為國家“十五”863計劃之一被正式立項。從此,中國研制大深度載人潛水器工作駛上快車道。項目立項之后,由中國大洋協會具體負責項目的組織實施。北京、無錫、沈陽等地100多個科研機構和企業的科學技術人員、工程技術人員、后勤保障人員,迅速匯成龐大的載人深潛項目團隊。
研制:大國重器橫空出世
作為一項涉及眾多深海科技領域的系統工程,中國載人深潛項目包括蛟龍號載人潛水器本體、母船及水面支持、潛航員選拔與培訓、應用體系等4大系統;載人潛水器本體系統又被劃分為總體、結構、舾裝、電力與配電、推進、水聲、生命保障等12個分系統。載人潛水器的研制任務艱巨而繁重。
項目立項時,七〇二所組建起一支由徐芑南為總設計師、崔維成為項目負責人和第一副總設計師的老、中、青三代研究人員組成的科研攻堅隊伍。
徐芑南,1936年出生于浙江鎮海,1958年從上海交通大學船舶系畢業后,被分配到船舶研究所,做潛艇模型的水動力試驗,接著又承擔起水下潛艇結構的研發任務。20世紀80年代,隨著我國潛艇技術轉向民用和海洋工程的發展,對潛水器的需求越來越迫切,徐芑南開始了他的總設計師生涯,取得多項重大成果。后于1998年退休。
2000年12月的一天深夜,正在美國與兒孫團聚的徐芑南接到中國工程院院士、七○二所原所長吳有生的電話:“7000米載人深海潛水器立項了,我們想來想去,這個總師非你老徐來當不可!”徐芑南激動地說:“從1992年開始,我就在做7000米載人潛水器研制的準備工作。我想圓這個夢!我可以!”但家人并不同意。因為他患有嚴重的心臟病、高血壓,還有偏頭痛,一只眼睛僅存光感。參加6000米無纜自治水下機器人的海試歸來時,查出他的心臟一天早搏16000多次,怎能再去肩負如此繁重的任務!可他說:“我一思考潛水器的問題,頭就不痛了,不思考就痛。還是接下這個任務,讓我感覺舒坦。”他的九旬老母親說:“你去做吧!不做你會生病的。”
“國之所需,我之所向”,是所有科研人員以所學報效祖國的神圣擔當,這也是徐芑南搞深潛科研的初心和動力。他曾解釋說:“當時,世界上只有美國、法國、俄羅斯、日本等國相繼研制成功了5艘深海載人潛水器,這些潛水器到達范圍遍及海洋的大陸坡、海山頂、火山口、洋脊以及6500米深的洋底,在地質、地球化學、地球物理和海洋生物等方面取得了大量的重要發現。”他看在眼里急在心上,明確表示,在載人深潛領域,中國不能做一個“旁觀者”。
在載人潛水器的研制過程中,沒有可參考的模型,沒有可供了解相關工藝和技術的資料,甚至連制造材料都不知道該去哪里找;即便是電纜、插頭或者水箱這樣一些小部件,當時國內都沒有研發。為了盡快趕上世界先進水平,實現跨躍式發展,研制團隊適當采購國外現成產品,然后再組織國內優勢單位,對引進部件進行消化吸收并加以開發創新,以提高部件國產化率。同時,研發中還涉及到耐壓結構和密封技術設計、高比強度合金材料的加工成形技術、航行性能優化、水下定位、水下通信、自動控制等多個領域的最前沿技術,他們聯合國內上百家科研機構集智攻關。
面對蛟龍號要求實現的多種多樣的功能和性能,徐芑南等帶領科研人員在國內首次將多學科設計優化理論應用于潛水器的設計,提出“計算分析、專家咨詢、樣機試驗、實物考核”的研制程序和設計準則;為統籌組織好載人潛水器12個分系統的工作,他們協調和固化各分系統之間的技術接口和管理接口,平衡了不同要求之間的矛盾,并將每一個分系統的時間節點、約束條件、支撐性能串連起來制成表格,按表工作,提高了效率和質量。
蛟龍號有十幾萬個零部件,組裝起來最大的難度就是確保密封性,精密度得達到“絲”級。1絲,只有0.01毫米,即一根頭發絲的1/10。2004年蛟龍號開始組裝時,憑借能把精密度控制在“兩絲”的絕活兒,顧秋亮被抽調到這個項目上擔任裝配組組長。顧秋亮,1955年生于江蘇無錫,17歲進入七〇二研究所,在鉗工安裝及科研試驗工作方面已經工作了30多年,經驗豐富、技術過硬,先后參加和主持過數十項機械加工和大型工程項目的安裝調試工作。安裝載人艙的觀察窗玻璃,是組裝蛟龍號時最精細的活兒。載人艙設有3個觀察窗,安裝玻璃時不能與任何金屬儀器接觸,因為一旦摩擦出一個小劃痕,在深海的高壓之下玻璃窗就可能漏水甚至破碎,危及下潛人員的生命。顧秋亮依靠多年的經驗判斷,反復琢磨試驗,終于成功地為蛟龍號裝上明亮的“眼睛”。
經過6年艱辛奮戰,2007年8月底,曾經無數次在圖紙上、腦海里、夢境中見到的蛟龍號載人潛水器,終于完成總裝。它長8.2米、寬3米、高3.4米,重22噸,外形酷似鯊魚,有著白色橢圓形的“身體”、橙色的“頭頂”,身后裝有一個X形穩定翼,在X的四個方向各有1個導管推力器。內部的載人艙呈球形,最大荷載量為240公斤,可同時運載3名潛航員。最大時速可達25海里,巡航時速為1海里。它是我國首臺自主設計、自主集成研制的深海載人潛水器。令人引以為豪的是,一些關鍵部件和系統都實現了國產化,如充油銀鋅蓄電池、生命支持系統、應急拋載裝置、高速水聲通信、水聲電話、測深側掃聲納、運動控制系統……
海試:中國深度震撼世界
從載人深海潛水器的初步設計思路、詳細設計方案到總裝聯調、水池試驗,從母船的甄選到高標準改裝,從潛航員的公開選拔到集結培訓,載人深潛團隊終于迎來海試。在2009年至2012年的海試過程中,經313個項目測試,蛟龍號全部達到設計指標。2012年6月27日,更是創下7062米的中國深度,同時也是國際同類作業型載人潛水器的深潛紀錄,標志著中國成功地擠進國際深海載人“高技術俱樂部”。
蛟龍號進行海試的母船是“向陽紅09”船。它是1978年由上海滬東造船廠自行設計、建造的4500噸級遠洋科學考察船。2006年,因籌劃開展載人深潛試驗而為蛟龍號尋找母船時,我國大噸位的遠洋科考船屈指可數,已有近30年船齡的“向陽紅09”船被深潛項目組選中。
2007年11月,中海集團立豐船廠對“向陽紅09”船實行了工程浩大的增改裝工程,使之適應蛟龍號搭載和科考人員各種測控工作需求。
2009年8月6日上午9時,在江蘇省江陰市蘇南國際集裝箱碼頭,蛟龍號1000米級海試拉開序幕,由海試總指揮劉峰帶領的96人組成的海試團隊,按照“由淺入深,邊試驗、邊改進、邊應用”的海試方針,將1000米級海試分為50米、300米和1000米3個階段進行。
50米海試是蛟龍號海試的第一潛。雖不算深,但海試團隊還是制定了嚴密精細的應急預案,確保萬無一失。8月15日,尾隨臺風莫拉克余威的“向陽紅09”船抵達50米試驗海區,崔維成和張東升、唐嘉陵乘坐蛟龍號經過11次下潛,圓滿完成50米海試。經測試,蛟龍號與母船布放回收系統之間的適配性達到預期效果。
之后的3年里,蛟龍號接連完成1000米級、3000米級、5000米級、7000米級海試任務,不斷刷新下潛深度紀錄:1109米、3759米、5188米、7062米。
2010年5月31日,蛟龍號載人潛水器出征3000米級海試。這次海試,共完成17次下潛,最大深度達3759米。成功實現坐底、巡航、插置國旗、布放“中國載人深潛紀念”和“龍宮”標志物,完成保壓水樣、獲取生物樣品、海底高精度測候等多項作業。
2012年6月3日,海試團隊再次踏上迎戰7000米級的新征程。6月中旬,在馬里亞納海溝附近海域,蛟龍號在第49次海試中下潛到7020米的海底,取回豐富的生物樣品并帶回高清錄像,成功開展近底巡航和照相、攝像以及海底微地形地貌精細測量,完成了沉積物取樣、水樣取樣、標志物布放等作業。
這次下潛,還歷史性地展開海天對話,在7000米海底的潛航員葉聰、劉開周、楊波,通過水聲電話與天宮一號上的航天員景海鵬、劉旺、劉洋相互表達了問候和祝福。這段穿越空間的海天對話,是我國載人航天、載人深潛事業取得輝煌成就的閃耀時刻,實現了中國人“可上九天攬月,可下五洋捉鱉”的宏偉夢想。在隨后的海試中,蛟龍號下潛至7062米,刷新作業型載人潛水器的世界紀錄,在大洋深處鐫刻下中國深度,世界為之驚嘆!海天同慶!舉國歡騰!
這些海試紀錄,反映出中國自主研制的蛟龍號在多項高端技術的創新與突破:第一,具備先進的無動力下潛、上浮技術和近底自動航行、懸停定位功能,使蛟龍號可以克服自身晃動、海底洋流等干擾,便于目標搜索和定位;第二,具有高速水聲通信功能,可將圖像、語音和數據從深海實時傳輸到地面,實現海底微地形地貌探測。“蛟龍”與“神九”能實現海天對話,靠的就是高速水聲通信技術;第三,我國自主研發的充油銀鋅蓄電池,與國外同類潛水器相比,容量大了兩倍,保證了水下作業時間。
研發是過程,應用才是目的。2013年起,蛟龍號進入試驗性應用階段。作為我國正在應用的唯一一艘能下潛7000米的載人潛水器,蛟龍號在探索深海中具有重要的現實意義和經濟價值。在5年的試驗性應用階段,蛟龍號下潛100多次,像是一輛深海“出租車”,搭載450余人次科技專家親臨南海、太平洋、印度洋海底,執行礦區勘探、生態調查和深淵科考等重要任務,例如,中科院深海科學與工程研究所科學家在6000米深的馬里亞納海溝首次發現了活動泥火山等地質現象;國家海洋局第二海洋研究所科學家采集的巨型底棲生物樣品超過以往20年的總和,還發現5個新種;國家海洋局第三海洋研究所獲得300多株菌種資源,發現了多個高溫硫酸鹽還原微生物新種,等等。正因為這樣,蛟龍號的研發與應用獲得2017年度國家科學技術進步獎一等獎。
奮進:鑄就載人深潛精神
海試工作展開后,在一次次蛟龍號向新紀錄勝利沖鋒的同時,載人深潛項目團隊也鍛造出“嚴謹求實、團結協作、拼搏奉獻、勇攀高峰”的中國載人深潛精神。
早在2002年徐芑南領命掛帥中國載人深潛項目后,他不僅帶領科技人員開展技術攻關,而且不顧高齡弱體,參加了蛟龍號1000米級和3000米級的海試。出發時他攜帶的藥品、氧氣機、血壓計等醫療器械都會裝滿行李箱。每次海試都會在海上顛簸兩個多月。海試時,他從不坐在指揮室里,而是值守在水面控制室里,盯著蛟龍號從下水、深潛到傳回訊息的每個過程。在進行5000米級海試時,因航程較遠,根據規定,超過60歲者一律不能跟船出海,他只好遺憾地守在屏幕前收看中央電視臺對蛟龍號下潛的直播畫面。“我的腦海中,經常想象這樣一幅畫面:我們的潛航員駕駛著我國自主建造的深潛器,在大洋深處航行,帶回各種礦物資源、前所未見的物種,造福我們的社會和人民。”他感慨地說,“等到那一天,我覺得我的使命可以算完成了。”
共產黨員的先鋒模范作用在蛟龍號海試中表現得尤為突出。作為我國自主研制的第一臺大深度載人潛水器,由于沒有可供參考的操作規范,蛟龍號的操作流程和各項性能都需要進行大量的海上試驗來驗證和改進。而試驗背后的風險顯而易見,下潛就意味著置個人安危于度外。身為共產黨員的潛航員葉聰、付文韜、唐嘉陵等人,心懷報國之志,以生命之勇沖鋒在前,靠著過硬技能和冷靜心態,一次次駕駛著“蛟龍”遨游于深海。
葉聰,蛟龍號主任設計師和首席潛航員。蛟龍號10余年研制過程錘煉而成的載人深潛精神在他身上彰顯得淋漓盡致。2002年6月,23歲的他成為載人深潛項目最年輕的主任設計師,蛟龍號每個設計階段的總圖均出自他手。同時,葉聰也責無旁貸地想要駕駛潛水器。他認為,作為設計師,不能只靠記錄的數據,只有親自下潛,將多方數據進行有效關聯,才能更好地總結設計方法,提高潛水器的實用性。巧的是,2005年8月,中美兩國首次聯合開展海洋深潛科學考察,中國科學家可以乘坐美國阿爾文號并進行下潛操作。經過重重選拔,葉聰光榮入選,完成兩次2200米深的下潛任務。他成為參與阿爾文號下潛和接受潛航員培訓的第一個中國人。
2009年蛟龍號開始海試后,葉聰當仁不讓地擔負起試航試潛的使命,在3年海試中蛟龍號累計下潛51次,他參與的就達38次,甚至超過職業潛航員,被譽為“深海的哥”。其間,他憑借超強的心理素質,多次有效地處理了潛水器水下故障,保證了潛航員的安全,積累了珍貴的潛航資料。2018年12月,葉聰被授予“改革先鋒”稱號并獲評“載人深潛事業的實踐者”。
總設計師徐芑南曾指出:“團隊中每個人的崗位都很重要。想要確保潛水器在7000米深的海底滴水不滲,每一顆小小的螺絲帽都要擰好,否則后果不堪設想。因此,團隊精神非常關鍵。”有一次,科技部原部長徐冠華上船視察時,看到海試團隊的精誠合作,贊嘆道:“當年‘兩彈一星的精神,我在你們的團隊看到了。”
潛水器裝配保障小組由6人組成,平均年齡55歲。海試以來,他們頂烈日戰暴雨,從潛水器返回母船就開始忙碌,搶時間、搶海情,為了次日試驗常常工作至深夜,完成了一次次拆裝外殼、浮力塊、拋載塊,以及維修等艙外作業,其中的辛苦不言而喻,可他們從未有過抱怨。身為組長的顧秋亮參加了蛟龍號4個階段的全部海上試驗。在第一次海試時,首次出海的他克服極度暈船的艱難考驗,帶領全組在烈日炙烤的60多度高溫的甲板上揮汗如雨,圓滿地完成各項裝配保障工作。那次海試,他瘦了15斤。
2013年5月17日,人力資源和社會保障部、國家海洋局在北京聯合召開中國載人深潛表彰大會。葉聰、付文韜、唐嘉陵、崔維成、楊波、劉開周、張東升獲得“載人深潛英雄”稱號,蛟龍號載人潛水器7000米級海試團隊獲得“載人深潛英雄集體”稱號。這些榮譽就是對中國載人深潛精神的高度肯定。表彰大會前,習近平總書記特地接見了載人深潛先進單位和先進工作者代表,向大家表示熱烈祝賀和誠摯問候,并勉勵大家團結拼搏、開拓奮進,推動我國海洋事業不斷取得新突破,為建設海洋強國做出更大成績。“團結拼搏、開拓奮進”,中國載人深潛團隊正是憑著這種精神,把走向深海的夢想變成現實。
(責編 孟紅)