海底“挖土豆”神器

雷浩

同學們，你們挖過土豆嗎？圓滾滾的土豆長在地下，挖土豆時先澆水浸濕土壤，再用鏟子小心翼翼地把土豆挖出來，盡量不要把土豆挖爛，然后嘛，土豆挖出來了，就可以準備各種土豆美食了。

如果我告訴你們，海底也有天然“土豆”，你們會不會很吃驚？這些“土豆”要更硬，不怕磕碰；它們富含銅、鈷、鎳、錳、鐵等多種元素，“營養價值”要更高，可謂“海底寶藏”。它們分布在海底的一片片區域，就像土豆長在田里一樣。海底的“土豆”大的直徑有25厘米，像籃球那么大；小的直徑只有0.5厘米，像黃豆那么小。因為長在海底，所以它們周圍的“土質”非常松軟，挖它們就省掉了弄松土壤這一道工序。你們是不是已經躍躍欲試，想要去海底挖寶藏啦！

等等，先別急。其實，這種天然“土豆”叫錳結核，它們“長”在海底深處，例如南海海底1300米處。這么深，難道要乘坐潛水艇去挖錳結核嗎？

不不不，科學家已經想好辦法了，那就是使用無人深海采礦車。這種采礦車既像坦克，又像推土機，前端裝了一個大型“吸塵器”。深海采礦車被放到海底后，它首先用“吸塵器”把深埋海底的錳結核吸進車里，然后儲存在集礦艙里，最后通過管道傳送到海面的采礦船上。深海采礦車在海底邊走邊吸，哪里錳結核多就往哪里去，它不僅能自動規避海底障礙物，還能在無人操作的狀態下按照預定軌跡行駛，作業結束后再慢悠悠地浮到海面，回到采礦船上。是不是很神奇呢？

但其實深海采礦車在研發和應用中遇到了很多難題。

一是深海采礦車與采礦船不能失去聯系。深海采礦車所需的動力電、通信信號都需要線纜傳輸。隨著深海采礦車進入幾千米深的海底，線纜長度需要萬米以上。

二是深海采礦車面臨著深海壓力和海水腐蝕的雙重考驗。

三是深海環境復雜。海底凹凸不平，又很松軟，而深海采礦車稍不注意就會打滑、下陷，甚至掉下陡坡。

另外，由于海水的阻隔，深海采礦車使用衛星定位系統也非常困難。這種幾噸到幾十噸重的大家伙一旦在海底出了狀況，救援難度可想而知。

我國自主開發深海采礦車經歷了實驗室研究、湖底測試和海底測試三個階段。

20世紀90年代中期，第一代采礦車的實驗室樣機誕生了，它是個8噸重的大家伙，4米長，3米寬，2米高，每秒行進1米，能爬上15°的坡，越過高度0.5米的障礙物，跨過寬1米的溝，轉彎半徑15米。這些參數在當時世界范圍內的實驗室樣機中是很先進的，但它也有一些設計缺陷，例如線纜經常纏在一起，過于依賴視覺操縱等。

2001年，采礦車的研發進入湖底測試階段，這時的采礦車變成了一個30噸的巨型機械，經過在云南撫仙湖湖底130米深度的測試，科學家發現采礦車既不好控制，又容易陷住，作業效率不理想。

2018年，“鯤龍500”海底采礦車在我國南海500米深度成功完成測試。它的大小、重量和一代機差不多，攻克了海底稀軟底質上行駛、海底綜合導航定位等關鍵技術難關，甚至在海底走出了一個單邊長度為120米的“中國星”圖案。

2021年4月，上海交通大學海洋工程團隊研制的深海重載作業采礦車樣機，完成了1300米深度的海底智能行進與路徑跟蹤、海上布放回收等一系列試驗。新型采礦車轉彎半徑只有5米，實時行進軌跡與事先規劃的S形目標路徑高度吻合，最大誤差僅0.4米。

我們期待著國產深海采礦車早日實現商用，真正成為打開海洋礦產寶庫的“金鑰匙”！