萬步炎 逐夢深海的勘探先鋒

從0.7米到231米，從推開深海一條門縫，到打開深海一扇大門，從事科研30多年來，萬步炎帶領團隊一次次刷新海底鉆機鉆深紀錄，克服重重困難，在深海勘探領域，沖出了一條屬于中國人自己的路。

他像“海牛”的鉆頭一樣，鉆透一切困難。他帶領團隊，實現了我國海底鉆機裝備與配套地質鉆探技術的突破。

從0.7米到231米，從推開深海一條門縫，到打開深海一扇大門，從事科研30多年來，他帶領團隊一次次刷新海底鉆機鉆深紀錄，克服重重困難，在深海勘探領域，沖出了一條屬于中國人自己的路。

他，就是湖南科技大學教授、“海牛”項目首席科學家萬步炎。

2023年5月22日，中宣部向全社會宣傳發布萬步炎同志先進事跡，授予他“時代楷模”稱號。

“國家的需要就是我的研究方向”

1964年1月，萬步炎出生在洞庭湖畔的湖南省岳陽市華容縣。外公是紅軍烈士，“家國”二字從小就深深刻印進萬步炎的心里。

1978年，14歲正讀高一的萬步炎提前參加高考，填的志愿全是名校的航空航天和天文學專業。后來萬步炎卻被調劑到了中南礦冶學院地質系探礦工程專業，這一“鉆地”，就是7年。1985年，萬步炎從中南礦冶學院地質系探礦工程專業研究生畢業，被分配到長沙礦山研究院從事陸地礦產的勘探開發工作。

“上天”“鉆地”是“陰差陽錯”，“入海”卻是主動抉擇。根據聯合國海洋法公約規定，公海礦產資源誰有能力先勘探，誰就具有優先開發權。彼時，發達國家在四大洋“跑馬圈地”，我國卻因海洋技術落后，只能望洋興嘆，甚至對自己領海內的海底資源儲量和分布都知之甚少。

為了擺脫在這一研究領域的窘境，長沙礦山研究院開始組建海洋采礦研究室，并找到萬步炎，問他有沒有興趣加入。“國家的需要就是我的研究方向，雖然我沒有干過，但是我愿意試一下。”就這樣，沒能“上九天攬月”的萬步炎有了“下五洋捉鱉”的機會。

不過雄心勃勃“下了海”，卻未曾看到一朵“浪花”。限于當時的研究條件，他只能做些海洋采礦的理論研究。

1992年3月，萬步炎得到機會去日本進修，學習海洋采礦揚礦技術。那時，我國的海洋研究和人才培養才剛剛起步。“日本人都覺得中國來的學者不行，即便看到我交出的成果很好，也經常說‘你只是一個特例，中國人整體水平還是不行’。”這段經歷，深深刺痛了萬步炎。

憑借獨特的創新見解和超強的動手能力，在進修結束時日方愿以高薪挽留他：“你很優秀，可惜你們國家海洋技術研究整體實力薄弱，留下來吧。”

“中國人為什么不行，憑什么說不行？我不認為我比他們差，甚至我感覺可能比他們還優秀一點。”萬步炎心里極不服氣，沒有絲毫猶豫，毅然回國，并暗暗發誓：一定要努力，讓海洋勘探技術趕超國外。

回國后的一次科考，更徹底影響了他的科研路徑。

“既然別人‘卡脖子’，我們就闖出新路子”

1998年，34歲的萬步炎終于第一次登上遠洋科考船“大洋一號”，協助開展設備海試。整整一周時間，暈船的他吐得昏天暗地。比暈船更讓他難受的，卻是眼前看到的景象：小到塑料取樣管、大到絞車，竟然都是從國外進口的。令人更為沮喪的是，國家花重金從國外租的海底鉆機，試驗鉆探整整一個航次，結果顆粒無收。

“如果一直應用國外的設備，我們就永遠無法走出‘科技自強’的腳步。”面對國家需要和受制于人的不甘，萬步炎下定決心：科技的進步、國家的強大，要靠我們自己，必須研制出我國自己的深海鉆探設備。“既然別人‘卡脖子’，我們就闖出新路子！”

在深海探測領域，海底鉆機相當于天文學家的天文望遠鏡。它雖然只是一個工具，卻直接關系著人類對海洋的探索能走多遠。西方不賣海底鉆機，租的又不中用，痛定思痛，我國決定自主研發深海鉆探設備。1999年，經過公開招標，萬步炎所在團隊接下了任務。

然而，研發過程困難重重。在水深大于3000米的海底，一塊指甲大小的面積就要承受300千克的壓力，鉆機如何承受如此高壓？重達數噸的鉆探設備放入海底，看不見摸不著，鉆機靠什么去“看”？海底地形復雜，巖層有的硬、有的軟，鉆機怎么鉆取巖芯，保證樣品的精確性？

為此萬步炎一天只休息三四個小時，不是在書房就是在實驗室，自學機械設計、電子技術和自動控制、計算機軟件等知識，邊學邊干，從原理到零部件設計，再到制作成型，試驗、失敗、再試驗……

“難題不解決，晚上就不回去”，深海鋰電池技術、深海控制與視頻圖像傳輸技術、深海液壓技術、深海電機與變電技術，萬步炎一項一項逐漸掌握了深海鉆機制造的“密碼”。

2001年，中國人自己制造的第一臺海底鉆機誕生了。帶著4.5噸的樣機，萬步炎和團隊成員意氣風發地登上科學考察船，準備第一次下鉆作業。不過難題又來了，樣機上了船卻下不了海。科考船是從國外買的，說明書說其收放架可承載5噸的重量，誰知到了船上一測，只能承載2.5噸，已經運到太平洋的樣機因超重無法下海。

4.5噸的設備要減掉2噸，其難度不亞于重新做一個。萬步炎咬著牙，經過1000多個日夜的科研攻關，最終在2003年夏天海試成功——我國首臺深海淺層巖芯取樣鉆機在海底下鉆0.7米，打下第一個“中國孔”，取回了礦石樣本。

“面向大海，腳踏實地”

中國海底鉆機邁出了挺進深海的第一步，但對萬步炎來說，這還遠遠不夠，他希望下鉆距離深一些，再深一些。

第一臺鉆機放下去，只能鉆一個孔取一次芯。2005年，萬步炎團隊成功研制出世界首臺“一次下水多次取芯”的富鈷結殼專用鉆機，從海底傳回的圖像也由黑白升級為彩色。

2007年，研制出2米深海鉆機；2010年，研制出20米深海鉆機；2015年6月，研制出的深海鉆機在3000米深的海底下鉆60米，突破了國際公認難以跨越的50米難關，我國成為世界上第4個擁有該項技術的國家。在黑暗幽深的海底，萬步炎走出了一條從未有人走過的中國道路。

“當時上海交通大學研制的水下機器人叫‘海馬’，我們就給鉆機取名‘海牛’。”萬步炎風趣地說。

海底地形復雜，巖層有的硬，有的軟。萬步炎讓“海牛”“長”出3條“腿”，扎進巖層，沉穩著陸；又配備了3張“嘴”，3種不同類型的鉆頭，既可取硬巖巖芯，也可取海底沉積物，還可進行原位探測。這也是萬步炎團隊的首創，就是國外也無此項技術。

以前操作“海牛”，一個命令一個按鍵，完成一次作業需要好幾個人不眠不休地守著。萬步炎琢磨著要給“海牛”裝上“大腦”。

起初，他們將這項工作外包給專門做程序的服務團隊，但花費昂貴，效果也總不如意。“自己干！”萬步炎買了厚厚一摞書，邊學編程語言邊自己摸索編程。

“那段時間，他把臥室變成了辦公室，累了倒頭就睡，醒了埋頭又干。”萬步炎的妻子劉淑英回憶。就這樣，不到半年時間，萬步炎成了“編程專家”，親手寫出了幾十萬行程序代碼，讓“海牛”擁有了聰明的“大腦”，按一個按鍵執行一套指令，一次作業一個人就可輕松操作。

從海底表面至數百米深度的地層中，深藏著一種極具戰略意義的未來能源——可燃冰，但其保存條件極為苛刻。彼時，全世界只有美國、德國和澳大利亞3個國家的深海鉆機能夠完成可燃冰的勘探，卻無法做到全程保壓取芯。因為中國沒有相關技術，面臨著我國公海海域可燃冰儲量分布被國外首先掌握的巨大風險。

“自己國家的資源，卻沒有自己的技術可以開采！”面臨窘境，2015年，萬步炎把目標瞄準了可燃冰的勘探，著手研發屬于中國人自己的，能夠實現海底工程地質勘探、全程保壓取芯的鉆機系統——“海牛Ⅱ號”。

為了摸索出一套創新路徑，萬步炎憋著一股勁兒，和團隊成員們在工廠把控每一個細節，一遍遍地進行測試。鉆機上有上萬個零部件，關聯的部件上百個，萬步炎對每一個零部件的要求都是必須分毫不差。

其中一個精密零件在寧鄉一家工廠制作時，花了三四天，返工了七八次，仍達不到設計要求。萬步炎聽說后，冒著瓢潑大雨，立馬開車從湘潭趕到寧鄉，當面指導師傅們如何加工。

這次做出來的零件，精度離設計只差兩個微米，相當于頭發絲的1/50，團隊成員們覺得差不多了，但萬步炎堅決不同意：“必須確保水下作業萬無一失。”他指導師傅們更換加工方法，在加工了4個小時后，終于把零件分毫不差地做出來。此時，已經是次日凌晨兩三點。

整整6年的時間，他們嘗試了上百種方法，試驗過26種材質，進行過5次迭代升級，終于為中國的深海打造出了一只無與倫比的“海底神獸”——高7.6米、腰圍10米、體重12噸的“海牛Ⅱ號”。

2021年4月7日晚，“海牛Ⅱ號”悄然下潛，游至南海2000米的水下，鉆機成功下鉆231米，保壓取到了可燃冰。這不僅填補了我國海底鉆深超過100米、具備保壓取芯功能的深海海底鉆機裝備的空白，還一舉刷新了世界深海海底鉆機的鉆深紀錄。

從0.7米到231米，從推開深海一條門縫到打開深海大門，從難以望其項背到實現技術超越，從此，中國也具備了海洋資源全覆蓋的勘探能力。廣袤的藍海，向中國敞開了懷抱。

那一刻，萬步炎任幸福的淚水在臉上流淌。“面向大海，腳踏實地！”萬步炎激動地說道。

“我們要像海牛的鉆頭一樣，鉆透一切困難”

桀驁的大海，喜怒無常。海試的每一分每一秒，萬步炎都如同斗士。

2005年，萬步炎率領的科考隊在墨西哥灣遭遇12級狂風，十幾米高的巨浪，好像隨時要掀翻科考船。“讓暴風雨來得更猛烈些吧！”萬步炎站在甲板上，大聲呼喊著，和大家斗志昂揚地度過了驚魂動魄的一天一夜。

用鋰電池供電鉆機，取3次芯就沒電了。2003年，國內科考船上裝備了鎧裝光纖動力復合電纜，但電壓高達3300伏，不了解其性能，幾年都沒人敢用。2008年，萬步炎第一個“吃螃蟹”。鉆機下潛到1000米，絕緣值時高時低，隨時可能漏電。“危險！”萬步炎拔腿沖向絞車間，發現是膠帶問題，迅速搶修好，順利完成海試。

2021年3月，“海牛Ⅱ號”在完成一次1000米級水下測試后準備返程。不想，問題總比預料的多。一臺進口配套收放絞車系統出現故障，絞車負責排纜的絲杠從軸承座中脫出，減速箱箱體破裂，成了碎片。當時鉆機懸吊在1000多米深的水下，上不來也下不去，無法從水下收回。

屋漏偏逢連夜雨。當日氣象預報警示臺風即將到來。這意味著，他們只有48小時的時間用于回收設備，否則只能砍斷纜繩撤離逃生。但后果是“海牛Ⅱ號”只能石沉大海，將帶來幾千萬元的損失。

絞車是進口的，他們緊急向丹麥廠家求助，答復是“愛莫能助”；聯系國內代理商上船修復，稱“無能為力”。難道只能砍斷纜繩，把價值幾千萬元的鉆機丟棄在海底？

“多少大風大浪都過了，我們自己修！”萬步炎鎮定自若。

他帶領團隊嘗試了各種辦法，最后決定構建一個液壓系統替代原有電動系統損壞部件的工作。經過近30個小時的奮戰，他們搭建安裝好臨時系統，在臺風來襲前兩個小時，成功將懸在深海中的鉆機“救”上船，順利返程。

“我們要像海牛的鉆頭一樣，鉆透一切困難。”萬步炎說。

國家專利125項、國際發明專利16項……萬步炎和他的團隊瞄準“卡脖子”技術奮勇攻關，堅持自主之路，將深海鉆機關鍵核心技術牢牢掌握在中國人自己手中。

“國之所需，吾之所向！”萬步炎又把目光投向了“海牛Ⅲ號”的研制，“挑戰萬米級水深地質鉆探取樣，是我們團隊的下一個目標。”

“走進海洋是專業課，吃苦耐勞則是必修課”

30余年的科研工作，讓萬步炎驕傲的，除了海底鉆機鉆探深度的一次次突破，還有為我國海底鉆機事業培育了急需的專業人才。

萬步炎有一個“兩課”理論，他說，“走進海洋是專業課，吃苦耐勞則是必修課”。他培養學生有個“硬杠杠”：無論是碩士還是博士，到了海上、進了實驗室，都得拿起錘子、扳手、電焊，跟著他像工人一樣干活。

萬步炎介紹，實驗室內無法完美模擬海上現場狀況。每年，團隊都有大量時間在海上度過。科研設備的問題，在船上最容易集中顯現。如何在最短的時間里排除故障，考驗學生的實踐水平和知識的遷移運用，因此，每每遇到問題，萬步炎都盡量交給學生去解決。“細節決定成敗”，他常對學生說，細節沒處理好，實驗結果可能完全不同。要把細節落實到位，出現問題找清楚原因，不要隨便放棄任何一個方案。

“海洋研究離不開大海。每次出海時間長，生活艱苦，日子也相對單一枯燥。我對學生最基本的教育，就是要獨立、不怕吃苦。海上科考不分晝夜，故障出現不挑時間，所以我們包括學生，都會分成幾個小組連班倒，碰上緊急情況，誰都沒得休息。在海上要克服暈船問題，還得像工人一樣該掄起工具時絕不手軟。”萬步炎說。

這就是他給學生上的另一堂“吃苦耐勞”課。

此外，萬步炎還有一大愛好，就是開“海上講堂”。通常，出海前，他都會為學生準備講座內容，包括海洋研究、天文、量子力學、相對論，甚至音樂，一來豐富學生的知識面，二來幫助學生減少海上生活的枯燥感。

截至目前，萬步炎團隊培養了8名博士和42名碩士。這些學生，都已成為“鉆”在我國海洋事業上的一顆顆螺絲釘。

“面向大海，腳踏實地”，這是萬步炎的人生信條，也是他對每一位學生的要求。2010年，懷揣著為海洋地質勘探培養后備人才的初心，萬步炎來到湖南科技大學擔任教師。“帶學生，做項目，我更希望培養他們動手解決問題的能力。”萬步炎說，“科研工作者不僅應該在基礎研究領域‘顯山露水’，也要在國家富強、民族復興中體現價值，把論文寫在祖國大地上。”

回顧30余載的科研之路，萬步炎把自己全部的心血都放在了祖國的海洋勘探事業上，他稱自己是“養牛專業戶”，他堅信：只要中國的“海牛”能在海底大顯神威，中國深海勘探就能真正在技術上領先世界、實現彎道超車。

而談起自己未來的發展目標，萬步炎直言：“牛有鉆勁、有干勁，我這頭牛還要給國家多作貢獻。”