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蛟龙号深潜器国产化率达58.6% 核心部件不进口

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 “这真是一片奇妙又少见的海底森林,生长的都是高大的木本植物,小树上丛生的枝杈都笔直的伸向洋面。没有枝条,没有叶脉,像铁杆一样。在这像温带树林一般高大的各种不同的灌木中间,遍地生长着带有生动花朵的各色珊瑚。美丽极了!”

  ……

  140年前,法国科幻小说家儒勒·凡尔纳在《海底两万里》中借“鹦鹉螺号”的航行为人们描绘了一个奇幻的海底世界,激发了人们对海底世界的无限想象。1965年,毛泽东主席在井冈山上描绘了中华民族“可上九天揽月,可下五洋捉鳖”的两大梦想。

  今天,当我国第一台自行设计、自主集成研制的载人潜水器——“蛟龙号”——以每分钟37米的速度缓缓下潜,最终在3759米深的海底抛掉压载铁,以零浮力附着海底的时候,中华民族的第二个梦想又如愿以偿!

  中国缔造世界之最

  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资源,它们对人类未来的生存意义非凡。

  从20世纪50年代末到现在,人类利用深海载人潜水器征服海洋已经走过了50多年的历程。

  最初,人们采用深水球和浮力舱相结合的方式逐步进入深海,这就是人类最早诞生的潜水器,也称之为深潜器。这种无航行和作业能力的潜水器的最杰出代表是美国的“曲斯特II”号。

  这种类型的大深度载人潜水器,由于具有很大的浮力舱,又要在海上装载大量的汽油,所以建造与使用均很不方便,而且它在水面和深水的操纵都很困难,活动范围亦非常有限。基于上述原因,此类深潜器以后就没有发展。但人类征服深海的步伐并没有停止,而是将视线转向自由自航式潜水器的研制,即第二代潜水器。目前世界上所说的载人潜水器,一般均指第二代自由自航式载人潜水器。自由自航是潜水器十分重要的发展,它不需要其他水面舰船或其他潜器的帮助便能够在水下自由地航行和运动,既可以自由地上浮,也能够自由地下潜,还可以左右进行水平运动。英国研制的第一艘自由自航式潜水器名字叫“潜碟”,后改叫“SP—350”,1959年下水,可以下潜到305米深处,重量不到4吨,它的诞生揭示了第二代载人潜水器的正式发展。

  20世纪60年代中期,这种载人潜水器得到了迅速的发展。世界差不多每年增加10艘左右的潜水器。此类潜水器的典型代表是美国的“阿尔文”号潜水器,它是下潜次数最多的载人潜水器,迄今为止,已下潜了5000多次。

  此后,随着科技日新月异的发展,载人潜水器的下潜深度不断加深。世界各国也纷纷研制出了各种高性能的载人潜水器,特别是法国、俄罗斯、日本等均已研制成功了此前世界仅有的5艘6000米级深海载人潜水器。这些装备到达的范围遍及大陆坡、2000米~4000米深的海山、火山口、洋脊以及6000米的洋底,充分发挥了科学家在现场的主观能动性和创造力,在地质、沉积物、生物、地球化学和地球物理等方面获得了大量的重要发现。

  中国,作为世界第三大国,是不应该在如此重要的领域中缺席的。经过几代中华儿女的奋力拼搏,2010年,我国第一台自行设计、自主集成研制的设计深度最大为7000米的载人潜水器——“蛟龙号”横空出世了。它的诞生标志着中国已成为世界上第五个掌握3500米以上大深度载人深潜技术的国家!

  此次试航的成功,让所有工作人员信心倍增,他们相信,在不久的将来,待5000米、7000米的海上试验结束后,“蛟龙号”将刷新由日本“深海6500号”在1989年8月创造的6527米的记录,当之无愧地成为载人潜水器的“世界之最”!

  地地道道中国龙

  2009年8月到2010年7月,我国第一台自行设计、自主集成研制的设计深度最大为7000米的载人潜水器——“蛟龙号”先后进行了1000米级和3000米级海上试验。按照由浅入深的原则,下潜深度依次突破了50米、300米、1000米、3000米,直至3759米最大深度。并成功实现了坐底、巡航、插国旗、布放“中国载人深潜纪念”和“龙宫”标志物,进行了获取保压水样、生物样品、海底高精度测绘等多项作业。创造了水下和海底作业9小时零3分的记录。验证了载人潜水器在3000米级水深的各项性能和功能指标。消息传来,举国欢呼。

  华灯初上,当千千万万的中华儿女为这条中国龙举杯欢庆的时候,“蛟龙号”正像一个熟睡的孩子,静静地躺在中国船舶重工集团公司第七O二研究所的一间老式红砖车间里。

  “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。它的外形像一条鲨鱼,有着白色圆圆的“身体”、橙色的“头顶”,身后装有一个X形稳定翼,在X的四个方向各有1个导管推力器。

  它的有效负载220公斤(不包括乘员重量);最大下潜深度7000米;最大速度为2.5节,巡航1节;载员3人;生命支持系统,正常:3×12人时,应急:3×84人时;正常水下工作时间12小时。

  它拥有世界上同类型载人潜水器的最大下潜深度——7000米,这意味着“蛟龙号”可在占世界海洋面积99.8%的广阔海域自由行动;它具有针对作业目标稳定的悬停定位能力,这为该潜水器完成高精度作业任务提供了可靠保障;它具有先进的水声通信和海底微地形地貌探测能力,可以高速传输图象和语音,探测海底的小目标;它还配备了多种高性能作业工具,确保载人潜水器在特殊的海洋环境或海底地质条件下完成保压取样和潜钻取芯等复杂任务。

  在不久的将来,“蛟龙号”将运载科学家和工程技术人员进入深海,在海山、洋脊、盆地和热液喷口等复杂海底进行机动、悬停、正确就位和定点坐坡,有效执行海洋地质、海洋地球物理、海洋地球化学、海洋地球环境和海洋生物等科学考察的任务。

  除此之外“蛟龙号”还可以开展对多金属结核资源进行勘查,可对小区地形地貌进行精细测量,可定点获取结核样品、水样、沉积物样、生物样,可通过摄像、照相对多金属结核覆盖率、丰度等进行评价等;对多金属硫化物热液喷口进行温度测量,采集热液喷口周围的水样,并能保真储存热液水样等;对钴结壳资源的勘查,利用潜钻进行钻芯取样作业,测量钴结壳矿床的覆盖率和厚度等;可执行水下设备定点布放、海底电缆和管道的检测,完成其他深海探询及打捞等各种复杂作业。

  然而,让人感到兴奋的还不仅如此。

  据“蛟龙号”载人潜水器第一副总设计师、中船重工第七O二研究所副所长崔维成介绍,已经没有任何“卡脖子”的进口部件或设备会影响到中国“蛟龙号”载人潜水器今后的应用。从部件数量比例而言,“蛟龙号”目前的国产化率已达到58.6%。“只要国家再有一定的投入,即使国外不再卖给我们任何部件,我们的‘蛟龙号’完全可以用国产部件替代。”

  这意味着,我国的载人潜水器将不再“受制于人”,“蛟龙号”是一条地地道道的中国龙!

  最强龙之队

  高瞻远瞩,执着进取,“7000米载人潜水器重大专项”获准立项

  深海载人潜水器是一个国家综合技术力量的体现,也是海洋技术开发的最前沿与制高点。人类利用它探索海洋已经走过了50年历程,技术发展经历了多次飞跃。一些发达国家为探寻、开采洋底油气资源不断地展开了一轮又一轮“探海行动”。国内外的一些专家开始将目光转向了深海装备技术研究,七O二所的领导和专家也不例外。

  80年代末期,我国深潜器高技术进入了一个跟踪和赶超世界先进水平的时代。七O二所凭借在深海装备领域的技术优势,先后研制出单人常压潜水装具、8A4水下机器人、移动式救生钟等装备。

  怀着一腔报国热情,1992年至1993年间,七O二所向国家科委(现科技部)提出研制6000米级大深度载人潜水器的建议。然而因种种原因,申请一直未获批准。

  20世纪末,随着中国大洋协会在国际海底调查研究工作的深入,对载人深潜器应用需求越来越迫切。新世纪的钟声刚刚敲响,中国大洋协会组织全国海洋地质、海洋矿物资源、海洋生物资源等领域和部门的院土、专家,举行了深海运载装备需求论证会,形成了初步论证报告。2001年1月,国内海洋界10位院士和15位教授级专家以及发改委、财政部、科技部、外交部的有关领导汇集一堂,进行深入探讨,达成研发载人深潜器的共识。

  2001年6月,原科技部部长徐冠华亲自到七O二所视察并听取载人潜水器研制相关技术汇报。科技部高新技术司即着手开展立项论证的有关工作。2001年12月,中国大洋协会、中船重工七O二所、中科院沈阳自动化所、中科院声学所、中船重工七O一所等单位的专家编写完成了《7000米载人潜水器总体方案论证报告》;2002年4月国家海洋局向科技部报送了“关于启动7000米载人潜水器重大专项的请示”。2002年6月11日,科技部批准立项。

  十年的坚持,七O二所迎来了神圣而又艰巨的使命。在国家海洋局的领导和大洋协会的具体组织下,作为载人潜水器总师单位,七O二所将联合中科院沈阳自动化所、声学所负责载人潜水器本体研制任务,同时承担载人潜水器总装与集成工作。一场深海技术领域的攻坚战拉开了帷幕。

  团结奉献,携手攻坚,全力打造中国龙 

  “蛟龙号”载人潜水器立项之初,我国曾研制过的最深潜水器只有600米,从600米到7000米,是一个非常巨大的技术跨越。

  为了完成这次跨越,七O二所组建了一支由退休返聘研究员徐芑南,中年技术骨干刘涛、胡震,青年设计师叶聪、杨申申等老、中、青三代研究人员组成的攻坚队伍,并由时任所长的崔维成担任项目负责人和第一副总设计师,全力支持和配合徐芑南总设计师开展工作。这是一支充满热情的,拥有极强团结协作能力的,具备超强战斗力的团队。

  在载人潜水器的研制过程中,面对该载人潜水器要求实现的多种多样的功能和性能,崔维成打破常规,带领科研人员在国内首次将多学科设计优化理论应用于潜水器的设计,平衡了不同要求之间的矛盾,贯彻了总师组提出的潜水器设计准则;为统筹组织好载人潜水器12个分系统的工作,徐芑南和崔维成,采用经CR-01、8A4研制实践又进一步提高的输入、输出、约束、支撑四要素分析法,协调和固化各分系统之间的技术接口和管理接口。将每一个分系统的时间节点、约束条件、支撑性能串连起来,制成表格,按表工作,大大提高效率和质量。

  在大家的共同努力下,2007年8月底,曾经无数次在图纸上、脑海里、梦里见到的潜水器,终于完成了总装,成型“出炉”了。海试工作随之展开,一道道难题也随之而来。为了全身心地投入海上试验,2006年崔维成主动向集团公司党组提出了改任副所长的请求,获得了集团公司领导的理解和支持。在一次又一次向胜利的冲锋中,七O二所涌现出了一支又一支令人敬佩的队伍。

  2009年8月14日,尾随“莫拉克”台风余威的“向阳红09”船抵达了50 米试验海区,由于台风的颠簸,部分潜航员有晕船反应,到达海区后有害怕的心理。了解到这种情况,分管潜航员管理工作的崔维成同志,临时向现场指挥部请缨,加入潜航员队伍并带头下潜,稳定了潜航员队伍的心理。

  2009年9月13日,1000米级海试进行了第16次下潜,潜水器在335米深处成功完成坐底。海试队员们沉浸在一片喜悦之中。然而问题却不期而来。海试队伍在对潜水器进行维护检查时发现主蓄电池告急。蓄电池是载人潜水器各个设备的动力源,就好像潜水器的“心脏”。“心脏”工作与否直接关系到海试能否继续。此时夜幕已经降临,为了保证第二天的试验就必须更换主蓄电池。海试队伍全体总动员,一直忙碌到凌晨五点多。然而问题并没有得到根治,年迈的银锌电池其中一节,在13日的下潜中由于电流过大发生短路,散出了大量夹带银粉的气体,污染了整个主蓄电池箱,只有对它进行“开刀手术”,除去污染,才能确保良好绝缘,以备再用。

  9月15日,一场拆洗主蓄电池箱的手术展开了。虽然银锌电池内含有汞,这丝毫没有吓退海试队伍的“医师团队。”带上口罩和手套,“手术”即刻进行。医用手套在油中浸泡后容易损裂,海试队员们也顾不上汞中毒,用手直接浸在油中去操作。然而散出的银粉却无处不在,主蓄电池箱一遍遍清洗,阻抗仍很小。这时队员们灵机一动,用生面粉团拍打连接件表面吸收银粉的妙计便生成了。这一方法果然受用,阻抗明显增大。持续一天的“心脏”手术最终在众人的努力中完成了。

  潜水器装配保障小组是海试中感人至深的一支队伍。六人小组平均年龄55岁,这个年龄到海上折腾,恐怕是前所未有的。海试以来,他们不顾烈日的炙烤,在60多度的甲板上挥汗如雨,默默无闻地完成了一次次拆装轻外壳、浮力块、抛载块等舱外作业;这个小组的成员大都是第一次出海,晕船是他们难攻的一道坎,有的成员一碗方便面要分几次吃,一个月的海试体重瘦了整整15斤。但他们认真履行“我的工作无差错、我的岗位请放心”的职责。从潜水器返回母船就开始忙碌,抢时间、抢海情,为了次日试验常常工作至深夜。

  2010年6月23日,电力与配电小组度过了他们在3000米级海试中的又一个不眠之夜。当天晚上队员们进行通电检查时,发现液压系统控制单元与舱内不能正确建立通讯。程斐、杨申申、王磊等海试队员不顾连续两天熬夜奋战的疲惫,迅速投入排查故障原因的战斗中。通过仔细排查潜水器上的每根水密电缆,终于找到了那根因短路发热而鼓起的电缆。待恢复可调试状态时,已是次日凌晨两点。还未来得及松口气,通电检查时新更换的电缆中又发生了芯线短路,一块重要的电路板被烧毁。在一间狭小、简陋的工作室里,面对芯片很小、引脚密密麻麻,改进处理非常困难的情况,杨申申他们沉着冷静,精心拆开、焊接、测试器件,最终将芯片换好并通过测试。这已经是电气与配电小组连续第4天工作至次日凌晨了。

  ……

  这样的故事太多太多,它贯穿于“蛟龙号”研制与海试的始末,正是因为有了这些故事,才有了这条地地道道的中国龙,才有了中华民族的扬眉吐气,才引来了各国的关注,才赢得了世界的赞叹!

  “蛟龙”英雄谱

  崔维成:

  只要心不动,船就不动

  崔维成研究员,现任中国船舶重工集团公司第七O二所副所长,研究员,博士研究生导师, 长期从事船舶与海洋工程结构力学方面的科研工作,在船舶结构极限和疲劳强度预报研究方面有突出贡献。

  1993年,崔维成完成博士后学业,毅然放弃国外优厚待遇和工作条件,选择报效祖国,回到七O二所工作。1999年4月,他入选国家教育部“长江学者奖励计划”,受聘上海交大任首批“长江学者特聘教授”,从事科研与教学。2002年,当他以优异的科研业绩和教学硕果再次通过续聘时,国防科研向他召唤,他又一次选择回到七O二所。

  他科研成果丰厚,在国际国内学术会议和重要学术刊物上发表了350多篇科学论文,多次荣获国家及省部级科技进步奖。先后被评为中国船舶总公司“优秀科技工作者”、“国防科技工业有突出贡献中青年专家”、“中央企业优秀留学回国人员”、“全国优秀科技工作者”,入选我国“新世纪百千万人才培养工程”,是享受国务院政府特殊津贴的专家。他还致力于科研人才的培养工作,指导3名博士后出站,培养了28名博士研究生,19名硕士研究生。

  2003年,时任七O二所所长的他,挑起了“蛟龙号”载人潜水器总体与集成子课题负责人的重担,担任潜水器本体第一副总设计师,同时也是重大专项总体组成员。他主持完成了载人潜水器的总体设计,组织实施了总装联调和水池试验,以及1000米级、3000米海试,在多个方面取得了突出成果。

  “蛟龙号”载人潜水器是一个技术跨越非常大的项目。跨越式发展是我们追赶国际先进水平必须要采用的方式,但要实现跨越,需要克服的困难就比常规的技术途径多很多。因此,载人潜水器在研制过程中需要解决的技术难点很多,有些在陆上相当成熟的技术,如电机、泵、阀之类,到了水下要求体积小、重量轻、耐海水高压和腐蚀,就变得很困难。

  对于“蛟龙号”载人潜水器来说,要求实现的功能和性能是多种多样的。例如,它既要求有技术上的先进性,又要求有工程上的实用性;既要求布置紧凑以提高机动性,又要求有良好的可装配性和可维修性;即要求有足够的安全性,又要求重量尽可能地轻。这些要求之间既充满着矛盾又涉及到很多学科,如何建立它们之间的最佳平衡是一个非常有挑战性的技术问题。这也是潜水器设计中最为核心的技术。我国过去的潜水器设计基本上沿用基于经验性的方法。崔维成敢于打破常规,带领科技人员在国内首次将多学科设计优化理论应用于潜水器的设计,平衡了不同要求之间的矛盾,贯彻了总师组提出的潜水器设计准则。

  载人耐压球壳的强度与疲劳特性对于载人潜水器而言,是个十分关键的问题,直接关系到下潜人员的生命安全。崔维成带领科研人员分别对极限强度、疲劳强度及可靠性进行了研究,首次给出了大深度载人潜水器的设计载荷谱以及疲劳寿命的评估方法。

  2009年8月,载人潜水器奔赴南海进行1000米级海上试验。50米海区是此次海试的第一站,首次下潜极具挑战性。8月15日,崔维成主动请缨,带领两位年轻人进行首次下潜试验。8月16日,崔维成再次下潜,在完成规定的40分钟水面作业后,为给声学系统争取联调时间,完全不顾舱内高温,申请追加30分钟作业时间。在潜水器装满了各种设备和仪器、仅能并排坐下三个人的不足5.6 立方米载人舱球体内,在那样几乎可称恶劣的环境内,他们试验了接近90分钟。崔维成对此很淡然:“作为载人潜水器本体研制责任单位的分管领导和第一副总设计师,下潜是我义不容辞的责任。”他的以身作则,鼓舞了全体参试队员,坚定了大家的信心。

  无论是2009年的1000米级海试,还是2010年的3000米级海试,崔维成都是冲在第一线。身为七O二所参试队领队、临时党委委员和海试现场副指挥的他,处事严谨、踏实认真,认准的目标不会轻易改变,淡泊名利,如他自己所讲:“只要心不动,船就不动”。他深知海洋对于世界、对于中国的意义。

  徐芑南:“中国的宝贝”

  2002年6月11日,“7000米载人潜水器重大专项”终于获准立项。

  消息传来,被层层喜悦包围着的中船重工七O二所研制人员遇到了项目开展的第一个难题——如何组建一支兵强马壮的研制队伍。

  当时七O二所水下工程领域的人才,有的早已退休,有的转了岗位,现有年轻的科研人员有锐气但缺乏领军的经验。

  怎办呢?

  俗话说:“老将出马,一个顶俩”。就在这最让人着急的时刻,67岁的徐芑南研究员临危受命,勇挑总设计师的重担,给这支“年轻”的队伍注入了一支兴奋剂。

  徐芑南研究员是我国深潜技术的开拓者和著名专家之一,被科技部原副部长刘燕华称之为“国家的宝贝”。上世纪六十年代,他主持与创建了我国最大深海模拟试验设备群和潜水器耐压壳稳性试验技术;八十年代开始,创造性地为我国自行研制了单人常压潜水装具和多种水下机器人,是业内公认的载人深潜之领路人。为我国深潜技术、载人、无人多种潜水器设计、建造、应用以及海洋和深潜器工程的发展作出了突出的贡献。

  由他负责研制的多项项目填补了国内空白,达到了当时的国外同类产品的先进水平。他先后获得了国家科技进步一、二等奖,船舶总公司科技进步一、二等奖,中国科学院科技进步特等奖,上海市科技进步一等奖等十八项奖励,2006年获得第一届全国海洋科技大会先进工作者称号,获2009年度海洋行业优秀代表人物。他还多次获得劳动模范、先进个人和科技功臣等荣誉。可以说,载人深潜每前进一步都有他的杰出贡献。

  如今,几年过去了,已过古稀之年的徐芑南研究员仍然战斗在第一线。2009年的1000米级海上试验,是我国第一次组织这样大型的试验,他不顾年迈体病,坚持上船。在试验现场,到处都有他的身影。他不仅利用自己丰富的工程经验,严格遵循“设计理念、专家咨询、样机试验、实物考核”的研制程序,确保“下得去、上得来”的总体设计理念充分落实;而且还在工作中十分注重队伍的建设。他培养锻炼了一批年轻人,建立了一支团队,为我们今天的深潜队伍打下了扎实的人才基础。他带领这一团队攻克了一个又一个难关,漂亮的完成了潜水器的设计、总装建造和水池试验。

  徐芑南研究员那永无止境的探索精神,无愧于“国家的宝贝”!

  叶聪:中国的“深海的哥”

  2010年7月13日,“蛟龙号”深海载人潜水器,首次下潜至3759米深处,并创下水下和海底作业 9小时零3分的纪录,赢得了世界的目光。与“蛟龙号”一起受到世界瞩目的还有海上试验的唯一主驾驶员——叶聪

  叶聪,“蛟龙号”载人潜水器主驾驶员,两年来“蛟龙号”潜水器先后进行的37次载人深潜试验中,有28次由他驾驶,验证着不断改进的潜水器各种性能。基于他忘我的工作精神,社会各界习惯把他称作“我国载人深潜领域潜航员专业的开拓者和创始人”,而他则更喜欢把自己称作“深海的哥”。

  2001年,刚刚大学毕业的叶聪进入了中船重工七O二所所工作。那一年也正是我国第十个五年计划的开局之年,一大批科研课题和研究项目“上马”了,叶聪的部门承担了载人潜水器的研制工作,作为部门职员的叶聪,就这样顺理成章的“介入”了。

  两年后,叶聪以其出色的才干被委以重任,挑起了载人潜水器主任设计师的担子,负责潜水器的总布置设计,成为了项目最年轻的主任设计师。潜水器最重要的设计图纸——每个设计阶段的潜水器总图均出自他手。

  2005年,中美两国首次联合开展深潜科考,我国派出了一名科学家和五名工程师组团出征,叶聪就是其中之一。

  他是参与Alvin工程下潜和驾驶员培训下潜的第一个中国人,利用美国的载人潜水器Alvin完成了两次2200米深度的下潜任务,为我国进行更大深度载人潜水器的研制和应用积累了宝贵经验。媒体评价这次任务与载人航天殊途同归,堪称我国大深度载人深潜科考的一次“淬火”——为培养潜航员和完善工程体系的设计积累经验,也为潜水器管理、实用和维护取得了宝贵资料。

  除此之外,叶聪还相继担任了载人潜水器的质量师和建造师,在项目总体策划、加工建造和监督等方面表现突出,为载人潜水器研制工作立下汗马功劳。

  都说乱世出英雄,那么在如今这样的和平年代,如徐芑南、崔维成、叶聪这样勇于承担、甘于奉献、奋力拼搏的人们,难道不是时代的英雄吗?

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