逐梦深蓝永无止境
作者: 蓑笠翁早在20世纪七八十年代,美国科学家就多次下潜到数千米级的深海进行各种考察和研究,而中国几经辗转,直到 2002年6月,载人潜水器“蛟龙”号才正式获得科技部的批复立项。
然而,真正的困难才刚刚开始。
在“蛟龙”号之前,中国载人深潜的技术水平只有600 米。若按国际上的通常做法,应该先研制一个2000—3000米级的中间产品作为过渡,再研制更大更深的产品。但是,这种做法周期太长、成本太高,中国便一步跨越直接研制了7000米级的载人潜水器。这是一个前所未有的大胆目标。
更让人忐忑的是,当时“蛟龙”号研制团队的所有成员对大深度载人潜水器的了解仅限于照片,他们没见过实物,不知道这样的潜水器究竟有多少个部件,某个部件是什么样的、重量是多少、体积是多少。而避碰声呐、灯光、摄像机、机械手等该如何选型,也成了研制人员最头痛的难题。另外,一些核心的技术也无从获取,只能靠自己研究、自己琢磨,从零开始设计。
“蛟龙”号总设计师徐芑南和第一副总设计师崔维成带着10多名刚入职的研究生,又从工厂里抽调出几名技术骨干及返聘几名职工,组成了设计团队。他们先仔细研究外国载人潜水器的图片,按照基本原理,画好图纸,设计三维效果图;然后找来一些木块,凭借想象把重要的部件组装起来;接着计算各个部件的重量与大小,根据三维效果图做一个1∶1的实物模型;最后,检查外观、水动力模型、线形等,做最后的调整。就这样,经过无数次的修改,团队终于克服了设计的难关,设计出了类似鲨鱼外形的载人潜水器。
将载人潜水器的外形设计出来之后,研制团队开始真正组装潜水器的部件。
在总装车间,横七竖八的钢管支撑着一个巨大的架子,架子中间是载人球舱。技术工人按照设计图纸,一点一点地给潜水器“穿上衣服”。骨架、心脏、轻外壳……相关公司的员工在一旁待命,哪些部件需要切割,现场切好,再交给工人们安装。300多颗螺丝,几十块轻外壳,各种线路,分毫不能差。工人们用电钻对准小孔,一个一个往上铆,一块一块往上装。
步步艰辛,处处棘手,但没有困难能难倒中国的科研人员,几年过去,一个个难题被攻克。
2007年9月1日,这个日子对载人潜水器项目组而言意义非凡,因为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”!
2007年10月3日,水池试验全面展开。104个日夜,53次水池试验,为了尽量通过试验发现、解决问题,试验团队每次都以精益求精的态度去对待。试验中,当大家觉得饥肠辘辘时,往往早已过了吃饭的时间,而潜水器的维护常常要在晚上进行,因此大家对连续上夜班也习以为常。
无论是科学家、工程师还是工人,在“蛟龙”号的研制过程中,都抱着“坚决不拖后腿”“尽自己的努力,早日完成任务”的决心。
2009年,“蛟龙”号终于走出实验室,进入海试阶段。2012年7月,“蛟龙”号在马里亚纳海沟试验海区创造了下潜7062米的中国载人深潜纪录。
从2002年立项到2009年进行1000米级海试,再到2012年成功进行7000米级海试,“蛟龙”号只用了10年时间就走完了国外同类型载人潜水器近60年的发展历程。其中的艰辛,不言而喻。
这期,我们一起来看看“蛟龙”号背后的高校力量。
哈尔滨工程大学
兴海报国,矢志一流
无惧挑战的“深海的哥”
“我是一个很幸运的人,正好身处国家重视海洋的时代,人生选择和国家发展完美契合。”2001年,叶聪从哈尔滨工程大学毕业后来到无锡七〇二所工作;2002年,“十五”863重大专项——“蛟龙”号立项;2003年,24岁的叶聪成为“蛟龙”号总布置主任设计师。
然而,当时国内的深潜技术水平不过600米,叶聪更是连大深度载人潜水器都没见过。为了完成这个在当时看来“不可能完成的任务”,叶聪只能潜心钻研,闷头设计。设计稿一版接一版地改,连叶聪自己都记不清具体改了多少次,“大约修改了几百遍吧!”有人问,他就轻松地说出这个模糊的数字。
终于,经过成百上千次的计算分析,叶聪带领团队完成了“蛟龙”号各阶段最重要的设计图纸,出色地完成了总布置主任设计师的工作。
不过,虽然有了设计图纸,但“蛟龙”号的各项性能到底如何还要通过海试来验证。这时,叶聪主动请缨,想要成为“蛟龙”号的潜航员。他说,设计师不下潜,设计只能源于纸面的数据;而亲自下潜,更有利于优化设计方案、提高潜水器的实用性,也向外界表明态度——设备是安全的。
50米下潜时,“蛟龙”号在离开母船后遭遇通信故障,与母船“失联”,在茫茫大海中等待了2个多小时才恢复通信;3000米下潜时,“蛟龙”号遇到了绝缘故障;5000米下潜时,“蛟龙”号的机械臂突然断裂;下潜到7062米时,大量沉积物覆盖住采样篮导致“蛟龙”号难以作业……靠着过硬的技能和冷静的心理,叶聪驾驶着“蛟龙”号度过了一次又一次的险情,为中国的潜航事业积累了珍贵的第一手材料。“放弃下潜意味着没有收获,继续下潜又有危险。”叶聪说,“作为我国自主研制的第一台大深度载人潜水器,“蛟龙”号各项性能指标都需要进行大量的海上试验来验证和改进。而试验背后的风险是显而易见的。首席潜航员要对每一个数据的变化快速做出判断,否则后果不堪设想。”
从2009年到2012年,“蛟龙”号先后完成了51次下潜(包括1次无人)任务,而作为主驾驶的叶聪一共“入海”38次,被同事们称为“深海的哥”。
哈尔滨工程大学名片
哈尔滨工程大学是国家“三海一核”(船舶工业、海军装备、海洋开发、核能应用)领域重要的人才培养和科学研究基地。
学校以船舶与海洋装备、海洋信息、船舶动力、先进核能与核安全4个学科群为牵引,构建主体学科优势突出、通用和基础学科支撑配套、文管学科独具特色、专业结构布局合理的“三海一核”特色学科专业体系。学校现有一级学科博士点14个,一级学科硕士点32个,博士专业学位类别2个,硕士专业学位类别9个,博士后科研流动站12个,博士后科研工作站2个。
学校的工程学、材料科学、计算机科学、化学、环境/生态学、物理学6个学科进入ESI全球排名前1%,其中工程学进入ESI全球排名前1‰。
全力服务科技自立自强
哈尔滨工程大学坚持创新、引领、育人、报国的科研宗旨,面向世界科技前沿、面向经济主战场、面向国家重大需求、面向人民生命健康,大力弘扬和践行科学家精神,精准对接国家战略,强化有组织的科学研究和科研育人,产生重大原创性研究成果,突破关键核心技术,打造国家战略科技力量,成为基础研究的主力军和重大科技突破的生力军,担当实现高水平科技自立自强的时代使命。
科研工作一直是学校发展的先行力量,其不仅以国内第一套条带测深仪等数十项填补国内空白的重大科研成果著称,还曾以双工型潜器、气垫船、梯度声速仪等成果摘取世界第一的桂冠。学校在船海核领域保持着很强的技术储备,水下机器人、船舶减摇、船舶动力、组合导航、水声定位、水下探测、高性能船舶设计等技术居国内领先地位或国际先进地位,现已成为我国船舶科学技术基础和应用研究的主力军之一,是我国发展海洋高技术的重要依托力量。
学校是我国首座数值水池虚拟实验系统的联合牵头研制单位,是我国第七代超深水半潜式钻井平台、两万箱超大型集装箱船、智能船舶核心设计研发单位。学校为我国首条三体搜救艇、万吨集装箱船、豪华游轮、钻井平台等新船型的开发及深海工程装备的研发提供了全面的基础技术支撑。学校研制的“悟空”号深潜器成功自主下潜至10896米,是目前我国自主下潜最深的无人无缆深潜器。学校研制的深水高精度水下综合定位系统,保障了“蛟龙”号、“深海勇士”号、“奋斗者号”的多次深潜任务,获国家技术发明奖二等奖并入选中国高校十大科技进展。
“十三五”以来,学校承担各类项目6200余项,获得省部级以上科技奖励160余项。科研产品质量管理通过ISO9000质量体系认证,是国内首家通过“双认证”的大学。
以“几代人只做一件事,一个人一生干好一件事”的执着与韧劲,哈尔滨工程大学学子以有组织的科研全力服务国家战略的初心和情怀始终如一。
北京科技大学
用大国之“材”撑起中国梦
7000米挑战,从50米开始
“蛟龙”号海试,经历了50米、300米、1000米、3000米、5000米和7000米。从2009年到2012年,北京科技大学优秀校友刘峰一直是海试总指挥。
在刘峰看来,海试最难的时候是在南海做50米试验的时候。因为这时候没有标准,没有先例,缺少能参考的操作规范,需要解决的问题很多,如“蛟龙”号和水面指挥中心应该多久通一次话?噪音应该如何控制?等等。这些团队都没有概念。团队也曾试图联系国外的专家来做指导,但对方一开口,要价就超过了整个试验的经费。无奈之下,团队只好依靠自己的力量去探究、摸索自己的路子。
“当时心理压力最大。由于水越浅,水声通信难度越大,所以我们无法知道水下潜水器的状况。”刘峰说,“我们必须做到万无一失,做好一切准备工作,考虑所有情况,制定严密精细的预案。”
最终,50米海试圆满成功。作为海试总指挥,刘峰心中的石头也终于落地。
在进行3000米海试的时候,团队又遇到了更大的考验。当时舱内连接通信电缆设备的一枚穿舱件被腐蚀,导致舱内接口处轻微渗水,这很难被察觉到。假如当时没有及时检测到这一问题,导致穿舱件被腐蚀得更严重,那后果可能就是舱内外被打通。如果这个问题发生在7000米水下,那水压会高达700个大气压,一旦水流直接喷射进舱内,就会直接导致机毁人亡。“为了攻克这些难题,我们的潜航员、指挥部都承担了难以想象的压力。”刘峰说。因此每一次成功下潜后,大家都热泪盈眶,互相拥抱。
而在7000米海试中,潜航员突然“失联”了。同行直播的央视很快把消息传到了北京,国家海洋局领导直接将电话打到现场总指挥刘峰这里,但刘峰并不十分紧张,他说:“我们在排查。”因为他熟悉“蛟龙”号的各个关键部位,了解“蛟龙”号抗压度的限额是下潜到海底8750米,且“蛟龙”号水下需要的电池性能和通信技术都是世界最先进的,不太可能出很大的差错。
按照操作规程,如果通信中断15分钟,就应该抛载上浮,潜水器必须返航。时间一分一分地过去,已经超过了30分钟,情形比5000米海试那次更加不可捉摸。许多人等待着刘峰的决策,但刘峰依然下令检查各个系统。大约45分钟后,“向九,向九,我是蛟龙”的呼声终于传来,大家这才如释重负。
最后查明原因,是潜航员不小心按错了通信设备,而这种通信设备一旦启动,其他的通信装置都会停止工作,由此才导致了“失联”。发现问题之后,海试指挥部马上重新建立通信,潜航员们也顺利地完成了剩下的作业。
“这十几年看着‘蛟龙’号一步步成长,就如同看着一个孩子从出生到蹒跚学步,再到能够领跑世界,一方面充满了自豪,另一方面也的确有着巨大的压力。毕竟国家当时的基础是很薄弱的,实现从50米级到7000米级的大幅跨越,我们需要弥补的东西太多了。”刘峰感叹。
北京科技大学名片
北京科技大学于1952年由天津大学(原北洋大学)、清华大学等6所国内著名大学的矿冶系科组建而成,现已发展成为以工为主,工、理、管、文、经、法等多学科协调发展的教育部直属全国重点大学,是全国首批正式成立研究生院的高等学校之一。
1997年5月,学校首批进入国家“211工程”建设高校行列。2006年,学校成为首批“985工程优势学科创新平台”建设高校。2014年,学校牵头的,以北京科技大学、东北大学为核心高校的“钢铁共性技术协同创新中心”成功入选国家“2011计划”。2017年,学校入选国家“双一流”建设高校。2018年,学校获批国家国防科技工业局、教育部共建高校。
科技创新硕果累累