“奮斗者”號(hào)上的最強(qiáng)中國(guó)智慧

　　11月28日，成功完成萬(wàn)米海試的“奮斗者”號(hào)全海深載人潛水器勝利返航。自2020年10月10日起，“奮斗者”號(hào)赴馬里亞納海溝開(kāi)展萬(wàn)米海試，成功完成13次下潛，其中8次突破萬(wàn)米。11月10日8時(shí)12分，“奮斗者”號(hào)創(chuàng)造了10909米的中國(guó)載人深潛新紀(jì)錄，標(biāo)志著我國(guó)在大深度載人深潛領(lǐng)域達(dá)到世界領(lǐng)先水平。

　　“奮斗者”號(hào)全海深載人潛水器是“十三五”國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“深海關(guān)鍵技術(shù)與裝備”重點(diǎn)專(zhuān)項(xiàng)的核心研制任務(wù)。該專(zhuān)項(xiàng)于2016年立項(xiàng)，由中國(guó)船舶集團(tuán)有限公司第七〇二研究所牽頭總體設(shè)計(jì)和集成建造，中國(guó)科學(xué)院深海科學(xué)與工程研究所等20家科研院所與13家高校、60余家企業(yè)的近千名科研人員聯(lián)合研發(fā)。其中，中國(guó)科學(xué)院作為“科技國(guó)家隊(duì)”，貢獻(xiàn)了最強(qiáng)中國(guó)智慧。

　　中科院深海所：萬(wàn)米海試“大管家”

　　中國(guó)科學(xué)院深?？茖W(xué)與工程研究所是本次“奮斗者”號(hào)海試任務(wù)的牽頭完成單位，組織“探索一號(hào)”“探索二號(hào)”編隊(duì)，共14家單位、250人次，完成了“奮斗者”號(hào)南海和馬里亞納海溝兩階段海試，可謂是此次萬(wàn)米海試任務(wù)的“大管家”。

　　中科院深海所于2014年率先牽頭啟動(dòng)實(shí)施我國(guó)第一個(gè)瞄準(zhǔn)世界科技前沿深海深淵的科技專(zhuān)項(xiàng)——中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專(zhuān)項(xiàng)（B類(lèi)）“海斗深淵前沿科技問(wèn)題研究與攻關(guān)”。在專(zhuān)項(xiàng)支持下，參研單位科研人員突破了深淵探測(cè)關(guān)鍵材料技術(shù)、深淵模擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)和全海深載人/無(wú)人潛水器瓶頸技術(shù)，積累了豐富的萬(wàn)米海試作業(yè)經(jīng)驗(yàn)以及馬里亞納海溝海斗深淵區(qū)的海洋環(huán)境數(shù)據(jù)，掌握了部分深淵區(qū)的精細(xì)地形數(shù)據(jù)。同時(shí)，也形成了豐富的海試任務(wù)管理和組織經(jīng)驗(yàn)。

　　為了完成“奮斗者”號(hào)研制及海試任務(wù)，深海所牽頭建成了國(guó)際上容積與工作壓力組合技術(shù)指標(biāo)最高的超大型深海超高壓模擬試驗(yàn)裝置，及時(shí)保障了“奮斗者”號(hào)鈦合金載人艙、固體浮力材料等核心部件壓力測(cè)試工作的順利完成；還聯(lián)合其他單位建成“探索一號(hào)”“探索二號(hào)”兩艘全海深載人潛水器支持保障母船，兩船均具備同時(shí)攜載兩艘載人潛水器作業(yè)的能力，為“奮斗者”號(hào)海試提供穩(wěn)定可靠的水面支持、應(yīng)急保障條件。

　　此外，深海所突破了全海深超高清視頻實(shí)時(shí)采集壓縮存儲(chǔ)技術(shù)、全海深無(wú)線(xiàn)光通信技術(shù)、全海深耐壓透鏡燈罩關(guān)鍵部件制造技術(shù)等，自主研制成功國(guó)際首套全海深視頻直播系統(tǒng)。在此次海試任務(wù)中，這套系統(tǒng)與“奮斗者”號(hào)聯(lián)合，完成了世界上首次載人潛水器與著陸器在萬(wàn)米海底的聯(lián)合水下拍攝作業(yè)，向全世界實(shí)時(shí)發(fā)布深潛情況。

　　中科院金屬所：打造“奮斗者”號(hào)的鈦外殼

　　海底壓力大、情況復(fù)雜，因此，載人潛水器對(duì)制造材料有特殊要求。中國(guó)科學(xué)院金屬研究所鈦合金團(tuán)隊(duì)采用自主研發(fā)的Ti62A鈦合金新材料，建造了世界最大、搭載人數(shù)最多的潛水器載人艙球殼。

　　據(jù)介紹，中科院金屬所牽頭，聯(lián)合寶鈦股份有限公司、中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司洛陽(yáng)船舶材料研究所、中航工業(yè)制造技術(shù)研究院和中科院深海所，組建全海深鈦合金載人艙研制“國(guó)家隊(duì)”，歷時(shí)3年全面完成了研制工作，解決了若干鈦合金基礎(chǔ)科學(xué)問(wèn)題，攻克了載人艙材料、成形、焊接等一系列關(guān)鍵技術(shù)瓶頸，成功建造出世界最大、可搭載3人的全海深載人艙。

　　全海深載人艙研制極大帶動(dòng)了我國(guó)鈦合金工業(yè)能力提升和裝備制造技術(shù)進(jìn)步。例如，高強(qiáng)高韌鈦合金鑄錠尺寸、板材幅寬與厚度、鈦合金半球厚度、鍛件截面與單重、鈦合金電子束焊縫厚度等技術(shù)指標(biāo)均打破國(guó)內(nèi)原有紀(jì)錄，逼近設(shè)備的極限能力；超大厚度高強(qiáng)鈦合金電子束焊接和熱處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)了技術(shù)跨越。這些新技術(shù)可推廣應(yīng)用于其他鈦合金，促進(jìn)鈦合金更大規(guī)模的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，將顯著提升我國(guó)船舶、海洋工程和石油化工領(lǐng)域的鈦合金應(yīng)用水平。

　　中科院沈陽(yáng)自動(dòng)化所：“奮斗者”號(hào)的“控制大腦”

　　中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所負(fù)責(zé)“奮斗者”號(hào)載人潛水器控制系統(tǒng)的研制工作。該所自主研制的智能化控制系統(tǒng)、電動(dòng)觀(guān)測(cè)云臺(tái)以及主從伺服液壓機(jī)械手等全海深技術(shù)裝備，有力支撐了“奮斗者”號(hào)實(shí)現(xiàn)高精度航行控制、全景科學(xué)觀(guān)測(cè)、高精準(zhǔn)作業(yè)取樣等功能。

　　針對(duì)深淵復(fù)雜環(huán)境下大慣量載體多自由度航行操控、系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行等技術(shù)難題，“奮斗者”號(hào)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了基于數(shù)據(jù)與模型預(yù)測(cè)的在線(xiàn)智能故障診斷、基于在線(xiàn)控制分配的容錯(cuò)控制以及海底自主避碰等功能，提高了潛水器的智能程度和安全性；采用基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的算法實(shí)現(xiàn)了大慣量載體貼海底自動(dòng)匹配地形巡航、定點(diǎn)航行及懸停定位等高精度控制功能，其中，水平面和垂直面航行控制性能指標(biāo)，達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。

　　由該所研制的“奮斗者”號(hào)的兩套主從伺服液壓機(jī)械手具有7個(gè)關(guān)節(jié)，可實(shí)現(xiàn)6自由度運(yùn)動(dòng)控制，持重能力超過(guò)60公斤，能夠覆蓋采樣籃及前部作業(yè)區(qū)域，具有強(qiáng)大的作業(yè)能力。這項(xiàng)技術(shù)突破了超高壓密封技術(shù)及超高壓油液環(huán)境驅(qū)動(dòng)與控制等技術(shù)，填補(bǔ)了我國(guó)應(yīng)用全海深液壓機(jī)械手開(kāi)展萬(wàn)米作業(yè)的空白。

　　中科院聲學(xué)所：聲學(xué)系統(tǒng)讓“奮斗者”號(hào)耳聰目明

　　中國(guó)科學(xué)院聲學(xué)研究所完成了“奮斗者”號(hào)聲學(xué)系統(tǒng)中全海深水聲通信機(jī)、地形地貌探測(cè)聲吶、多波束前視聲吶、多普勒測(cè)速儀、避碰聲吶的自主研發(fā)以及定位聲吶和慣性導(dǎo)航設(shè)備的系統(tǒng)集成。

　　相較于前兩代的“蛟龍”號(hào)與“深海勇士”號(hào)載人潛水器，“奮斗者”號(hào)的聲學(xué)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了完全國(guó)產(chǎn)化。其中，水聲通信是“奮斗者”號(hào)與母船“探索一號(hào)”之間溝通的唯一橋梁，實(shí)現(xiàn)了潛水器從萬(wàn)米海底至海面母船的文字、語(yǔ)音及圖像的實(shí)時(shí)傳輸。而由聲學(xué)多普勒測(cè)速儀和定位聲吶及慣性導(dǎo)航等設(shè)備相集成的組合導(dǎo)航系統(tǒng)為“奮斗者”號(hào)的巡航作業(yè)提供了高精度的水下定位導(dǎo)航。在11月16日的下潛作業(yè)中，借助組合導(dǎo)航系統(tǒng)和聲吶設(shè)備，“奮斗者”號(hào)潛航員僅用半小時(shí)便成功取回了此前布放在萬(wàn)米海底的3個(gè)水下取樣器，成功實(shí)現(xiàn)“海底撈針”，并通過(guò)水聲通信機(jī)將取樣畫(huà)面回傳至母船。

　　除了這4家研究所，中國(guó)科學(xué)院力學(xué)研究所、中國(guó)科學(xué)院理化技術(shù)研究所等多家中國(guó)科學(xué)院下屬研究機(jī)構(gòu)參與了“奮斗者”號(hào)的研制，科學(xué)家們兢兢業(yè)業(yè)地付出，才成就了我國(guó)深?？萍继剿鞯缆飞系闹匾锍瘫?。這樣的成功，也是“集中力量辦大事”的最生動(dòng)詮釋。有這樣的制度優(yōu)勢(shì)，有這樣敢于創(chuàng)新、勇挑重?fù)?dān)的科學(xué)家們，中國(guó)深?？萍嘉磥?lái)可期！（本報(bào)記者 齊芳）