揭秘“奮斗者”號:為一道焊縫,研發團隊忙活八九個月
發布時間:2020-12-07  來源:揚子晚報
       為一道焊縫,就要忙活八九個月
  
  1個多月時間,累計完成13次下潛,其中8次突破萬米。10909米的紀錄,讓人類在大深度載人深潛領域有了新坐標。“奮斗者”號全海深載人潛水器讓全世界看到了中國的載人深潛的實力。而在這項榮光背后,“奮斗者”號又有怎樣的故事呢?揚子晚報/紫牛新聞記者昨日走進位于無錫的中國船舶七〇二所一探究竟。 揚子晚報/紫牛新聞記者 張建波
  
  深潛
  
  10909米!
  
  11月10日清晨,載有3名潛航員的“奮斗者”號從“探索一號”母船機庫緩緩推出,被穩穩起吊布放入水,近4小時后,“奮斗者”號成功坐底,下潛深度達10909米,創造了中國載人深潛新紀錄,達到世界領先水平。
  
  11月28日8時30分許,一陣汽笛聲響,“奮斗者”號完成第二階段海試,勝利返航。
  
  探秘
  
  “地球第四極”
  
  馬里亞納海溝被稱為“地球第四極”,水壓高、完全黑暗,是地球上環境最惡劣的區域之一,其最深處約11000米,相當于珠穆朗瑪峰疊加華山的海拔高度。
  
  “奮斗者”號讓中國到達了全球深海裝備和技術的制高點,中國人也首次來到了這個“人比到達過月球的人還要少”的地球深淵。
  
  10909米是什么概念?
  
  10米
  
  普通人在不攜帶潛水裝備可以下潛到的深度
  
  113米
  
  一名法國潛水員創造的裸潛紀錄
  
  332米
  
  人在借助水下呼吸器后下潛到的最深紀錄
  
  10909米
  
  水壓超過110兆帕,相當于2000頭非洲象踩在一個人的背上
  
  深海游歷之旅
  
  1、布放
  
  “奮斗者”號從“探索一號”科考船轉移到海面
  
  2、下潛
  
  蛙人小隊幫助潛器脫鉤,潛器注水下潛,臨近海底后拋掉第一組壓載鐵,達到懸浮在水中的均衡狀態
  
  3、坐底
  
  在綜合考慮潛水器速讀、姿態和海底地質情況下,讓“奮斗者”號人為地在海底著陸
  
  4、巡航作業
  
  在海底進行拍攝作業、巡航,同時采集洋底環境數據
  
  5、拋載上浮
  
  拋出兩塊壓載鐵,開始上浮;潛水器外層的浮力材料也會為潛水器提供足夠的浮力
  
  6、回收
  
  通過蛙人掛攬、起吊等操作,“奮斗者”號回到母船懷抱
  
  2012年,7000米級“蛟龍”號載人潛水器問世,創當時同類載人潛水器下潛深度7062米的世界紀錄
  
  2017年,4500米級“深海勇士”號載人潛水器獲得突破,實現“關鍵技術自主化、關鍵設備國產化”
  
  2020年7月起,“奮斗者”號累計完成30次下潛,其中8次突破萬米
  
  海試呈現“加速度”
  
  “蛟龍”號從立項到海試用了10年,“深海勇士”號用了8年,“奮斗者”號用了4年。
  
  國產化率超96.5%
  
  根據國家相關規定測算,“奮斗者”號國產化率超過96.5%,更重要的是,實現了由集成創新向自主創新的歷史性跨越。
  
  “奮斗者”號的成長手冊
  
  A 近百家單位近5年研制 最關鍵組件在無錫安裝
  
  “奮斗者”號作為中國擁有自主知識產權的全海深載人潛水器,由中國船舶七〇二所牽頭,近百家科研院所、高校、企業的近千名科研人員,經過艱苦攻關,歷時4年多研制完成。其中,無錫市作為中國船舶七〇二所的駐地城市,就有近30家企業和科研單位參與。據介紹。“奮斗者”號最核心的載人艙由兩個半球焊接而成,半球球殼的一體沖壓、將半球焊成一個整體等工作,都是由無錫本地企業完成的。同時,焊接完成后,要對焊縫部位進行殘余應力檢測和無損探傷等,確保焊接能達到要求,敲定“合格章”的機構也是無錫的。
  
  與此前的“蛟龍”號、“深海勇士”號一樣,“奮斗者”號的關鍵組件也是在無錫安裝完成的。作為制造業強市,無錫一直是中國載人深潛器研制、建造和載人深潛事業的積極參與者和主力軍。“三臺潛水器都誕生在無錫,無錫市、濱湖區領導都特別關注。”難得的是,“奮斗者”號的幕后團隊是一群平均年齡30多歲的年輕人。“從‘蛟龍’到‘深海勇士’再到‘奮斗者’,經歷了20年,始終是老同志支撐,年輕人在第一線,不斷更新我們的技術,創新我們的成果。”中國船舶七〇二所所長、“奮斗者”號總設計師葉聰稱。
  
  B 為一道焊縫忙活八九個月,確保載人艙安全
  
  圓球形的載人艙的安全可靠,是“奮斗者”號的頭等大事。
  
  最初,適合萬米深海超高壓(標準大氣壓的1100多倍)、低溫(0℃-2℃)環境特點的載人艙球殼的選材并不好找,當時所有的鈦合金材料均無法滿足要求。而當材料找到并完成半球沖壓后,另一個棘手的問題出現了:焊接工藝能行嗎?焊縫到底能不能過關?
  
  載人艙的選材決定了其焊接工藝要求極高、難度極大。根據“慣例”,當初團隊準備了兩對半圓形球殼,用于制作載人艙。但首次焊接后的焊縫無損探傷發現,焊縫部位的承壓性能達不到要求,“要求焊縫處的性能必須和其他完整部位一致,否則就是事關安全的大問題。”問題很快被查了出來,癥結是在工藝上。
  
  團隊認為,沒有問題是解決不了的,得“摸著石頭過河”。重新驗證,改進工藝,經過八九個月的努力,終于突破了高強高韌鈦合金材料的特殊焊接工藝,在世界上首次應用此類技術一次性成功完成半球赤道縫焊接,焊接質量滿足技術指標要求。最終,通過在另一個球殼上的操作,順利達到了安全性能要求。
  
  C 新型固體浮力材料保障“快上快下”
  
  相比“深海勇士”號,“奮斗者”號的海底作業時間延長了一倍,達到了6個小時。雖然與“蛟龍”號時間相當,但作業效率大大提升。這一切,得益于“奮斗者”號實現了“快上快下”。
  
  而這,首先歸功于一種新型固體浮力材料。研制團隊認為,萬米載人潛水器不僅要潛得深,還要能安全上得來。在超高壓環境下,需采用可抵抗萬米海深壓力的新型固體浮力材料。一款滿足萬米深海超高壓條件下高強度、低密度的固體浮力材料標準塊,幫了大忙。同時,由于系統性解決了浮力材料粘接過程中的特殊控制工藝等難題,“奮斗者”號實現了增大有效載荷、減少外形尺寸的設計目標,為“快上快下”打下了基礎。
  
  此外,還要歸功于一款百千瓦時級的“全海深鋰電池組”。針對“奮斗者”號在萬米海深環境長時間工作,中國自主研發的該電池組大幅度提高了潛水器的水下作業時間。
  
  深海世界“妙不可言”
  
  專為“深淵”定制 親身感受深海的震撼
  
  在這次海試期間,當接受央視采訪時,海試團隊成員說了一句“萬米深淵,妙不可言”。“這次,中國人第一次親身感受萬米下海底帶給我們的震撼。”一位團隊成員說,每個人內心都非常激動,因為這是中國人自主設計并突破各項技術,達到了這樣的狀態。
  
  為了此次要去的萬米“深淵”,“奮斗者”號也是做足了準備。據介紹,萬米“深淵”區域大部分都是海溝,溝的兩側都是特殊的生物、不同的地形存在,等等,既“妙不可言”,也意味著復雜的環境。在項目剛開始時,針對“深淵”的環境特點,包括壓力參數、海水密度、水溫、鹽度等研制團隊都做了充分的數據分析。在這個基礎之上,確定了潛水器的設計參數,之后依據參數指導著各個設施組件的準備、打造,“像電池,我們要針對性考慮低溫環境、高壓等情況,很多的設計就是專門用于這個極限深度這個挑戰。”
  
  越來越“舒適” 從帶干糧到吃上蛋炒飯
  
  “總體上來說,駕駛室的空間還是那么大,但是舒適度已經非常高了。”作為團隊中的長者,“深海勇士”號總設計師、“奮斗者”號副總設計師胡震告訴記者,作為三臺潛水器的老總,他介紹,通過對載人艙的系統改造和優化,作業人員在操作時更加便捷和舒適。具體包括,對座椅角度進行了調整,讓作業人員的坐姿更舒服。同時,對室內的“裝修色彩”進行調整,緩解長時間作業帶來的疲勞感。“特別是人機交互系統的重新布局、優化,大大便利了各項作業,使得深海作業也能狀態輕松。以前下海帶著干糧,比如面包、水果,現在可以吃上蛋炒飯和炒面了。”此外,另一大干擾——噪音也得以大大降低,基本影響不到正常工作。
  
  又“堅強”又“嬌氣” 艙蓋連沾染灰塵都不行
  
  盡管此次海試中也遭遇了臺風等惡劣天氣,所去的地方也是極其復雜的環境,但總體上,“奮斗者”號表現很棒,出現了一些小的故障,都很快解決了。這主要得益于“奮斗者”號的設計,加入了“故障隔離”的理念——對不影響整個任務大局的小毛病,可以做到“防火墻”一般的隔離處置。
  
  實際上,“奮斗者”號也有“嬌氣”的一面。比如載人艙的艙蓋就很“金貴”。艙蓋是載人艙唯一的活動區域,如果密封出問題,必然帶來可怕的災難。為此,團隊的每個成員進出都很小心,就算是布質的帽子都不能磕碰到,“艙蓋都是仔仔細細地擦干凈,生怕沾染的一粒灰塵影響到密封性。”
  
  張建波
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