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載人深潛技術(shù)：自主創(chuàng)新跨越式發(fā)展

　　“蛟龍”號從總體方案設(shè)計，到潛水器的初步設(shè)計和詳細設(shè)計，到最后的總裝聯(lián)調(diào)和水池實驗，都由我國工程技術(shù)人員獨立完成。研發(fā)團隊向世界證明了中國人已經(jīng)掌握了深海載人潛水器自主設(shè)計、集成創(chuàng)新等核心能力。
　　深海載人潛水器是深海科考和資源勘探最基本的作業(yè)裝備。人類利用它探索海洋已經(jīng)走過了50年歷程，技術(shù)發(fā)展經(jīng)歷了多次飛躍。因為載人潛水器研制有著極高的技術(shù)門坎，在一些發(fā)達國家為利用深海油氣資源展開一輪輪“探海行動”時，許多國家只能“望洋興嘆”，而中國并不想做一名“旁觀者”。

　　深海技術(shù)的制高點
　　深海載人潛水器體現(xiàn)一個國家的綜合技術(shù)力量，是海洋技術(shù)開發(fā)的最前沿與制高點。人類利用深海載人潛水器探索海洋已經(jīng)走過了50多年的歷程，目前世界上只有美國、法國、俄羅斯、日本等國相繼研制成功了5艘深海載人潛水器，這些潛水器到達范圍遍及海洋的大陸坡、海山頂、火山口、洋脊以及6500米深的洋底，在地質(zhì)、地球化學(xué)、地球物理和海洋生物等方面取得了大量的重要發(fā)現(xiàn)。
　　20世紀(jì)末，隨著在國際海底調(diào)查研究工作的深入，我國對載人深潛器應(yīng)用需求越來越迫切。時任中國大洋礦產(chǎn)資源研究開發(fā)協(xié)會（以下簡稱中國大洋協(xié)會）項目處處長的劉峰，深感我國海洋裝備的落后和載人潛水器的缺失。
　　其實早在上世紀(jì)90年代，以中國工程院院士、702所原所長吳有生教授為代表的又一批戰(zhàn)略科學(xué)家就提出了大深度載人潛水器的構(gòu)想，但由于當(dāng)時沒有明確用戶、技術(shù)面臨巨大挑戰(zhàn)等原因，立項申請一直未獲批準(zhǔn)。
　　新世紀(jì)初，國際海底區(qū)域競爭形勢日益激烈，劉峰認為，我國自主研制深海載人潛水器條件已經(jīng)成熟。而在此時，載人潛水器已經(jīng)被國家決策部門提上了議事日程。2001年1月，在中國大洋協(xié)會的組織下，國內(nèi)科技界和海洋界的10位院士和15位教授級專家與國家發(fā)改委、財政部、科技部、外交部的有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)匯集一堂，進行深入探討，達成研發(fā)載人深潛器的共識。
　　2002年4月國家海洋局向科技部報送了“關(guān)于啟動7000米載人潛水器重大專項的請示”。2002年6月，科技部正式把“蛟龍”號載人潛水器列為863計劃“十五”期間重大專項。
　　載人潛水器的研發(fā)是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程，必須組織國內(nèi)的優(yōu)勢力量聯(lián)合攻關(guān)。根據(jù)863計劃和科技部的要求，國家海洋局是該項目組織實施部門，中國大洋協(xié)會作為業(yè)主單位，負責(zé)組織702所、中科院沈自所、中科院聲學(xué)所等單位開展載人潛水器本體研制，組織中船重工701所（以下簡稱701所）等單位開展水面支持系統(tǒng)研制和工作母船改造，組織702所和北海分局等單位進行潛航員的選拔培訓(xùn)等配套工作。
　　至此，一場我國深海載人潛水器研制聯(lián)合攻堅戰(zhàn)正式打響。

　　難啃的“技術(shù)骨頭”
　　2001年12月1日，劉峰對這個日子記憶猶新，那天北京下起了雪，從科技部回來的路上，交通癱瘓，但這絲毫不影響劉峰當(dāng)時的好心情，因為他剛應(yīng)聘成為863計劃“7000米載人潛水器”項目總體技術(shù)專家組組長。
　　由于以前參與了863計劃水下自治機器人、海底采礦等項目，劉峰積累了一定的技術(shù)管理經(jīng)驗。擔(dān)任“7000米載人潛水器”項目總體技術(shù)專家組組長，可以說沒有懸念。“但‘蛟龍’號是我國深海載人技術(shù)從幾百米到幾千米的技術(shù)跨域，立項之初，到國外參觀都困難，更何況了解掌握關(guān)鍵核心技術(shù)！現(xiàn)在要真槍實彈地做，確實很有壓力。”劉峰深感重任在肩。
　　和劉峰有同樣感受的還有徐芑南。“載人潛水器本體研制需要攻克很多技術(shù)難點。”在他看來，耐壓構(gòu)件密封、控制、水聲通信等都是潛水器研制過程中“一塊塊難啃的技術(shù)骨頭”。
　　眾多技術(shù)難點中，如何保障潛航員的安全是徐芑南和項目組一直苦苦思索的疑難問題。
　　其實，3700多米深的海底不適于人類生存。那里沒有氧氣，沒有陽光，而且深度越深，壓力越大。一般來說，深度每增加100米，壓力就會增加10個大氣壓，因此深潛至海底3759米要承受376個大氣壓。在大洋深處，潛器載人艙內(nèi)必須保持氧氣、二氧化碳達到一定濃度，同時也要保持艙內(nèi)擁有正常的艙壓、溫度、濕度。
　　經(jīng)過長時間的討論和驗證，研制團隊最終在“蛟龍”號潛水器中設(shè)計裝配了功能強大的生命支持系統(tǒng)和兩套氧氣供給系統(tǒng)，以保證3名潛航員頭腦清醒、精力充沛，力求萬無一失。
　　控制系統(tǒng)相當(dāng)于載人潛水器的“大腦和中樞神經(jīng)”，其重要性不言而喻。在“蛟龍”號研制過程中，中科院沈自所王曉輝副總設(shè)計師帶領(lǐng)團隊采用先進的控制策略，有效克服潛水器本體、海洋環(huán)境等不確定性干擾，實現(xiàn)潛水器長距離航行時全自動航行控制功能。
　　對此，自稱“深海的哥”的首席潛航員葉聰頗有感觸。“自動駕駛時，可以自動實現(xiàn)定高、定深、定速和定向航行，如果遇到障礙物，潛水器會發(fā)出警報。這些功能減輕了潛航員的勞動強度，我們會覺得很輕松。”
　　除了“大腦”之外，載人潛水器也少不了“眼鏡、嘴巴、耳朵”等器官。而由中科院聲學(xué)所負責(zé)研制的聲學(xué)系統(tǒng)就充當(dāng)了這些器官功能。聲學(xué)系統(tǒng)可為“蛟龍”號在深海潛航提供通信、定位、目標(biāo)搜索和地形地貌觀測等功能。
　　“之前采用多波束調(diào)查，不能對海底細微地貌，比如1—2米變化形成高分辨率成像。”載人潛器副總設(shè)計師、中科院聲學(xué)所研究員朱敏解釋說，“‘蛟龍’號采用高分辨率測深側(cè)掃聲吶，可以對如巖漿流、裂縫、斷崖等細微尺寸地貌進行精準(zhǔn)探測，并形成高分辨的成像圖片。這次我們在3759米海底就獲得了等深線間隔為1米的精細三維海底地形圖和地貌圖。”
　　“蛟龍”號研制團隊啃掉一塊塊難啃的“技術(shù)骨頭”，正是我國深海載人潛水器技術(shù)大攻關(guān)的一個縮影。正是在100多家研制單位齊心協(xié)力下，歷經(jīng)6年聯(lián)合技術(shù)攻關(guān)，“蛟龍”號終于順利問世。

　　自主設(shè)計集成凸顯創(chuàng)新能力
　　在“蛟龍”號研制過程中，一個值得注意的現(xiàn)象是，由于研制初期受國內(nèi)制造技術(shù)水準(zhǔn)的限制，“蛟龍”號關(guān)鍵零部件仍需進口，如機械手、水下燈等設(shè)備引進自美國，成像設(shè)備來自日本，載人艙鈦合金球殼則是委托俄羅斯制造。
　　作為“蛟龍”號總設(shè)計師，徐芑南對這個敏感問題并不避諱。“我想這是一些人對‘蛟龍’號最大的質(zhì)疑，有幾成部件是中國自主制造的？”
　　“深海載人潛水器裝備部件生產(chǎn)非常專業(yè)化，美國、法國載人潛器研發(fā)團隊都是請專業(yè)機構(gòu)按照他們的設(shè)計方案定制零部件，然后再自行組裝集成。”徐芑南認為，根據(jù)現(xiàn)階段我國制造技術(shù)水平，采購一些國外設(shè)備并不妨礙中國載人深潛設(shè)計集成創(chuàng)新和掌握自主知識產(chǎn)權(quán)。他舉例說：“‘蛟龍’號鈦合金球殼雖然是俄羅斯制造，但它是按照我們的設(shè)計來加工的，因而知識產(chǎn)權(quán)也在我們自己手里。”
　　事實上，“蛟龍”號從總體方案設(shè)計，到潛水器的初步設(shè)計和詳細設(shè)計，到最后的總裝聯(lián)調(diào)和水池實驗，都由我國工程技術(shù)人員獨立完成。“蛟龍”號研制團隊正是通過這次研發(fā)，向世界證明了中國已經(jīng)掌握了深海載人潛水器自主設(shè)計、集成創(chuàng)新等核心能力。
　　盡管如此，研制團隊對關(guān)鍵部件生產(chǎn)國產(chǎn)化仍保持著清醒認識。“蛟龍”號第一副總設(shè)計師、702所副所長崔維成坦言，國外對中國限制工作深度超過1000米的關(guān)鍵部件出口。“因此從長遠角度來說，載人潛水器核心部件還需我們進行自主研發(fā)和制造。”
　　為此，從“十一五”開始，863計劃海洋技術(shù)領(lǐng)域就支持載人潛水器關(guān)鍵部件生產(chǎn)國產(chǎn)化研究，目前我國在鈦合金球設(shè)計制造、低密度深海浮力材料、深海電機、推進器等技術(shù)的消化吸收與再創(chuàng)新方面取得了長足進展。
　　崔維成對記者表示，從部件數(shù)量比例而言，“蛟龍”號目前的國產(chǎn)化率已達到60%。“接下來的兩三年，我們的目標(biāo)是力爭使達到90%以上國產(chǎn)化率。那時即使國外不再賣給我們?nèi)魏尾考?，我們?lsquo;蛟龍’號完全可以用國產(chǎn)部件替代。”
　　崔維成認為，在863計劃支持下，我國自主研發(fā)和制造深海運載器已進入良性循環(huán)。“我們最終目的并不僅僅在于制造出完全國產(chǎn)化的深海運載器，更大的意義在于帶動一大批相關(guān)深海技術(shù)的國產(chǎn)化，打破國外壟斷，促進海洋重大裝備制造產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展。”
　　偉人鄧小平當(dāng)年為863計劃題詞“發(fā)展高科技，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化”，已經(jīng)指出了863計劃的發(fā)展方向。在崔維成看來，7000米載人潛水器作為863計劃支持下的重大海洋裝備專項，正朝著這個遠大目標(biāo)一步步堅實邁進。

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