红色历程·大国海权|中国深海载人潜水器“蛟龙”号的首次海试

红色历程·大国海权|中国深海载人潜水器“蛟龙”号的首次海试

“蛟龙”号载人深潜器是我国首台自主设计、自主集成研制的作业型深海载人潜水器,设计最大下潜深度为7000米级,也是目前世界上下潜能力最强的作业型载人潜水器。“蛟龙”号可在占世界海洋面积99.8%的广阔海域中使用,对于我国开发利用深海的资源有着重要的意义。

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2008年8月2日,一个好消息传来,唐嘉陵和付文韬经过一年多的潜航员特训,圆满完成了包括心理、体能和深潜器操作等在内的陆地培训项目,达到了《深海载人潜水器潜航员培训现场评测方案》所规定的评测目标,具备了担任主驾驶执行下潜任务、驾驶载人深潜器海上试验的能力。

我国首批潜航员一共有3名,除了唐嘉陵和付文韬外,还有一位潜航员名叫叶聪,他是深潜部门长,“蛟龙”号首席潜航员。

就在潜航员培训紧锣密鼓地进行着的时候,约有100家科研机构和企业共同参与的深海载人潜水器本体研制、水面支持系统研制和试验母船改造等工程也在同期进行着。

我国自行设计、自主研制的这台深海载人潜水器名叫“蛟龙”号,它长得像鲨鱼,胖胖的,大家又叫它“小胖”。

正像进入太空离不开航天器一样,开发利用深海则离不开深海装载装备:拥有大深度载人潜水器和具备精细的深海作业能力,是一个国家深海技术竞争力的综合体现。

... 徐芑南

身为深海载人潜水器本体总设计师的徐芑南,年近八旬。他自1958年上海交通大学造船系船舶制造专业毕业后,一直从事舰船结构力学研究和深潜器设计制造的研发。近30年来,他成功研制了我国第一套单人常压潜水装具、我国第一台大功率作业型有缆水下机器人8A4、我国第一台6000米水深的无缆自治水下机器人CR-01……这几项产品不仅填补了国内的空白,同时也达到了国际先进水平。

尤其是诞生于1995年的“CR-01”6000米自治水下机器人,曾多次对太平洋底的深海资源进行科学考察,为我国在国际上争得对多金属结核矿产资源丰富的7.5万平方公里海域优先开采权起了积极推进作用。

载人深潜器项目一经立项,徐芑南便被认定为总设计师的不二人选。虽然当时徐教授已经退休,身体也不好,但是接到国家召唤后,他还是欣然接下帅印,并立即投入工作。

第一副总设计师、中国船舶重工集团公司第702研究所副所长崔维成,则尽量把具体工作担起来,一方面减轻徐芑南教授的压力,另一方面让担任“蛟龙”号总设计师的徐芑南教授专注于宏观的思考。

“蛟龙”号载人深潜器球壳为钛合金,厚达70多毫米,在空气中的重量约2吨,舱内空间非常有限,只有4.8立方米,能承载3人。深潜器设计能力为7000米深度——这个设计是世界上同类型载人深潜器中的最大深度,工作范围可覆盖全球99.8%的海洋区域。

为了看得清、看得远,“蛟龙”配有石英卤素等8个水下灯源,加装了10台LED灯,灯光能照射的距离为7~9米,它还装有2台高清摄像机、1台照相机等。

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除了明亮的眼睛,“蛟龙”还有一双敏捷的手。右手被称为纤手,很精细,可以伸出,轻巧地张合手掌;左手是大螯,力量大,可以抓住大块头的东西,包括起到锚定的作用。

与世界上其他的深海载人潜水器相比,我国自行设计、制造的“蛟龙”号深海载人潜水器主要具有3个出色的方面:一是它具有贴近海面稳定的自动航行功能,以及针对作业目标出色的悬停定位能力;二是具有高速水声通讯功能,可以从深海高速传输图像和语音,具有海底微地形地貌探测能力;另外,自行研发的水下蓄电池比国外的深海载人潜水器的能量更大,能持续提供能量的时间更长。

2007年8月底,7000米级深海载人潜水器总装完成,随后被移至水池,1个月后开始水池试验。在半年多的时间里,它经受了水池的全流程试验,以及水池内的应急浮标试验等。

2008年3月2日,载人深潜器通过国家海洋局组织的专家的检测确认。这一年,深潜器被正式命名为“蛟龙”,取“蛟龙闹海”之意。

就在“蛟龙”号深潜器诞生的过程中,“蛟龙”号深潜器的“母亲”——母船也在进行着嬗变和诞生。而“蛟龙”号深潜器的母船是一艘名叫“向阳红09”的轮船。

2007年11月28日,经过11个月的改装,“向阳红09”号船被“重塑金身”,傲然屹立于黄浦江畔。

与改装前相比,“向阳红09”号船为“蛟龙”号多设置了一个“襁褓”:船尾被改装扩大,并在甲板上竖起了一个三四米高的A形架,并预留一个深潜器滑轨道。而在红色的A形架中间垂下一个类似于“抓手”的机器,以便灵活地收放“蛟龙”。

万事已然具备,海试一触即发。

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2009年8月6日上午9时,“蛟龙”号深潜器1000米级海上试验队从江阴市苏南国际集装箱码头起航。

1000米级海试分为3个阶段:50米、300米和1000米。没有经验、无章可循,中国首台载人深潜器的首次海试就这样拉开了序幕。

50米海试是“蛟龙”号载人深潜器海试的第一潜。2009年8月15日,海试警戒船舶进驻试验海区。当天,唐嘉陵、张东升、崔维成3位潜航员第一次乘深潜器下海进行水面调试。

张东升是试航员,系中国科学院声学研究所副研究员。在“蛟龙”号海试项目中,他负责高分辨率测深侧扫声呐的研制,致力于研究“蛟龙”号声学系统在深海领域的应用。

在水面调试了4次后,2009年8月18日,晨曦破晓,海雾尽消。潜航员个个整装待发,跃跃欲试。当领导询问谁愿意成为“蛟龙”号的首位试航员时,唐嘉陵应声而答:“我!”

唐嘉陵成为国产载人深潜器海洋深潜的首个“吃螃蟹者”,很光荣。其实他跟同事们心里都明白,谁第一次深潜,所面对的不仅仅是光荣,还有艰巨,以及无人能知的风险。

虽然深潜的原理简单,但深潜的过程其实一点也不诗意——深潜器每下潜10米,压力就会增加一个大气压;如果潜到1000米水下,压力就会增至100个大气压,相当于1平方米要承受1000吨的重量。如果深潜器出现芝麻粒大小的孔,那挤射进舱的海水便是高压切割水刀,对仪器和人体的破坏如摧枯拉朽。

在下潜的过程中,让人感觉不爽的还有温度:初入舱,温度高达40多摄氏度,密闭的空间内,潜航员无不汗流浃背。但随着下潜深度的增加,载人舱里的温度则会逐渐降低,最低会降到二三摄氏度,让人感觉很冷。潜航员在一次下潜中便会完整地经历春夏秋冬4个季度的温差变化。

大海表面波澜起伏,越往下沉则越静谧,越暗淡,直至漆黑一片。因而深潜器下沉的过程便会在几个小时之内,经历从白天变成黄昏,再由黄昏变成伸手不见五指的黑夜的变化。而完成作业后上浮的过程则恰好相反,先是漆黑的黑夜,然后黄昏,最后阳光普照。

虽然“蛟龙”经过7000米深度的海水压力测试,钛合金的外壳也很牢固,但由于“蛟龙”号与海面母船没有直接关联,一旦发生故障无法上浮,后果将不堪设想。而且,“蛟龙”号正处于测试阶段,深潜的过程中可能会发生、发现各种不可预知的问题。在漆黑的深海世界里,海底的环境几乎一无所知,可以说深潜的过程,是潜航员在拿生命去挑战!

随着“蛟龙”号的不断下潜,唐嘉陵脑海中对海底世界的憧憬也越来越强烈。在接受潜航员培训时,他曾经看过一些海底的影视资料,从此海底的奇异便深深地铭记在心底。

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然而,就在“蛟龙”的深度表指数指向38米时,他却接到指令:抛载返航!虽然对海水深处的好奇心依旧,但军令如山,他不敢打丝毫折扣,即刻开始返航。不过返航的过程中,他也很奇怪:怎么就突然要求返航呢?是自己在下潜的过程中哪个地方操作失误,令母船上的专家们不满意吗?

唐嘉陵不知,“蛟龙”号深潜器在此次下潜中,先还与母船“向阳红09”号有联系,然后便没联系了,然后又有了联系……

“蛟龙”号与母船的这种“若即若离”的关系,曾让海试现场总指挥刘峰直冒冷汗:接收不到“蛟龙”号发来的信息,水声通信不通,超短基线定位系统也不能准确测定深潜器的位置,是水声通信系统出了问题,还是海洋表面的环境很吵?又或者“蛟龙”号深潜器本身设计上存在问题?

在找不到原因的情况下,他揪心到了极点。

后来,过了好一阵,才又收到“蛟龙”号的信息。虽然“蛟龙”号安然无恙,但由于尚不清楚其与母船失去联系的原因,只能马上叫停其继续下潜,命令即刻返航。

当天晚上,海试现场总指挥刘峰、临时党委书记刘心成等几人连夜商量解决问题的方法。指挥部初步判定,水声通信无法创建是由母船的噪音和浅水海洋背景噪音干扰造成的。

于是,第二天海试队再次赶赴试验区,以不同速度进行多次测试,结果验证了大家的判断。现场指挥部研究后决定,“蛟龙”号深潜器再次正式下潜后,便关掉“向阳红09”号船上的一台主机,另一台主机也低速运转,以减小噪音。同时,声学部门也更换了一根影响通信的电缆,并采用发莫尔斯电码的方法,将深潜器与母船联系起来。

水声通信无法创建这个海试的第一难题就此解决后,海试团队的第二大难题也必须解决,否则的话也将成为海试继续进行的拦路虎。这海试的第二大难题便是“蛟龙”号深潜器一旦出现安全问题,如何实施救援?如何把它从海底打捞上来?

最终,海试队研究出一套自救方案:给“蛟龙”号深潜器装上应急浮标,万一“蛟龙”在潜水时出现闪失,就将应急浮标及时释放出水面,

母船“向阳红09”号再通过连接“蛟龙”号深潜器与应急浮标的绳索,把“蛟龙”牵引上来。

有了第一次的下潜经历后,第二次、第三次下潜时的感觉就好了许多。

那之后,“蛟龙”不停地“试水”,下潜深度也逐步增加,分别为38米、42米和44米……

望着下潜深度显示表上跳动的数字,唐嘉陵和叶聪、付文韬不敢欣赏身边风景的变化,他们开始各做各的事情,忙碌如蚂蚁,有序而又纷繁。实验的内容五花八门:首先,对深潜器的性能进行测试,比如对航速、刹车、自动控制等进行考核;其次,对于潜航员自己的身体和心理也会有监测;还有,测试深潜器的作业功能,比如寻找标志物、提取样品,等等。

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50米海试圆满成功后,又开始了300米海区试验进程。

300米海试的过程中,“蛟龙”号深潜器也是饱受磨难:由于受到热带低压“彩虹”和“巨爵”热带风暴的干扰,“向阳红09”号船曾4次躲避。

如果海面上有风暴,深潜器是不敢入水的。一般人认为,海面纵然海浪滔天,也不能影响到海平面以下数百米的水体,所以,深潜器只要潜入深海,便如闲庭信步,安稳如山。

其实不然!因为海面上有风暴,海底也可能并不平静,不要说几百米的海底,就是数千米的海底,都一样有类似于陆地上飓风一样的情形。区别只在于海面上流动的是急风,而海底下流动的是激流。

海洋科学家把海底激流称为海底“风暴”。海底“风暴”犹如龙卷风,破坏力极强,它不仅会冲掉安装在海底的科学仪器,毁坏海底通信电缆,甚至可能危及海上石油钻井平台。

所以,深潜器虽然是在海底作业,但遇到海面热带风暴的干扰时,依然只能敬而远之,否则便可能玉石俱焚。

在300米级的海试中,“蛟龙”号深潜器进行了2次水面调试和5次下潜试验,下潜深度分别为213米、113米、335米、268米和292米,成功进行了两次坐底,在海底放置了“中国载人深潜纪念”标志物,进行了拍照、摄像和热液取样作业。

在此后的1000米级海试前,“蛟龙”号的水声通信系统经过进一步改进和完善,达到了可以通过语音、文字和图片与母船联系的能力。在通信方面,已是鸟枪换炮。

... 中国言实出版社《来自改革开放征程的报告1》

(《现代阅读》杂志推荐 摘自中国言实出版社《来自改革开放征程的报告1》 主编:杨晓升 原题:中国深海载人潜水器“蛟龙”号首次海试)

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