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逐梦“深蓝”,中国载人深潜有底气

米载人深潜新纪录,核心部件国产化率超9­6.5%

- ■本报记者

黄海华从我国的“蛟龙”号最深下潜 米,到“奋斗者”号创造 米载人深潜新纪录,万7062米深海从此­不再对中国人紧闭大门。

10909跨过核心技­术门槛,这正是“奋斗者”号实现万米载人深潜的­底气所在。

看点一钛合金新材料

世界最大载人舱球壳“钛”强韧“不是国产化,而是国产,这个‘化’字也可以去掉了。”“奋斗者”号载人舱项目负责人、中国科学院金属研究所­研究员杨锐自豪地说。金属研究所钛合金团队­采用自主发明的钛合金­新材料,建造了世界最大、搭载人数最多(3 人)的潜水器载人舱球壳。载人舱是Ti62A全­海深载人潜水器的核心­部件,是人类进入万米深海的­硬件保障和安全屏障,标志着一个国家载人潜­水器的技术水平。

“以往深潜器主要使用 材料,在万米海深的极端压力­条件下,如果要搭载 人,载人

Ti64舱钛合金的厚­度一下从 毫米变成了 毫

3米,材料强度也要大幅度提­高,但强度和韧性往

52 130往是互相矛盾的。”这个材料难题,成为了一系列关键技术­的瓶颈。“我们从一篇文献中受到­启发,当时有一种豁然开朗的­感觉,兴奋之下,春节也没顾得上休息,前后只用了两年半时间,就建造了可搭载 人的全海深载人舱。”金属研究所首次提出一­种新型的合金设

3计方案,据此设计实现了一种全­新的钛合金显微结构,在此基础上发明了具有­良好热加工成形和焊接­成形性能的钛合金 从而成功解决了载人舱­球壳的材料难题。

Ti62A,钛合金材料存在固有的“尺寸效应”,即尺寸和厚度越大,其均匀性和力学性能稳­定就越难以保证。这是其应用于深海极端­高压环境必须跨越的障­碍。金属研究所成功克服了­钛合金的“尺寸效应”,解决了大尺寸超厚钛合­金材料成形的均匀性和­力学性能稳定性难题。

“奋斗者”号载人舱由两个半球焊­接而成,几个窗口和接口(孔座)也必须通过焊接完成。保证焊缝位置的韧性,是焊接技术面临的世界­这是“奋斗者”号(资料照片)。

性难题;实现超大尺寸与厚度材­料的全电子束一次焊接, 更是一个 “几乎不可能完成的任务”。金属研究所独辟蹊径,提出了前所未有的焊接­思路, 突破了高强高韧钛合金­的焊接技术,保证了焊缝的韧性及其­他要求。

看点二水声通信系统

首次实现万米海底实时­影像传输“亲爱的观众们, 万米的海底妙不可言。”月 日 时 分,“奋斗者”号以 米坐底地球最深处马里­亚纳海沟,3位潜航员第11 10 8 12 10909一时间通过­水声通信系统分享了他­们的心情。

相较于前两代的“蛟龙”号与“深海勇士”号载人潜水器,“奋斗者”号的声学系统实现了完­全国产化。由中国科学院声学研究­所朱敏研究员带领的海­洋声学技术中心团队,为“奋斗者”号在全海深范围的持续­巡航作业提供了可靠的­技术保障。其中,水声通信是“奋斗者”号

新华社发(中国船舶集团供图)

与母船“探索一号”之间沟通的唯一桥梁,实现了潜水器从万米海­底至海面母船的数据、文字、语音及图像的实时传输。

由声学多普勒测速仪和­定位声呐及惯性导航等­设备集成的组合导航系­统,为“奋斗者”号的巡航作业提供了高­精度的水下定位导航。作为“奋斗者”号的潜航员,中科院声学所高级工程­师刘烨瑶介绍,在 月 日的下潜作业中,借助组合导航系统和声­呐设备,“奋斗者” 号潜

11 16航员仅用了半小时­便成功取回了此前布放­在万米海底的 个水下取样器,实现了“海底捞针”,并通过水声通信机将取­样画面回传至母船。

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看点三万米级浮力材料

万米深渊归来还有高安­全系数截至 月 日,“奋斗者”号在马里亚纳海沟区域­共开展了 次下潜, 其中 次下潜11 19

超过 米。“奋斗者” 号下潜万米深渊后, 13 8如何上浮,正是靠了中国科学院理­化技术研究所研制的固­体浮力材料。

“潜水器要浮到海面,一般有两种方式,一是消耗动力,这既浪费能源,又会缩短作业半径;还有一种是无动力上浮,也就是固体浮力材料,但必须保证绝对安全,否则会出现灾难性事故。”理化技术研究所研究员­张敬杰介绍。

固体浮力材料,是为潜水器的顺利下潜­和安全上浮提供保障,其性能直接关系到潜水­器与潜航员的安全, 其核心技术问题是既要­密度低又要耐高水压。由于制备技术难度大,世界范围内只有少数发­达国家掌握核心技术,且对我国实行技术封锁。

“国际上不乏由于浮力材­料开裂塌陷等原因,而导致水下装备丢失和­报废的事故,而我们的‘奋斗者’号要满足反复深潜。”张敬杰说,像砖头一样的固体浮力­材料有几千块,每一块都要经过严格的­测试。

在没有文献和经验借鉴­下,理化技术研究所牵头开­展了万米级浮力材料自­主攻关,在前期多年技术积累基­础上,实现了我国浮力材料研­究的重大突破,制备出了具有高安全系­数的万米级固体浮力材­料并进行了批量化生产。

看点四基础研究布局

核心部件国产化率超

96.5%奋斗者 号的核心部件国产化率­超过96.5%,这离不开基础研究的布­局。

“”

基础研究非常重要 当时我们在思考,钛合金焊接之后裂开怎­么办? 所里一位骨干“。人员在博士论文中, 就曾提出了确保韧性的­复合片层,这个设计有点像俄罗斯­套娃,一下就把韧性提高了。”杨锐介绍 早在 年,金属研究所就针对全海­深载人潜水器载人舱, 2014的材料与制造­等关键技术展开调研论­证和预先研究。为推动固体浮力材料的­可持续发展,理化技术研究所组织开­展了浮力材料涉及的基­础科学和应用基础科学­相关问题研究。“在我们解决温度和压力­的耦合问题时,正因为之前布局了基础­研究,这一问题很快就得到了­解决。”张敬杰说。

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