“奮鬥者”號聲學系統實現完全國產化萬米級浮力材料研製獲突破

“奮鬥者”號返航三亞接船儀式現場。中科院科學傳播局 供圖

中新網北京11月28日電 (記者 孫自法)中國圓滿完成載人萬米深潛海試任務的“奮鬥者”號全海深載人潛水器,28日順利返航三亞。中國科學院多個參與“奮鬥者”號研製和海試任務的研究所接受媒體採訪稱,聲學系統實現完全國產化、萬米級浮力材料自主研製等系列關鍵技術突破,為“奮鬥者”號實現載人萬米載人深潛發揮重要作用。

“奮鬥者”號聲學系統完全國產化

中科院聲學研究所是“深海關鍵技術與裝備”重點專項下的“全海深潛水器聲學技術研究與裝備研製”項目牽頭單位和“全海深載人潛水器總體設計、集成與海試”項目中聲學系統課題的承擔單位,由朱敏研究員帶領的海洋聲學技術中心團隊負責完成“奮鬥者”號聲學系統中全海深水聲通信機、地形地貌探測聲納、多波束前視聲納、多普勒測速儀、避碰聲納的自主研發以及定位聲納和慣性導航設備的系統集成。

朱敏指出,相較於前兩代的“蛟龍”號與“深海勇士”號載人潛水器,“奮鬥者”號的聲學系統實現了完全國產化,突破了全海深難關,技術指標更高,在“奮鬥者”號的整個海試過程中表現優秀,為全海深範圍內的持續巡航作業提供可靠技術保障。

其中,水聲通信是“奮鬥者”號與母船“探索一號”之間溝通的唯一橋樑,實現了潛水器從萬米海底至海面母船的文字、語音及圖像的實時傳輸。

“奮鬥者”號正在布放入水,準備開展下潛作業。中科院科學傳播局 供圖

據介紹,由聲學多普勒測速儀和定位聲納及慣性導航等設備相集成的組合導航系統,為“奮鬥者”號的巡航作業提供了高精度的水下定位導航。在11月16日的下潛作業中,藉助組合導航系統和聲納設備,“奮鬥者”號潛航員僅用半小時便成功取回此前布放在萬米海底的3個水下取樣器,成功實現“海底撈針”,並通過水聲通信機將取樣畫面回傳至母船。

萬米級浮力材料自主研製獲重大突破

據中科院理化技術研究所介紹,固體浮力材料的作用是為潛水器的順利下潛和安全上浮提供保障,其性能直接關係到潛水器與潛航員的安全,也是眾多深海科學考察裝備及實現海洋資源開發的核心材料。

全海深固體浮力材料研製與生產過程中,核心技術問題是要解決材料的密度與強度的協同關係,既要密度低又要耐高水壓。

為此,中科院理化所牽頭開展萬米級浮力材料自主研製項目攻關,在前期多年技術積累的基礎上,採用自主知識產權的軟化學制備技術,短時間內研製出固體浮力材料核心原材料高強空心玻璃微球,實現中國浮力材料研究的重大突破,進而利用緻密填充堆積技術結合輕質高強樹脂基材,製備出具有高安全係數的萬米級固體浮力材料並進行批量化生產,解決了長期以來國產固體浮力材料強度差密度高的技術難題。

中科院理化所還進一步聯合國內優勢力量進行浮力材料在模擬深海高壓下的性能評估和大型構件粘接加工。同時,為推動固體浮力材料的可持續發展,該所項目組在基礎研究方面也進行部署,組織相關單位開展浮力材料涉及的相關基礎科學問題研究。

聚“力”全海深載人潛水器科學研究

中科院力學研究所是中科院最先開展海洋工程研究的單位之一,具有全面堅實的學科積累和技術儲備。“十三五”期間,為更好的支撐“奮鬥者”號全海深載人潛水器的研製任務,中科院力學所與深海所成立深海力學研究的聯合實驗室,隸屬中科院深海技術創新研究院,共同為全海深載人潛水器的關鍵力學問題提供技術攻關。

這期間,中科院力學所承擔了“深海關鍵技術與裝備”重點專項研究的多項任務,圍繞全海深耐壓結構的疲勞破壞機制和壽命評估技術,以及非定常潛浮運動快速仿真方法開展研究,為結構和外型設計提供支撐。

據介紹,中科院力學所的研究揭示深海載人潛水器“耐壓艙”用鈦合金Ti62A等的(保載)疲勞破壞機制,發現較低頻率下,隨着加載頻率的增加,疲勞壽命增大,升/降載時間顯著降低“耐壓艙”用鈦合金Ti62A保載疲勞壽命,並且保載疲勞壽命與升載/降載時間在雙對數座標下呈近似線性關係。同時,該所還研究建立反映載荷形式和缺口對耐壓艙用鈦合金Ti62A的疲勞性能影響模型。