潜水器“三大顶尖技术”,中国的蛟龙号到底多厉害?

起跑线2020
7月前  
潜水器“三大顶尖技术”,蛟龙号到底多厉害?
什么是蛟龙号
蛟龙号”的研制单位就在江南胜地无锡——中船重工集团公司七〇二所。七〇二所历经3年多时间,万米级的载人潜水器也研制成功了!目前万米级载人潜水器正在进行出海前最后阶段试验,完成后就将远赴马里亚纳海沟,挑战全球海洋最深渊处,那里最大深度为海平面以下11034米。
无锡是华东军工重镇,拥有15所部属研究所,比如56所,58所,607所,614所,702所等等。无锡在研究生资源上即使大部分省会城市也不能比,并且都是1949年到1990年宏观布局在无锡的,可见无锡制造基础之雄厚。
由于在万米的水下,潜水器要承受的压力据专家说相当于在指甲盖上放一辆汽车,其舱壳必须用钛合金制造,形状、圆度、壁厚都必须精心设计。
蛟龙号载人潜水器,是由中国自行设计、自主集成研制的载人潜水器,是863计划中的一个重大研究专项。2010年5月至7月,蛟龙号载人潜水器在中国南海中进行了多次下潜任务,2012年6月,在马里亚纳海沟创造了下潜7062米的中国载人深潜纪录,也是世界同类作业型潜水器最大下潜深度纪录。
马里亚纳海沟,又称"马里亚纳群岛海沟",是目前地球上最深的海沟,海沟地处北太平洋西部海床,靠近关岛的马里亚纳群岛的东方。
马里亚纳海沟在海平面之下的深度远超过珠穆朗玛峰的海拔高度。马里亚纳海沟位于北纬11 °20′,东经142°11.5′,即于菲律宾东北、马里亚纳群岛附近的太平洋底,全长2550千米,为弧形,平均宽70千米,大部分水深在8000米以上。最深处在斐查兹海渊,为11034米,是地球的最深点。这条海沟的形成据估计已有6000万年,是太平洋西部洋底一系列海沟的一部分。2014年12月,科学家马里亚纳在海沟8145米的海床上发现了一种鱼类,打破鱼类的海洋栖息深度纪录。
为什么要研制水下潜航器呢?
首先是针对海洋资源的研究开发和利用。由于我国在深海探测领域一直处于劣势地位,特别是美国、俄国、法国等在研制出深海潜水器后,很快利用深海潜水器投入到深海资源的开发当中,使得他们在海洋物理学、海洋化学等自然学科领域的研究成果都超过了中国。 另根据一日本专家认为,通过对太平洋78处海床地点的调查结果显示,这些地点富含稀土物质,对各种高科技产品(不管是民用还是军用)而言都非常重要,表明深海海床的矿产潜能非常丰富。根据估计,每个热点地区每平方公里都储藏有稀土氧化物,相当于目前全球市场需求总量的五分之一,该市场中大约97%的供应都是由中国提供,而由于中国施加日益严格的出口定额,使得这些稀土物质在国际市场价格一度暴涨。
因此,为了深海资源的开发利用,我国借鉴其他发达国家的潜水器研究成果,并结合我国的实际特点研发出了适合我国自身发展的水下潜水器。
为什么要探索海洋?
人类进入21世纪面临着三大难题,首先是人口膨胀问题;其次是资源短缺问题;再次是环境恶化问题,毕竟全球已超过70亿的人口,海洋资源可解决人类生存问题,并且人类的出路就是向海洋拓展活动空间、向海洋要资源。
因为海洋是人类资源的宝库,地球本身就是个蓝色水球,尤其是海洋面积占了70.8%。
据不完全统计,每个人从出生,一生内大概需要消耗相当于1000多吨的矿产资源,假如乘以全球70多亿人口,无疑消耗的资源十分巨大,并且地球上的资源是有限上午,早早晚晚被要消耗开采完。
海洋基本上是一片尚未开发的处女地,充满了人类很大未知空间。
科学家经过研究及海底调查,目前仅仅完成了大约5%,仍然有95%根本没有下到海洋去亲自看过,人类对于海洋的大部分仍然一无所知,因此,探索海洋是人类重要的课题。
下潜到海底的难度一点都不亚于上天宇。深海由于存在巨厚的水体和海水对光线的物理吸收作用,所以探索难度非常大。好比在海底用一个手电筒只能看到大约周围几平方米空间。加上海洋的平均深度大约有3800多米,最深处有万米之深,因此,任何高科技探测设备下潜到海底探测,必须做到非常精密的密封,否则一旦海水渗漏进来,许多用电的电子元器件将会瞬间报废。
基于此,深海技术和航天技术一样都隶属于非常尖端的高科技。
海水里拥有巨量的宝藏
海水拥有很多的矿物质。海水的平均盐度是35‰,所以,人们品尝后海水是咸的。因为溶解后里面有80多种元素,有些含量较高的,属于主量元素。比如人类平常吃的盐很大一部分就是从海水里面提炼出来的。
假如把海水里的矿物质全部提炼出来的话,仅食盐就达到3770亿吨,若平铺到地球表面上,可以让地面增高150米。此外,海水里面还有其他的元素,仅仅镁就有1800多亿吨,另外还有钠、镁、钙、钾等矿物质。
海洋拥有巨量的资源及宝藏,浩瀚的海洋不仅仅只有鱼虾、海鲸、贝壳、珊瑚等,据科学家研究调查统计,海洋大概有二十万种以上海洋植物和海洋动物,其中海洋动物占了绝大多数,大概有18万种;而海洋植物有2万多种。尤其重要的是海洋生物每年给人类可提供大约有6亿吨的海产品,其中蛋白质就占了22%。
海洋生物还有有一个阳光生物圈:太阳光是宇宙空间最基础的能量,因为植物通过光合作用吸收二氧化碳,并转化为有机碳,再转化为葡萄糖、淀粉,动物吃了植物后,就构成了一个生态循环系统,因此,万物生长要靠太阳。
另外,还有一个黑暗生物圈。黑暗生物圈是上世纪70年代被首次发现。黑暗生物圈顾名思义是不依赖阳光,其里面的微生物非常的丰富,是一个独特的生态环境系统。生物圈的这些生物有独特本领能够在恶劣的条件下生长,充分说明本身势必有一些很独特的基因,此类基因就是科学家们研究的重点,未来能够被人类开发利用。
海洋里面拥有丰富的矿产资源。首先在大陆边缘1000米水深范围以内可找到可燃冰,其主要成分是甲烷和水结成冰,火柴点就能燃烧。深海盆四五千米深处,存在多金属结核,其各种金属含量极高,主要是铁汞铜镍这些金属元素。
天然气水合物是新替代性能源。多金属结核估计总储量有1.5万亿吨至3万亿吨,比陆地上探明的金属资源含量要高很多。
综上所述,探索海洋功在当代、利在千秋。 海洋面积占地球的三分之二,探索深海资源可保持经济社会可持续发展,也是建设海洋强国之选择。
蛟龙号开始研究制造的时间
2002年中国科技部将深海载人潜水器研制列为国家高技术研究发展计划(863计划)重大专项,启动"蛟龙号"载人深潜器的自行设计、自主集成研制工作。2009年至2012年,接连取得1000米级、3000米级、5000米级和7000米级海试成功。
因此,蛟龙号从立项之初,我国研制过的载人潜水器最深下潜只有600米。600米到7000米面临很多难题,尤其在7000米深海,每平方米要承受的压强达到700个大气压,就好比高压水刀内部的压强,舱体一旦出现裂纹,几秒钟之内船舱就会灌满水。特别是在高压之下的水像刀一样,十分危险。
2015年1月14日,在西南印度洋龙旗热液区执行印度洋科考首航段的最后一次下潜,这也是其在这个航段的第9次下潜。 3月17日,搭乘"向阳红09"船停靠国家深海基地码头,正式安家青岛国家深海基地管理中心。
2016年5月22日,成功完成在雅浦海沟的最后一次科学应用下潜,最大下潜深度达6579米。
2017年3月4日和7日,"蛟龙号"载人潜水器分别在西北印度洋卧蚕1号热液区和大糦热液区进行了中国大洋38航次第一航段的第3次下潜和第4次下潜。这两次下潜都在调查区域发现了热液喷口并获取了硫化物样品。5月23日,"蛟龙"号完成在世界最深处下潜,潜航员在水下停留近9小时,海底作业时间3小时11分钟,最大下潜深度4811米。
在潜水艇中,科研类的下潜是最深的,来看一下世界上其他国家潜水艇下潜最深为多少?
世界上第一个真正的潜水器是“比布号”潜 水球,是美国在1929年制造的。潜水器通过钢索与水面船只相连,水面船只通过电缆给它 供电,使人能在深水中活动和较长时间地工作。
现代潜水器有大有小,外形和结构也多种 多样。大的潜水器排水量有1000多吨,可以下潜1万多米;小的只有1吨多,下潜深度只有9 米。不论大小,它们一般都有耐深水高压的外壳、浮力器材以及观测、作业和动力等设备,这样潜水器就可以在海底进行观测、调查、取样。打捞和维修等人们在深海难以完成的工作。
在海洋石油资源开发中,潜水器帮助敷设海底油管,既快又好;它还代替人定期检查水下油管,能长时间在水下巡视,并及时进行维修。 在 军事上,潜水器不仅能在港口布雷、扫雷,还能同水下潜水艇对接,去营救失事的潜水器。
新型的遥控潜水器就是水下机器人。1985 年12月14日,我国自行设计制造的水下机器人“海人一号”曾在大连湾潜人海底。它身上装有多个电动螺旋桨,能前进、后退、转弯、“横爬”和在水下任一深度悬停。
它装有新型的微光电视,可在伸手不见五指的海底看清楚周围20米 范围内的目标。它装有声呐“耳朵”,以及长达 5米多的机械手,在电脑的指挥下,可以得心应手地进行水下作业。
世界各国潜水器下潜最深多少米
1、深海6500号——6527米:日本的深海6500号于1989年建成,曾下潜到6527米深的海底,创造了载人潜水器深潜的纪录。
2、中国蛟龙号——7062米:2012年6月24日,中国蛟龙号在世界上最深的深渊——马里亚纳海沟下潜7062米,创造了下潜最深的记录,在世界最深潜水艇排名中排第三位。这标志着中国具备了载人到达全球99.8%以上海洋深处进行作业的能力。蛟龙号进行了44天的海试期,对潜水器289项、水面支持系统24项功能和性能指标进行了逐一验证。
3、美国里亚斯特2号——10916米:1960年1月23日,美国里亚斯特—2号在太平洋的马里亚纳海沟下潜到了10916米的深度,因此成为世界深潜器排名第一(载人)。
4、日本海沟号——10970米:1995年,日本海沟号(无人潜水器)在马里亚纳海沟进行了水深达10970米的潜航,成为世界下潜最深的潜水器。世界上下潜最深是10970米!
蛟龙号水下潜航器在马里亚纳海沟进行了下潜试验,并取得了下潜深度7062米的好成绩!截止2018年年底,蛟龙号潜航器已经成功下潜158次,蛟龙号为我国的深海资源研究和开发领域做出了重大贡献。
值得一提的是,蛟龙号潜航器的下潜深度仅仅停留在了7062米的地方。而同时期其他国家潜航器的下潜深度早已超过了10000米!对于我国而言,如果在潜航器下潜深度这一技术不进行追赶的话,我国的深海资源研究和开发领域,同发达国家间的差距将越来越大。据此需要我国在蛟龙号潜航器的基础上进行了重大升级,最终研发出新型潜航器。
世界各国潜水器特点比较
美国比较早就展开了载人深潜的国家之一,1964年建造的"阿尔文"号载人潜水器在1985年找到泰坦尼克号沉船的残骸,如今已经进行过近5000次下潜,是当今世界下潜次数最多的载人潜水器。里雅斯特号深潜器创下了10916米的记录, 一直到2012年被深海挑战者号的10929米所打破。
法国1985年研制成的"鹦鹉螺"号潜水器最大下潜深度可达6000米,累计下潜了1500多次,曾进行过多金属结合区域,深海海底生态等调查,以及沉船、有害废料等搜索任务。
俄罗斯是目前世界上拥有载人潜水器最多的国家,比较著名的是1987年建成的"和平一号"和"和平二号"两艘6000米级潜水器。带有十二套检测深海环境参数和海底地貌设备,最突出特点就是能源比较充足,可在水下呆17至20个小时,《泰坦尼克》的电影里面很多镜头就是"和平一号"和"和平二号"探测工作中的镜头。
日本1989年建成了下潜深度为6500米的深海6500潜水器,水下作业时间可以达到8小时,曾经下潜到了6527米深,创造了载人潜水器深潜的纪录。并且已对6500米深的海洋斜坡和大断层进行了调查,还有对地震、海啸等进行了研究,已下潜了1000多次。
中国潜水器最大特点
蛟龙”号采用特制钛制船体,能承受强大的深海压力。如果这次远征潜水尝试成功,那么该潜艇预计将在2012年尝试在大约7000米的最大潜水深度运作,这样“蛟龙”号能够抵达几乎全世界海域的底部。这将使中国超越日本、俄罗斯、法国和美国,成为“深海潜艇俱乐部”中的佼佼者。
一、中国潜水器在世界上同类型中具有最大下潜深度达7000米,该潜水器可在占世界海洋面积99.8%的广大海域使用;
二、具有针对作业目标稳定的悬停功能,为完成高精度作业任务提供了可靠保障;
三、具有先进的水声通信和海底微貌探测能力,可以高速传输图像和语音,探测海底的小目标;
四、配备多种高性能,确保载人潜水器在特殊的海洋环境或海底地质条件下完成保真取样和潜钻取芯等复杂任务。
蛟龙”号采用特制钛制船体,能承受强大的深海压力。“蛟龙”号能够抵达几乎全世界海域的底部。这将使中国超越日本、俄罗斯、法国和美国,成为“深海潜艇俱乐部”中的佼佼者。 中国和俄罗斯申请勘探多金属硫化物,这对国际海底管理局来说是第一次。多金属硫化物主要包含铜、铅、锌、金和银。这些沉积物里中有一些富含的高浓度基础金属(铜、锌、铅),尤其是贵金属(金、银)。最近,由于近海勘探和采矿技术不断进步,使获得这些宝贵资源成为可能,这吸引了国际采矿业的眼球。
中国潜水器的三大突破
首先近底自动航行和悬停定位;其次是高速水声通信;再次是充油银锌蓄电池容量被誉为"蛟龙"号的三大技术突破。
稳定悬停功能:就好比开车,驾驶员的脚始终总放在油门上,难免产生疲劳感。而"蛟龙"号驾驶员具备自动航行功能,驾驶员设定好方向后,可以放心进行观察和科研。"蛟龙号"可以完成三种自动航行:1)自动定向航行,驾驶员设定方向后,"蛟龙号"可以自动航行不用担心跑偏;2)自动定高航行,可让潜水器与海底保持一定高度,尽管海底山形复杂多变,但自动定高功能能够让"蛟龙号"轻而易举地在复杂环境中航行,从而避免出现碰撞; 3)自动定深功能,能够让"蛟龙号"保持与海面固定距离。
悬停定位:潜水器一旦在海底发现目标,"蛟龙号"不像大部分国外深潜器那样坐底作业,而是由驾驶员行驶到相应位置, 固定位置,和目标保持固定的距离,这样方便机械手进行操作。由于海底洋流往往导致"蛟龙号"摇摆不定,机械手的运动带动整个潜水器晃动等内外干扰下,能够做到精确地"悬停"。在世界上所有潜水器中,还没有国外深潜器具备这样的功能。
深海通信靠声纳:地面通信主要靠电磁波,速度可达到光速。但到了水中却没了可用武之地,所以,电磁波在海水中只能工作几米。“蛟龙号"却能够潜入深海数千米,一直与母船保持联系,中国科学家们研发了具有世界先进水平的高速水声通信技术,采用声纳通信。这一技术需要解决多项难题,比如水声传播速度只有达到每秒1500米左右,如果是 7000米深度的话,说一句话往来需要大约10秒,声音延迟非常明显。声学传输的带宽也非常有限,传输速率很低。
由于声音在不均匀物体中的传播效果不理想,而海水密度大小不一样,温度高低不一样,海底回波条件也不一样,加上母船和深潜器上的噪音,因此在复杂环境中有效提取信号难上加难。
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