作者:张楠 来源:科学时报 发布时间:2011-7-22 8:16:29
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专访蛟龙号总设计师徐芑南:中国“蛟龙”志在7000米

 
7月21日,“蛟龙”号载人潜水器在试验区成功完成第一次下潜试验任务,最大下潜深度达4027米,并将在22日向5000米目标发起冲击。
 
蛟龙号是我国第一台自行设计、拥有自主知识产权的深海载人潜水器,其研制集结了中船重工集团公司702所、中科院沈阳自动化所和声学所等百余家单位,2002年6月正式启动,去年即实现下潜3759米的中国纪录。按计划将于2012年挑战7000米的世界深度。
 
7月17日,在蛟龙号5000米海试任务北京陆上基地保障中心,年逾古稀的蛟龙号总设计师徐芑南接受了《科学时报》专访。
 
下去能干活
 
“下去要能干活,上来要保安全。”徐芑南称,这一设计理念早已成为团队共识。
 
蛟龙号的动力源是蓄电池,“无动力下潜上浮技术”为潜水器节约了能源,其中的重要角色是两组压载铁:下沉到达预期位置时,抛掉一组,并通过可变压载水泵进行微调,实现悬停;采样工作结束时抛掉另一组,即可实现上浮。
 
“稳定的贴近海底自动巡航能力、精确的悬停定位能力,这两个条件使蛟龙号能够在地形复杂的海底搜索目标。”徐芑南表示,蛟龙号有三方面国际领先的技术,这是其一。“传感器要精确、运动控制方法要好、执行机构要灵敏。蛟龙号布有7个推力器,原地就能转圈。”
 
此次海试区域的海底流速很低,也保证了蛟龙号的定位精度。
 
高速数字化水声通信,可向母船传输文字、语音、图像,是蛟龙号的另一先进技术。即使水声通信出现故障,还有一套水声电话备用。
 
完全由我国自主研制的充油银锌蓄电池是第三大亮点,具有重量轻、析气量少的特点,超过110千瓦时的容量更是当下国际潜水器上最大的电池,这意味着更长的水下工作时间和更多的测量仪器。目前日本的潜水器蓄电池为86千瓦时,美国、法国为四五十千瓦时。
 
此外,蛟龙号还具备多种考察手段,能够实现运动过程中的工作,还能够坐底。“3759米那次,为了抓海参,快到时间了潜航员还不想上来。”徐芑南回忆起这件事,笑了起来。
 
说到潜航员,徐芑南认为良好的身体和心理素质是必备条件,在内径只有2.1米的耐压舱内,他们可能面对海底和设备出现的各种情况。此次3位潜航员之一叶聪,本身就是蛟龙号总体设计的主任设计师,并且掌握电气、计算机、结构、流体力学等各方面知识,具有丰富的下潜经验。
 
上来保安全
 
蛟龙号载人潜水器最快下潜上浮速度是每分钟42米。怎么保证潜航人员和蛟龙号能从5000米甚至7000米深海及时、安全浮上水面?
 
徐芑南强调,首先要保证人的安全,因而现在的设计是通电吸附、断电抛载。即使断电还没把压载铁扔掉,还可以利用液压缸“顶掉”。
 
为保证安全和获取最大浮力,假如重140公斤的两只机械手失灵,甚至被海草纠缠,则可分别“断臂”;二三十公斤的采样篮、1.2吨的主蓄电池箱,都可以电爆螺栓脱掉;极端状态下,用以调节平衡的420公斤重的水银也可以扔掉。
 
“如果还上不来,那就是陷在泥里‘不能自拔’了。”此时,潜水器发射带有长缆绳和闪光器的应急浮标,海面上的母船能够迅速定位并施救。
 
蛟龙号的生命支持系统,其设计标准不亚于国际潜水器的标准。蛟龙号球舱内需消耗的氧气、吸收的二氧化碳,是按3位潜航员12小时工作时间设计的,应急呼吸系统为72小时。
 
深潜,向着7000米
 
“边实验,边提高,边改进。”徐芑南说,“2002年开始设计的时候高清概念还没有进入。这次“蛟龙”号引用了高清摄像录像系统,再配上合适的灯光,将能更好地为海洋科考服务。”
 
徐芑南介绍,每次检查、试潜,只要发现问题就及时调整。
 
而这次海试还对蛟龙号故障检测系统进行了较高效率地完善。“以前,一条电缆漏水马上就能报警,但不能立即知道故障发生在哪里。现在能够对故障立即定位,显著提高了工作效率。”
 
5000米,也许是逗号,也许是分号,蛟龙号真正向往的是7000米深海。
 
深潜器目前的最大考验还是来自水压。徐芑南打了个比方:7000米处水压的能量,相当于将700公斤重量压在一个小拇指甲盖上。那么例如一根电缆,里面有四十几根芯,在强压下它们间隙会越来越小,绝缘度将受到影响。
 
目前,对于计算机、芯片这类不能承受压力的元器件,需要有耐压管来保护。对一些如蓄电池箱这样的结构,则通过充油压力补偿方式,达到内外压的平衡,以减小箱壁厚度,来减轻箱体的重量,还可以增加油介质的绝缘保护能力。
 
5000米的深度占地球海洋面积的75%,7000米可以到达99.8%。徐芑南表示,海底有大量资源有待开发,而海洋生物、海洋化学、海洋地震等学科的进一步开展,都需要这样的有力工具。“一个深潜器肯定不够,在进一步研制中,我们还要追求可靠性、可维性、国产率,并要降低运行成本。”
 
《科学时报》 (2011-07-22 A1 要闻)
 
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