海底“挖土豆”神器

雷浩

同学们，你们挖过土豆吗？圆滚滚的土豆长在地下，挖土豆时先浇水浸湿土壤，再用铲子小心翼翼地把土豆挖出来，尽量不要把土豆挖烂，然后嘛，土豆挖出来了，就可以准备各种土豆美食了。

如果我告诉你们，海底也有天然“土豆”，你们会不会很吃惊？这些“土豆”要更硬，不怕磕碰；它们富含铜、钴、镍、锰、铁等多种元素，“营养价值”要更高，可谓“海底宝藏”。它们分布在海底的一片片区域，就像土豆长在田里一样。海底的“土豆”大的直径有25厘米，像篮球那么大；小的直径只有0.5厘米，像黄豆那么小。因为长在海底，所以它们周围的“土质”非常松软，挖它们就省掉了弄松土壤这一道工序。你们是不是已经跃跃欲试，想要去海底挖宝藏啦！

等等，先别急。其实，这种天然“土豆”叫锰结核，它们“长”在海底深处，例如南海海底1300米处。这么深，难道要乘坐潛水艇去挖锰结核吗？

不不不，科学家已经想好办法了，那就是使用无人深海采矿车。这种采矿车既像坦克，又像推土机，前端装了一个大型“吸尘器”。深海采矿车被放到海底后，它首先用“吸尘器”把深埋海底的锰结核吸进车里，然后储存在集矿舱里，最后通过管道传送到海面的采矿船上。深海采矿车在海底边走边吸，哪里锰结核多就往哪里去，它不仅能自动规避海底障碍物，还能在无人操作的状态下按照预定轨迹行驶，作业结束后再慢悠悠地浮到海面，回到采矿船上。是不是很神奇呢？

但其实深海采矿车在研发和应用中遇到了很多难题。

一是深海采矿车与采矿船不能失去联系。深海采矿车所需的动力电、通信信号都需要线缆传输。随着深海采矿车进入几千米深的海底，线缆长度需要万米以上。

二是深海采矿车面临着深海压力和海水腐蚀的双重考验。

三是深海环境复杂。海底凹凸不平，又很松软，而深海采矿车稍不注意就会打滑、下陷，甚至掉下陡坡。

另外，由于海水的阻隔，深海采矿车使用卫星定位系统也非常困难。这种几吨到几十吨重的大家伙一旦在海底出了状况，救援难度可想而知。

我国自主开发深海采矿车经历了实验室研究、湖底测试和海底测试三个阶段。

20世纪90年代中期，第一代采矿车的实验室样机诞生了，它是个8吨重的大家伙，4米长，3米宽，2米高，每秒行进1米，能爬上15°的坡，越过高度0.5米的障碍物，跨过宽1米的沟，转弯半径15米。这些参数在当时世界范围内的实验室样机中是很先进的，但它也有一些设计缺陷，例如线缆经常缠在一起，过于依赖视觉操纵等。

2001年，采矿车的研发进入湖底测试阶段，这时的采矿车变成了一个30吨的巨型机械，经过在云南抚仙湖湖底130米深度的测试，科学家发现采矿车既不好控制，又容易陷住，作业效率不理想。

2018年，“鲲龙500”海底采矿车在我国南海500米深度成功完成测试。它的大小、重量和一代机差不多，攻克了海底稀软底质上行驶、海底综合导航定位等关键技术难关，甚至在海底走出了一个单边长度为120米的“中国星”图案。

2021年4月，上海交通大学海洋工程团队研制的深海重载作业采矿车样机，完成了1300米深度的海底智能行进与路径跟踪、海上布放回收等一系列试验。新型采矿车转弯半径只有5米，实时行进轨迹与事先规划的S形目标路径高度吻合，最大误差仅0.4米。

我们期待着国产深海采矿车早日实现商用，真正成为打开海洋矿产宝库的“金钥匙”！