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“海牛”寻宝,“奋斗”领航

2023-09-21本刊综合

发明与创新·小学生 2023年9期
关键词:海牛深海载人

本刊综合

小新,好久不见,这段时间你去哪了?

天气太热啦,我去海南潜水了。

哇,潜水好玩吗?

当然啦!我在教练的带领下,看到了各种神奇、美丽的海洋生物,有海星、红珊瑚,还有各种叫不出名字的鱼。

太厉害了!

一般般啦,我这次最深只下潜到了10米,等我长大了,我要去万米深海探险,去海底寻宝!

别吹牛了。我听说海水压力很大,普通人在不佩戴任何潜水装备的情况时,最多只能下潜10米。即便借助水下呼吸器,人们下潜的最深纪录也只有332米。

你可太小瞧我们人类了。500年前,达·芬奇设计潜水服,150年前,凡尔纳撰写《海底两万里》,当时的科学幻想很多都已经成为现实。在中国,不仅有深海“神兽”帮忙探测海底宝藏,还有深海“巴士”载我们潜入万米深海,去神秘的海底世界一探究竟!

真的吗?听起来真是不可思议。

眼见为实。走,带你去认识一下这些大国重器吧。

深海“神兽”——“海牛Ⅱ号”

外貌特征

我看似笨重,但是在海底工作时可灵活了!

我主要由海底钻机本体、海底原位探测仪、移动式海底钻机配套收放系统三部分组成。其中,钻机本体外观上是一个橙黄色、八边形的钢质构造,高7.6米,“腰围”10米,体质量12.5吨。我还有3条可收放的“大长腿”,即便是站在地形复杂的海底,也能保持直立的姿态。

我最重要的“武器”是78根钻杆,每根钻杆有3米长,像左轮手枪的子弹一样排列在圆盘上。操作时,通过圆盘旋转,机械手取杆上膛,把钻杆一根根钻进岩层,这样就能拿到我想要的东西。

深海矿产资源丰富,发现、研究它们,需要通过水下钻探获取样本。在各种取样方式中,我的钻探成本低、效率高、样品扰动小、易操作,备受科学家的青睐。另外,在建造海底油气采场和海上风电场这些“巨无霸”时,也需要我入海勘探出最佳位置。

最自豪的事

2021年4月7日晚,我悄然下潜,游至南海2000米的水下,成功下钻231米,刷新了当时深海海底钻机的世界纪录。除了钻得深,我还带回来了珍贵的可燃冰!

你知道吗

深海是一个巨大的宝库,海底存在大量石油、天然气等能源,其储量约占全球油气储量的三分之一。

浅海的光照充分、饵料丰富,海洋生物快速繁衍。海洋生物死亡后,残骸被泥沙一层一层掩埋起来。

被埋藏的生物遗体经过漫长的物理、化学、地质作用,生成石油和天然气。

简单来说,石油是由生物的尸体形成的。

独门绝技

在海水的压力下,可燃冰呈“冰”状,但一旦离开其适宜的海水深度,就会因压力减小而变成气体挥发。我的绝招是“保压取芯”——保持与海底地层相等压力的状态,将可燃冰带到海面上。此前,全球海底钻机的最大钻孔深度设计能力为200米,而实际保压取芯作业最深只到达147米。我成功下钻231米,大大刷新了这一纪录!

看家本领

我拥有125项国家专利,4项国际发明专利。有了这些专利的加持,我的工作效率更高、反应更灵敏、操控更简便、功能更多样。

效率提高:按照传统的提钻取芯技术,岩芯管装满后要将钻杆一根根收回,取出装满的岩芯管,换一根空的岩芯管,重新拧接后才能继续钻进。若是钻进深度为20~30米,这样的技术问题不大,但超过这一深度,所需时间就大幅拉长,完成一次作业需要好几天。时间就是金钱,科考船在海上工作一天,光油费就得20多万元。我采用自动遥控绳索取芯技术,钻进60米,完成一次样品提取只需约20个小时,钻进231米,也只花了约30个小时。

反应灵敏:我的身上有上百个传感器,這些传感器都是我的“眼睛”,根据它们“看到”的信息,钻头就可以自动调整钻进模式,大幅提高了钻探效率、取芯率和取芯质量。

操控简便:以前的海底钻机是一个命令对应一个按键,下海时需要好几个人不眠不休地守着。现在只需按一个按键就可以执行一套指令,一个人就可轻松操作。

功能多样:在钻孔取芯的同时,我还能干“兼职”:原位探测岩石的电阻率、孔隙率,给孔内周边岩石拍照等。

最危险的事

2021年3月,我在1000米水深顺利完成海底作业,正准备回到海面时,突然听到一声巨响,原来是从丹麦进口的配套收放绞车坏了!

当时的我还悬吊在1000米的水下,离海底约6米,上不去,下不来。更惊险的是,根据天气预报,48小时后,强台风就要经过这片海域,运载船必须离开躲避。大家紧急向丹麦厂家求助,答复是已经过了保修期,没遇过这种情况,爱莫能助。时间过去了9小时,大家都以为我没救了。

还好,万步炎教授没有放弃我!他带领团队尝试了各种办法,最后决定构建一个液压系统替代原有电动系统损坏部件的工作。经过近30个小时奋战,他们搭建安装好临时系统,在台风来袭前2小时成功将我救上船,带我一起踏上归程。

最感谢的人

我最想感谢万步炎教授。没有他的雄心勃勃,我就不会出现;没有他的坚持不懈,我就无法从0.7米下钻到231米,一次次刷新海底钻机钻深纪录;没有他的机智勇敢,我早就葬身海底,不可能在太平洋、印度洋钻进数千个“中国孔”。

下一个目标

在超万米的马里亚纳海沟打下世界第一钻!

“养牛专业户”

2023年5月,来自湖南的“养牛专业户”——湖南科技大学万步炎教授被授予“时代楷模”称号。他说:“我最自豪的两件事:第一,中国的第一台深海钻机是我发明的;第二,我带队研发的‘海牛Ⅱ号创造了世界纪录!”

为了让“海牛”达到世界领先水平,万步炎“敢”“稳”“拼”!

“敢”:2003年,国内科考船上装备了铠装光纤动力复合电缆,但电压高达3300伏,不了解其性能,几年没人敢用。2008年,万步炎第一个“吃螃蟹”。钻机下潜到1000米,电缆绝缘值时高时低,随时会漏电,全船人的心都提到了嗓子眼。万步炎发现是胶带问题,紧急抢修好了,可是专家组不同意继续试验。又是万步炎拍胸脯担保,不然2米钻机还要再等一年才能海试。

“稳”:科学研究不可能一帆风顺。“养牛”20多年,万步炎经历了20米钻机设备被脐带缆拉倒、60米钻机电机轴断了、231米钻机绞车坏了等“至暗时刻”,但他处变不惊、临危不乱,一次次化险为夷。

“拼”:夏天,甲板上有时候温度高达70摄氏度,可万步炎比年轻人还能熬,连续工作20多个小时仍精神抖擞。每次海试,他都不会缺席,因为“出海机会是宝贵的,要珍惜,只有亲临一线,才能获取真实的情况,才能把‘海牛做得更好”。

深海“巴士”——“奋斗者”号

外貌特征

我看起来像是一条大头鱼,这样的设计是为了减少阻力。我的肚子被涂成绿色,因为绿光在海水中衰减较小,便于人们在深海中找到我。我的头顶被刷成橘色,当我浮上水面时,方便母船第一时间发现我。

别看我外形呆萌,其实我对自己的“衣着打扮”非常讲究。

独门绝技

我不仅外形亮丽,而且肚里“有货”,可以同时搭载3名潜航员下潜。

在万米深海,水压超过110兆帕,相当于2000头非洲象同时踩在一个人的身上。为了保证水下潜航员的安全,我的载人舱被设计成球形。它由国产新型钛合金材料打造而成,不仅抗住了万米深海的巨大压力,还大大减轻了自身的重量,扩大了舱内空间,潜航员可以更加舒适地在里面工作。

此前,也有国外深潜器依靠球形载人舱成功挑战了万米重压,但舱体空间仅能容纳一两个人,无法搭载更多的人和设备。2012年,加拿大导演卡梅隆单独乘坐“深海挑战者”号探险马里亚纳海沟,为了把自己“塞”进载人舱,他甚至专门进行了瑜伽训练。

最自豪的事

2020年10月27日,我潜入马里亚纳海沟,首次在万米海底留下中国的足迹。同年11月10日,我再次于海底成功坐底10 909米,创造了中国载人深潜新纪录。

看家本领

超长续航:我可以在万米海底持续作业6小时,“油腻”的锂电池为我提供了充足的能源。上百块单体锂电池分为若干组排列,模块之间的间隙充满了油。当某个模块的温度升高时,周围的油会把热量通过电池箱体传递给外部的海水,起到散热的作用。

灵活操作:我有一对灵活的机械手,它有7个关节,可360度转动,操作精度达到1厘米,能够在海底轻松布放、拾取,还能承载几十千克的质量,实现万米“海底捞”。我曾“捞”到过海底的沉积物、岩石、生物样品、深海水体,为科学家们后续研究提供了非常有价值的数据和资料。

上浮下潜:为了下潜至海底,我背了一个大包袱——总质量近2吨的四块压载铁。在完成作业准备上浮时,我会抛出其中两块,使所受浮力大于自身重力。返航过程中,身上的浮力材料也会助我一臂之力。这种特殊材料由成千上万个纳米级大小的玻璃微珠构成,它们不仅能为我提供足够的浮力,还特别结实,能够经受住海底的巨大水压。

家族成员

在我国的载人潜水器家族,我还有两位哥哥。

大哥“蛟龙”号于2010年7月下潜到3759米的深海,使我国成为世界上第五个掌握3500米大深度载人深潜技术的国家。2012年,大哥下潜至7062米,创世界同类作业型潜水器最大下潜深度纪录。

二哥“深海勇士”号于2017年10月3日海试成功,它可以在水下深潜4500米。截至2023年6月16日,二哥已完成577次下潜任务,保持世界领先的运维水平。

当然,我的工作能力也很强。2022年,我完成了75潜次作业,今后,我将搭载更多科学家遨游在世界海洋的最深处,帮助他们实现科学梦想。

下潜至万米深海是什么感受?我现在就想去体验!

这个问题我可回答不了,还是邀请“奋斗者”号的乘客,我国首位下潜至万米海底的女科学家——贺丽生来分享她的经历吧。

贺丽生:

为了节约宝贵的能源,下潜过程中载人舱内的灯都是关着的,只靠仪器的显示屏来照明。下潜速度大约为1米/秒,“奋斗者”号要3个小时才能下到万米深的海底。

随着下潜深度的不断增加,周围海水的温度逐渐下降,到4000米时降到了最低点,只有2摄氏度左右。因为人体会散发热量,所以舱内的温度还能维持在17摄氏度左右,一件棉坎肩足以御寒。

当“奋斗者”号成功坐底马里亚纳海沟,我从观察窗口往外看,发现这里的生物真的非常多!记得我看到过几只钩虾、很多海参,还发现了不少多毛类生物。这里的海参跟我们之前看到的海参差别很大,它们个头不大,身体是透明的。

这么深的海底还有生物存活?

是呀,没想到吧!以前,人们以为海面6000米以下的地方是一个死气沉沉、与世隔绝的世界。然而,随着人们的不断探索,这些认识正在被颠覆。

万米海底,妙不可言,大洋之下仍有許多未知等待我们揭秘。我们要努力学习,怀揣好奇,探索未知,挑战自我,为祖国的深海探索工作贡献力量!

(栏目编辑:李瑚)

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