文章來源：光明日報 發(fā)布時間：2024-11-21
深海探測又添“國之重器”！
2024年11月17日，我國自主設(shè)計建造的首艘大洋鉆探船“夢想”號在廣州正式入列。
這艘海上鉆探“大家伙”總長179.8米、寬32.8米，排水量42600噸，由國家發(fā)展改革委、自然資源部申報立項，自然資源部中國地質(zhì)調(diào)查局負(fù)責(zé)具體組織實施，聯(lián)合中國船舶集團(tuán)等多家單位設(shè)計建造，具備全球海域無限航區(qū)作業(yè)和海域11000米鉆探能力，有望幫助科學(xué)家進(jìn)一步探索和揭開地球深處的奧秘，早日實現(xiàn)“打穿莫霍面，直達(dá)上地?！钡娜祟惪茖W(xué)之夢。
作為面向全球海洋領(lǐng)域科學(xué)家開放共享的大型科學(xué)研究裝置，“夢想”號更是保障國家能源資源安全和支撐海洋強(qiáng)國建設(shè)的“核心利器”，標(biāo)志著我國深海勘查探測能力和裝備現(xiàn)代化建設(shè)邁出關(guān)鍵一步。
“什么時候我們能擁有屬于自己的大洋鉆探船？”
“人類對海底的認(rèn)識，并不比對月球更深刻?！闭劦浇ㄔO(shè)“夢想”號的初衷，中國科學(xué)院院士、地球物理學(xué)家朱日祥這樣說。
水深超過2000米的深海，占據(jù)著地球表面超過一半的面積，然而，那里黑暗無光、低溫高壓，一直是人類難以到達(dá)的神秘之境。從地質(zhì)學(xué)角度看，海底卻是探索地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)最近的地方——經(jīng)探測，大陸地殼平均厚度達(dá)35公里，大洋地殼平均厚度卻僅為7公里。因此，想研究地球板塊運動規(guī)律，了解地球內(nèi)部構(gòu)造的奧秘，到深海底部進(jìn)行探索十分必要。而在深海地殼薄弱處打穿地殼與地幔的分界面——莫霍面，取得上部地幔的樣品，直接了解地球內(nèi)部，更成為全球科學(xué)家的共同夢想。此外，深海蘊藏著極為豐富的礦產(chǎn)、油氣和生物資源，亟待人類共同探索。
因此，數(shù)十年來，科學(xué)家建立了探索深海的三大手段——深鉆、深潛、深網(wǎng)，即依靠深潛器進(jìn)行科學(xué)考察、國際大洋鉆探和國家海底科學(xué)觀測網(wǎng)建設(shè)。“三深”之中，深鉆肩負(fù)著從深海海底向下鉆探的重任。自20世紀(jì)60年代起，世界各國共同合作，開始支持鉆探船在全球海域鉆探獲取深海樣品，即巖心。通過分析巖心，來研究海洋與氣候變化、地球深部動力、深部生命和地質(zhì)災(zāi)害等問題。
在這個計劃中，中國屬于后來者。20世紀(jì)90年代，我國加入國際大洋鉆探計劃，中國科學(xué)院院士汪品先等專家在南海取得高質(zhì)量連續(xù)巖心共計5500米，為南海演變和東亞古氣候研究取得了3200萬年的深海記錄。隨后，中國科學(xué)家參與了多個國際大洋鉆探航次。
然而，從數(shù)千米的深海海底向下鉆探，作業(yè)環(huán)境特殊，是對鉆探平臺的極高考驗，背后更是各國深海科技實力的較量。此前，具備如此能力的大洋鉆探船，僅有美國的“決心”號和日本的“地球”號。中國科學(xué)家若想上船參與研究，需要繳納高額費用，也無法自主組織航次。一位參與過國際鉆探航次的中國科學(xué)家向記者感嘆：“工欲善其事，必先利其器。那時，我們都在想，什么時候我們能擁有屬于自己的大洋鉆探船，從‘參與者’轉(zhuǎn)變?yōu)椤鲗?dǎo)者’，從而在國際大洋鉆探中發(fā)揮更重要的作用？”
“擁有自己的大洋鉆探船”，承載著中國科學(xué)家夢想的“夢想”號計劃，就此起航。
“夢想”號“中國造”
2017年底，“夢想”號大洋鉆探船建設(shè)項目任務(wù)正式獲批，研發(fā)設(shè)計的重任落在了中國船舶集團(tuán)第七〇八研究所。
“這是對我們研發(fā)設(shè)計能力的信任！”中國船舶集團(tuán)第七〇八研究所“夢想”號總設(shè)計師張海彬說。的確，深海鉆探被譽(yù)為海洋科技領(lǐng)域的“皇冠”，超深水鉆探裝備的設(shè)計建造也考驗著一個國家船舶行業(yè)發(fā)展的綜合水平。此前，我國在許多高端船舶和海洋工程裝備的基本設(shè)計上，仍一定程度依賴國外公司。而“夢想”號則是完全由中國的研發(fā)和建造團(tuán)隊自主設(shè)計建造。
在研發(fā)設(shè)計之初，團(tuán)隊就對標(biāo)全球僅有的“決心”號和“地球”號大洋鉆探船，力求讓“夢想”號達(dá)到“小噸位、多功能、模塊化”的綜合目標(biāo)。
“針對以上日常運營和國際大洋鉆探的現(xiàn)實需求，我們在研發(fā)時，就注重以‘小噸位’來控制鉆探船的建造和運營成本，同時運用‘模塊化’的靈活設(shè)計，實現(xiàn)大洋科學(xué)鉆探、深海油氣鉆探和天然氣水合物勘查試采等多種功能。通過船舶‘減肥瘦身’設(shè)計，讓‘夢想’號的可變載荷達(dá)到最高15000噸，并通過‘模塊化’切換搭載，讓它能‘變身’成不同功能的船舶。”張海彬說。
為了完成這一綜合目標(biāo)，研發(fā)設(shè)計和建造團(tuán)隊集智攻關(guān)，突破了10大類50余項關(guān)鍵核心技術(shù)，完成了創(chuàng)新船型方案、新型連體雙月池等多項國際首創(chuàng)設(shè)計，研發(fā)了具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的大洋鉆探船，實現(xiàn)了綜合性能的大幅提升和運營成本的有效控制。
例如，為了滿足承載大洋科學(xué)鉆探、天然氣水合物勘查試采、海洋油氣勘探等多種功能的同船融合設(shè)計，團(tuán)隊充分考慮到不同科考的操作方式和裝備特點，在全球首次將科考船中央的月池部分設(shè)計為一大一小的連體雙月池模式；為了適應(yīng)不同的鉆探需求，設(shè)計上將船上的主體鉆機(jī)固定，配以可拆卸、可切換的靈活鉆臺，以滿足4種不同的鉆探作業(yè)模式；為了保障大洋鉆探的高穩(wěn)定性，船體動力定位系統(tǒng)采用全球首創(chuàng)的DP3（蓄能智能閉環(huán)電網(wǎng)），在節(jié)能環(huán)保的同時，也能保證在16級超強(qiáng)臺風(fēng)下的安穩(wěn)和安全……
國際領(lǐng)先的海上移動“國家實驗室”
要實現(xiàn)全球最強(qiáng)的鉆探能力和科研功能，“夢想”號上必須有“絕活兒”。
廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局研究員孫珍介紹，設(shè)計建造團(tuán)隊研制了全球首臺兼具油氣勘探和巖心鉆取功能的液壓舉升鉆機(jī)，集成四種鉆采作業(yè)模式和三種取心方式，綜合鉆探效率、硬巖鉆進(jìn)能力較傳統(tǒng)電驅(qū)鉆機(jī)提升40%以上，可實現(xiàn)不同地層和巖體持續(xù)鉆進(jìn)取心，最大鉆深可達(dá)萬米。其中，深水無隔水管泥漿循環(huán)系統(tǒng)（RMR）也是我國自主研發(fā)的驕傲，這種作業(yè)方式泥漿不排海，可實現(xiàn)海底零排放，同時降低鉆探成本。
登上“夢想”號，寬敞明亮的九大功能實驗室令人眼前一亮。為了滿足各種大洋科考需求，船上建有總面積超過3000平方米的實驗室群，面積比“地球”號提高三分之一，包含地球物理實驗室、古地磁實驗室、微生物實驗室、基礎(chǔ)地質(zhì)實驗室、無機(jī)地球化學(xué)實驗室、海洋科學(xué)實驗室、有機(jī)地球化學(xué)實驗室、天然氣水合物實驗室和鉆探技術(shù)實驗室。
朱日祥告訴記者，這里配備了世界一流的磁屏蔽室、潔凈等級達(dá)萬級的地質(zhì)微生物潔凈間和全球首套船載巖心自動傳輸存儲系統(tǒng)，可滿足多學(xué)科綜合研究要求，一些實驗條件比陸地上的實驗室還好。在實驗室的流程優(yōu)化上，巖心出心與實驗室被設(shè)計在同一傳輸層，并通過裝備實現(xiàn)自動轉(zhuǎn)運?？梢哉f，深鉆獲得的深海巖心一出水，就可以快速被傳送到船上實驗室，方便科學(xué)家切割、采樣、實驗，開展研究。為了保證未來船上實驗功能的進(jìn)一步拓展，還專門預(yù)留了實驗室升級拓展空間和公用系統(tǒng)接口。
“夢想”號還擁有全球規(guī)模最大、最先進(jìn)的科考船綜合信息化系統(tǒng)。為了實現(xiàn)智能化，船上建成了全國首個科考船舶數(shù)字孿生系統(tǒng)，覆蓋全船2萬多個監(jiān)測點，實現(xiàn)全船態(tài)勢綜合感知、鉆采作業(yè)全過程監(jiān)測、實驗智能協(xié)同及船岸一體化，信息化水平國際領(lǐng)先。為了確保智能化的持續(xù)領(lǐng)先，“夢想”號還參考頂尖艦船設(shè)計，預(yù)留了大量的升級接口，以備未來及時優(yōu)化。
有望助推地球系統(tǒng)科學(xué)變革
有了“夢想”號，我們能做什么？對此，孫珍回答：“面向重大科技前沿，推動地球系統(tǒng)科學(xué)變革是我們的首要目標(biāo)。”
具體而言，“夢想”號具備萬米以下的鉆探能力，令科學(xué)家看到了“打穿莫霍面，直達(dá)上地?！钡南Ｍ脮r，隨著國家重大科技項目和國際大科學(xué)計劃的實施，大洋鉆探深度不斷推進(jìn)，科學(xué)家將能更好地回答地球內(nèi)部是如何運行、地球生命是如何產(chǎn)生、地球磁場倒轉(zhuǎn)的原因是什么等重要科學(xué)問題。目前，深鉆是唯一能夠進(jìn)入地球深部獲得直接證據(jù)的手段，因此，“夢想”號也將助力科學(xué)界在多圈層上和多學(xué)科上研究范式的變革。
作為大洋鉆探科考船，“夢想”號也將服務(wù)于國家“雙碳”戰(zhàn)略和防災(zāi)減災(zāi)。例如，在二氧化碳海洋地質(zhì)的碳封存研究方面，以往缺乏技術(shù)裝備來取得相應(yīng)的深海樣品，如今這艘船具備了相應(yīng)的采樣能力。而在研究地震、海底滑坡等地質(zhì)災(zāi)害歷史記錄方面，“夢想”號也將發(fā)揮重大作用。
“‘夢想’號還能夠帶動相關(guān)裝備產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，助力制造強(qiáng)國建設(shè)?！睂O珍告訴記者，在具體實施科考計劃中，科學(xué)家們將面臨許多諸如高溫高壓等極端環(huán)境的考驗，這將推動鉆頭、鉆桿等新材料的研發(fā)，加快井口裝置設(shè)備國產(chǎn)化替代，使得海工裝備制造升級，同時也會推動水下信息通信裝備的技術(shù)進(jìn)步。
此外，當(dāng)前新十年階段的國際大洋鉆探計劃即將啟動。具有國際領(lǐng)先性能的“夢想”號入列，由中國牽頭的新一輪國際大洋鉆探計劃有望由此發(fā)起?！皦粝搿碧枌槲覈灾鹘M織航次提供關(guān)鍵裝備保障，將推動我國大洋鉆探由參與向主導(dǎo)的跨越式轉(zhuǎn)變。借助“夢想”號先進(jìn)的科考能力，也將推動我國與其他國際大科學(xué)計劃的深度合作，促進(jìn)更多層面的國內(nèi)外科學(xué)交流，為人類共同探索海洋與地球的奧秘貢獻(xiàn)中國智慧和中國力量。
【責(zé)任編輯：張宇暉】