國之重器4000米下海底“挖寶”
近日，由上海交通大學(xué)自主研制的深海重載作業(yè)采礦車工程樣機“開拓二號”搭乘“向陽紅03”號科考船，在西太平洋著底4102.8米，成功取回深海多金屬結(jié)殼與結(jié)核，海試取得圓滿成功。試驗航次中，“開拓二號”5次探采，創(chuàng)下我國深海采礦領(lǐng)域6項紀(jì)錄，技術(shù)性能達到國內(nèi)領(lǐng)先、國際先進水平。這是“國之重器”服務(wù)國家海洋強國戰(zhàn)略和上海科創(chuàng)中心、現(xiàn)代海洋城市建設(shè)的一次重大突破。
據(jù)悉，“開拓二號”是我國自主研發(fā)的深海重載作業(yè)采礦車，具有全自主知識產(chǎn)權(quán)。此次海試的成功，標(biāo)志著我國在深海采礦領(lǐng)域取得了重要突破，為我國海洋資源開發(fā)提供了有力支撐。
“開拓二號”在海試中創(chuàng)造了多項紀(jì)錄，包括最深下潛深度、最長連續(xù)作業(yè)時間等。這些紀(jì)錄的取得，充分展示了我國在深海采礦領(lǐng)域的技術(shù)實力和創(chuàng)新能力。
7月9日，記者在長興島的上海長興海洋實驗室，見到了“開拓二號”。它長6米、寬3米、高2.5米、重14噸，好似一臺水下數(shù)千米的海底掘進機。
五次下潛深海
大洋海底蘊藏著豐富的多金屬結(jié)核、富鈷結(jié)殼和多金屬硫化物等礦產(chǎn)資源，富含銅、鈷、鎳、錳等關(guān)鍵材料，應(yīng)用價值極高。在未來10年到15年，深海礦產(chǎn)資源開發(fā)有望取得突破性進展，實現(xiàn)商業(yè)化開發(fā)利用。
海試首席科學(xué)家、上海交通大學(xué)船舶海洋與建筑工程學(xué)院教授楊建民介紹，長期以來，深海采礦在國際上存在三大技術(shù)難題：一是礦區(qū)海底地形異常復(fù)雜，裝備安全行進困難;二是深海礦產(chǎn)賦存形式與物理特性復(fù)雜多樣，高效開采收集困難;三是深海重載作業(yè)裝備在海上風(fēng)浪條件下，安全布放回收困難。
這次深海試驗，“開拓二號”在海底多金屬結(jié)殼與結(jié)核礦區(qū)，連續(xù)成功完成了5次下潛，其中4000米級深度1次，2000米級深度4次，這是國內(nèi)深海重載作業(yè)采礦車首次在4000米以下深度的海底開展深海礦產(chǎn)資源試開采試驗。而且，“開拓二號”還展現(xiàn)出強大的海底礦巖鉆進與采集能力，對緊密附著在堅硬礦巖上的多金屬結(jié)殼、淺埋于稀軟深海沉積物中的多金屬結(jié)核等不同類型海底礦物進行了高效開采收集，成功獲得了200多千克的多金屬結(jié)殼、多金屬結(jié)核、海底基巖等各類深海礦產(chǎn)樣品。
六項研究突破
無論是坡度達30多度的陡峭海山，還是由高黏性稀軟沉積物堆積的海底“灘涂”，“開拓二號”都能順利行進、爬坡和原地回轉(zhuǎn)。據(jù)介紹，為了讓采礦車的行進更加自由，楊建民團隊研發(fā)了相關(guān)技術(shù)，幫助采礦車不需任何人工操控，就能自主感知采礦環(huán)境。采礦車的4條履帶可根據(jù)海底實際地形實時調(diào)整方向和狀態(tài)，適應(yīng)海底復(fù)雜地形行走需要，這在國內(nèi)還是首創(chuàng)。
據(jù)介紹，“開拓二號”共實現(xiàn)了國內(nèi)同類研究的6項突破：首次實現(xiàn)深海重載作業(yè)采礦車布放作業(yè)水深突破4000米大關(guān)，獲得了大量多金屬結(jié)殼、多金屬結(jié)核等深海礦產(chǎn)樣品;首創(chuàng)深海復(fù)雜海底地形高機動行進技術(shù)，實現(xiàn)在30度以上陡峭海山、深海稀軟沉積物等各種復(fù)雜海底地形的安全穩(wěn)定行進;首創(chuàng)深海多礦類復(fù)合鉆采技術(shù)，實現(xiàn)對多金屬結(jié)殼、多金屬結(jié)核等不同類型礦石高效開采與收集;首創(chuàng)深水重載作業(yè)智能精細(xì)控制技術(shù)，形成作業(yè)路徑智能規(guī)劃、跟蹤與避障能力，實現(xiàn)深水厘米級精準(zhǔn)定位;首創(chuàng)非金屬纜深海重載布放回收技術(shù)，安全工作負(fù)載等指標(biāo)位居國內(nèi)前列;創(chuàng)新深海環(huán)境擾動監(jiān)測評估技術(shù)，采礦車還搭載了環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，對海底羽狀流生成擴散、水下作業(yè)噪聲等環(huán)境影響情況進行了全面監(jiān)測與評估，為我國深海礦產(chǎn)資源勘探與綠色環(huán)保開采提供了珍貴的一手材料和數(shù)據(jù)。
隨船參加海試的青島海洋地質(zhì)研究所深海地質(zhì)與礦產(chǎn)室副主任黃威表示，針對附著在斜坡基巖之上的多金屬結(jié)殼，“開拓二號”的切削能力可以把結(jié)殼和基巖快速分離開，高效地把結(jié)殼礦石吸入集礦箱。同時，該深海采礦車的爬坡和避障能力可以讓它在復(fù)雜地形環(huán)境下實現(xiàn)多方向進行，從而大范圍覆蓋結(jié)殼礦區(qū)，提升礦石采收率。此外，“開拓二號”連續(xù)5天在6級風(fēng)、4級海況條件下作業(yè)，成功完成了多次、連續(xù)深海布放、海底作業(yè)與提升回收，裝備安全性、可靠性得到了檢驗。
作為國家海洋強國戰(zhàn)略的重要組成部分，深海資源的開發(fā)和利用對于我國經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。而“開拓二號”的成功研制和海試，無疑為我國在這一領(lǐng)域的發(fā)展注入了強大動力。
未來，隨著我國科技水平的不斷提高和海洋產(chǎn)業(yè)的發(fā)展壯大，相信會有更多的“國之重器”涌現(xiàn)出來，為我國實現(xiàn)海洋強國的目標(biāo)貢獻力量。
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