5次探采，首次突破4000米深海作業(yè)深度，6項技術打破國際壟斷，攻克一系列世界前沿技術難題。近日，由上海交通大學自主研制的深海重載作業(yè)采礦車工程樣機“開拓二號”，在成功完成深海試驗航次后，搭乘“向陽紅03”號科考船順利返回廈門。

中青報·中青網(wǎng)記者注意到，站在這一系列喜人成果背后的，是上海交通大學船舶海洋與建筑工程學院的一支青年團隊。

“海底地形崎嶇，海況條件比較復雜，海底采礦裝備不僅要在這樣的環(huán)境‘來去自如’，還要具備開采和收集能力，并且能有效回收，其中每一個環(huán)節(jié)都要經(jīng)過海試的考驗。”此次海試首席科學家、上海交通大學船舶海洋與建筑工程學院教授楊建民介紹，長期以來，深海采礦在國際上存在三大技術難題：一是礦區(qū)海底地形異常復雜，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)裝備在海上風浪條件下，安全布放回收困難。

這次深海試驗中，“開拓二號”在海底多金屬結殼與結核礦區(qū)，連續(xù)成功完成5次下潛，其中最深到達4102.8米深海海底，這是我國國內(nèi)深海重載作業(yè)采礦車首次在4000米以下深海底開展深海礦產(chǎn)資源試開采試驗。

上海交大師生組成的三代“船海人”團隊，在海試過程中通過多學科合作突破了一個又一個難題。楊建民告訴記者，這支團隊組建于2013年。當時國外深海采礦裝備研發(fā)已達到一定水平，而國內(nèi)相關研發(fā)還沒有完全起步?！跋裆詈２傻V車這樣的裝備是一個復雜的系統(tǒng)工程，最重要的是要有一支多學科、多領域的專家團隊，要融船舶、機械、電子、動力、控制、材料各學科知識于一體?！睏罱裾f，研發(fā)過程中，團隊不斷接受新的考驗，也不斷充實新的力量。

亂石、溝壑、坡度達30多度的陡峭海山、高粘性稀軟沉積物堆積的海底“灘涂”，“開拓二號”如何能夠在這樣的條件下如履平地？

針對復雜崎嶇的海底波浪式山脈地形，團隊研發(fā)了深水重載作業(yè)智能精細控制技術。它不需要人工操控，可以自主感知采礦環(huán)境，4條履帶能夠根據(jù)海底實際地形實時調(diào)整方向和狀態(tài)，形成作業(yè)路徑智能規(guī)劃、跟蹤與避障能力，適應海底復雜地形行走的需要。

“我年紀比較小，團隊的很多博士是跟我同一級的。4月開始的現(xiàn)場組裝調(diào)試主要的參與人就是我們采礦團隊，其中有非常多的博士生?！眻F隊智能控制總工程師毛競航介紹，調(diào)試地點在三亞的實驗室和港口，持續(xù)了1個月。由于沒有遮擋物，團隊人員都暴露在烈日下參與調(diào)試、組裝和維護，大家的皮膚至少黑了3個度。

走路問題解決后，如何在海底“抓大貨”成為團隊面對的新挑戰(zhàn)。

在海底極端高壓環(huán)境下進行礦物的切割和收集，是全球范圍內(nèi)尚未完全解決的一個大難題。上海交大的師生專門為此攻克了“多礦物巖產(chǎn)技術”。在這次深海試驗中，“開拓二號”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殼、淺埋于稀軟深海沉積物中的多金屬結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多公斤的多金屬結殼、多金屬結核、海底基巖等各類深海礦產(chǎn)樣品。

采完礦石，緊接著就要面臨深海采礦車布放、回收的挑戰(zhàn)。這次“開拓二號”連續(xù)5天在6級風、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。

“最初計劃采用傳統(tǒng)的復合纜，經(jīng)過計算發(fā)現(xiàn)，要滿足我們的深海重載要求，對它的強度、直徑、尺寸要求非常大，導致我們的裝置在海水中的重量可能會指數(shù)級增長。”團隊成員、上海交大船舶海洋與建筑工程學院副教授劉明月介紹，團隊最終提出了“非金屬光電復合纜”的想法，這種創(chuàng)新型纜線直徑可達53.5毫米，滿足通電、通訊需求，安全負載達21.5噸。相對于傳統(tǒng)鋼板，它在水中的自重大大降低。據(jù)悉，非金屬纜深海重載布放回收技術也是團隊首創(chuàng)。

劉明月告訴記者，這次上海交大團隊有20多名教師，與她年齡相仿的青年教師占了一大半，“我們年輕人可以利用各自的優(yōu)勢作出貢獻。我以前當學生時主要學的是一些理論知識或計算方法，有機會接觸和結合這種大的項目、工程，也能更好地指導我們的科研，這是非常重要的機會?！?/span>

趙國成曾是上海交大船舶海洋與建筑工程學院的一名研究生，在導師的影響下，他將深海采礦作為自己的研究方向。10年后，趙國成已成為一名青年骨干教師，并參與了此次海試：“從實驗室里幾米水深的水槽測試，到這次數(shù)千米水深的深海海底采礦作業(yè)，我獲得了一段十分寶貴的學習和鍛煉經(jīng)歷。海試成果讓我們很振奮，我更加篤定深海采礦將會是我未來的研究方向?！?/span>

記者獲悉，近年來，上海交大提出“大海洋”戰(zhàn)略，匯聚學科優(yōu)勢重點打造海洋裝備交叉創(chuàng)新研究平臺。該平臺以高端海洋裝備研發(fā)為核心，打造準工業(yè)化實驗室，重點布局“深海裝備與資源開發(fā)”等四大研究方向，有組織開展深海重載作業(yè)裝備關鍵技術等研究。

 來源：中國青年報