携手共进,挺进深海

——力学所与深海科学与工程研究所共建实验室

2016年5月30日,习近平总书记在全国科技创新大会、两院院士大会、中国科协第九次全国代表大会上的讲话中指出,“深海蕴藏着地球上远未认知和开发的宝藏,但要得到这些宝藏,就必须在深海进入、深海探测、深海开发方面掌握关键技术”。总书记的讲话为海洋科技战略指明了方向。挺进深海是人类的向深水极端环境的发起的挑战,是抢占世界海洋科技发展前沿,提升我国海洋科技创新能力的关键。

1956年力学所建所之初,钱学森先生便提出了“上天、入地、下海”的蓝图,至今仍为力学所的主要发展方向。回顾力学所建所62周年以来取得的成就,在“上天”方面,参与了“两弹一星”的研制任务,建成了我国第一座超声速燃烧实验台、世界上第一座爆轰激波风洞、我国第一座超燃冲压发动机实验台、国际独创的复现高超声速飞行条件激波风洞以及在世界上首次实现过渡流区全球飞行,开辟了新的飞行空域等成就。在“入地”方面,完成CRH380系列高速列车气动定型设计,建设世界规模最大、实验速度最高的双向动模型实验平台,力学所发展的井下柱形旋流油水分离器于2015年12月成功投入渤海CFD11-2-A平台井深1967米、10MPa操作压力的井底分离生产线。在“下海”方面,参与了我国首座3000米水深半潜式钻井平台的方案设计和工程建造、发展了台风极值的非平稳过程预报理论,获得了南海、东海台风极值风速特征、建立了内波传播演化的数学模型,揭示了内波演化机理、建立了海洋波流场水动力数学模型,获得了渤海菩提岛风电场极端波流环境参数及其时空分布特征等工作。

力学所在历史上取得的骄人成绩是靠一代又一代力学人的拼搏和奋进。在新时期,面向国家的重大需求,科学家又面临了新的问题,比如我国南海油气资源极其丰富,但是70%蕴藏于500~3000米的深水海底,而我国自主掌握的开发技术仅限于300米水深。再如深海海床分布有大量的金属矿产,比如稀土、锰结核,要将这些矿产开采出来,与传统的陆地矿物和海洋石油开采不同,这类矿物不可能定点开采,需要一个可以移动的庞大系统,并且能够将收集到的多金属矿物从海底输运到海面上来。这些问题里包含了大量的力学问题亟待解决。

(1)我国早期深海采矿系统示意图 (2)“鹦鹉螺”多金属硫化物采矿系统

近年来,我院在深海领域的研究和技术攻关工作取得了一系列的重大成果,以三亚深海科学与工程研究所为牵头单位,在国家深海专项和院先导专项等重大项目的支持下,取得了一系列的成果,包括:(1)“海斗号”ARV成功开展万米海试及应用;(2)“探索一号” TS-03航次水下滑翔机完成最大下潜深度为6329米,航行总时间46小时39分,航行距离为67.5公里的海试试验,创造了水下滑翔机下潜深度世界纪录;(3)“天涯”号深渊着陆器成功完成万米海试验,获得CTD、溶解氧数据和批量近底经原位固定的微生物样品、近底水样、视频、照片及部分沉积物样品,该着陆器成功捕获批量深渊特征生物狮子鱼及其他大型生物;(4)成功参与研制了我国自主研发的4500米载人深潜器“深海勇士号”,并于2017年10月完成全部海试试验。 在深海技术领域,我院已经掌握全海深耐压结构、浮力材料、自动控制、导航定位、深海视频、深海作业等成体系的核心技术和创新能力;取得了包括大深度深潜技术、深海特种材料、深海通信及探测技术等一系列核心关键技术的突破。成功研制了我国第一批全海深高技术装备。

这一系列重大成果的取得和深海高技术装备的研制,使万米海洋深渊已经不再是人类的禁区,在未来开发和利用深海资源的过程中,各类深海装备在极端环境下服役的安全可靠性、海洋工程结构的稳定性、深海海床和洋流的运动规律等为力学家提供了广阔的探索空间。

 

 

2017年5月8日,应秦伟所长邀请,三亚深海所丁抗所长带队到力学所调研交流。此次交流,双方分别汇报了在海洋领域的研究工作,深海所提出了他们在深海关键技术攻关中亟需解决的力学相关的技术需求,双方找到了很多合作的契合点。双方本着优势互补、共同促进的原则,一致同意共建一个海洋方面的实验室,共同开展相关领域研究工作。2017年6月,深海所深海工程技术部主任阳宁带队到力学所就共建实验室进行了进一步的对接,针对“深海采矿”和“深海水下航行器”等具体的科学问题与力学所开展首批项目合作。2017年12月,秦伟所长带队前往三亚深海所参加了“深海技术创新研究院”筹建工作组第一次工作会议,并就双方共同组建实验室进行进一步的探讨。在双方所长的大力推动下,共建实验室工作正在稳步推进。

力学是工程科学的奠基石,力学家是重大工程系统的核心。在挺进深海,开发和利用深海资源、抢占未来深海科技发展的前沿制高点的征途中,力学人应承担起应有的责任和担当,与三亚深海科学与工程研究所以共建实验室为契机,携手共进,共创辉煌。(科技处杨云潇供稿)