原標(biāo)題：實現(xiàn)多項技術(shù)“首創(chuàng)”，國內(nèi)深海重載作業(yè)采礦車海試水深首破4000米

　　4102.8米!“開拓二號”滿載而歸

　　從西太平洋采回200多公斤深海礦產(chǎn)樣品，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”近日回到了它的“出生地”——上海長興海洋實驗室。

　　在6月22日至26日的海試中，“開拓二號”以多項首創(chuàng)技術(shù)，順利實現(xiàn)了國內(nèi)深海重載作業(yè)采礦車布放作業(yè)水深4000米大關(guān)的首次突破，最大下潛深度達(dá)4102.8米。

　　在昨天由市政府新聞辦聯(lián)合市發(fā)改委、市科委、上海交大舉辦的集體采訪活動中，相關(guān)負(fù)責(zé)人介紹了這一重大成果。

　　成功帶回200多公斤深海礦產(chǎn)樣品

　　在《西游記》神話中，孫悟空在東海龍宮取得了鎮(zhèn)海神鐵如意金箍棒。在現(xiàn)實中的大洋海底，真的蘊藏著多金屬結(jié)核、富鈷結(jié)殼，以及多金屬硫化物等豐富礦產(chǎn)資源。僅太平洋底就蘊藏著約30億噸鈷，相當(dāng)于陸地儲量的3000倍。

　　據(jù)國際能源署預(yù)估，到2030年，全球?qū)︹挼男枨罅繉⒈饶壳案叱?0倍，甚至可達(dá)25倍。當(dāng)下，歐盟及日本、加拿大等國已競相開展海底采礦關(guān)鍵核心技術(shù)與裝備研發(fā)。據(jù)預(yù)測，深海礦產(chǎn)資源開發(fā)有望在未來10至15年取得突破性進(jìn)展，實現(xiàn)商業(yè)化開發(fā)利用。

　　我國擁有面積相當(dāng)于3個渤海的5塊國際海底礦區(qū)專屬勘探權(quán)和開采優(yōu)先權(quán)。然而，勘探權(quán)也有“保質(zhì)期”，因此盡快掌握開發(fā)技術(shù)，形成開發(fā)能力至關(guān)重要。

　　“海底地形崎嶇，海況條件又相當(dāng)復(fù)雜，海底采礦裝備需要在伸手不見五指的漆黑環(huán)境中具備開采、收集和回收能力，每個環(huán)節(jié)的實現(xiàn)都十分不易?！薄伴_拓”系列深海采礦車首席科學(xué)家、上海交通大學(xué)船舶海洋與建筑工程學(xué)院教授楊建民介紹說，為此，“開拓二號”在技術(shù)上實現(xiàn)了多項突破，包括首創(chuàng)深海復(fù)雜海底地形高機動行進(jìn)技術(shù)、首創(chuàng)深海多礦類復(fù)合鉆采技術(shù)、首創(chuàng)深水重載作業(yè)智能精細(xì)控制技術(shù)、首創(chuàng)非金屬纜深海重載布放回收技術(shù)，并創(chuàng)新了深海環(huán)境擾動監(jiān)測評估技術(shù)。

　　經(jīng)過周密的前期準(zhǔn)備，今年6月，“開拓二號”向位于西太平洋的多金屬結(jié)殼和結(jié)核海區(qū)發(fā)起進(jìn)軍。海試期間，“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2000米級深度4次，4000米級深度1次，最大下潛深度達(dá)4102.8米。

　　這是國內(nèi)深海重載作業(yè)采礦車在4000米深海底部首次開展的深海礦產(chǎn)資源試開采試驗。經(jīng)此一役，“開拓二號”成功帶回了200多公斤的多金屬結(jié)殼、多金屬結(jié)核、海底基巖等各類深海礦產(chǎn)樣品。

　　“硬”山“軟”灘上均行走自如

　　長6米、寬3米、高2.5米，車前裝備有一根巨大的鉆頭，單從外觀看，“開拓二號”就是一臺“平平無奇”的采礦車。但如將其放入海底，無論是坡度達(dá)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”都能如履平地——秘訣就在它的四條履帶上。

　　楊建民介紹，“開拓二號”的每條履帶都能自主根據(jù)海底實際地形實時調(diào)整方向和狀態(tài)，無需任何人工操控，定位精度可達(dá)厘米級。而且，一旦遇到爬不過去的障礙物，它就會選擇繞過。

　　在不同地形都能如履平地的能力，讓“開拓二號”具備了“多礦聯(lián)采”的獨門絕技。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，對附著在斜坡基巖上的多金屬結(jié)殼，“開拓二號”的切削能力可將結(jié)殼與基巖快速分離，并把結(jié)殼礦石高效地吸入集礦箱；對半埋在稀軟的海底灘涂里的多金屬結(jié)核，它又能將其挖出。

　　此外，采礦車的布放與回收也是深海采礦的難點?！伴_拓二號”在空氣中重14噸，水中重近6噸，如果用傳統(tǒng)鋼制復(fù)合纜繩進(jìn)行布放，僅纜繩重量就會超過10噸，整個布放系統(tǒng)將不堪重負(fù)。團(tuán)隊成員、上海交通大學(xué)船舶海洋與建筑工程學(xué)院副教授劉明月介紹，團(tuán)隊用纖維纜繩取代了鋼制纜繩，“每千米纖維纜繩在水下僅重一噸，大大降低了負(fù)載強度”。

　　三代船海人，十年“開拓”路

　　“2013年，國外深海采礦裝備研發(fā)早已經(jīng)達(dá)到了一定水平，但國內(nèi)相關(guān)研發(fā)尚未完全起步。當(dāng)時，我覺得，在深海探采這方面，中國需要填補空白?！睆淖畛跻粋€設(shè)想，到遠(yuǎn)涉大洋的海試，楊建民一干就是十年。

　　主動對接國家重大戰(zhàn)略需求，楊建民帶領(lǐng)團(tuán)隊先后成功研制了深海重載作業(yè)采礦車“開拓一號”與“開拓二號”。其中，深海采礦車“開拓一號”于2021年成功實現(xiàn)了1305米深海試驗。不久前，“開拓二號”則在4級海況、6級風(fēng)的惡劣條件下完成5次探采，證實已具備深海多金屬結(jié)殼、多金屬結(jié)核與深海硫化物等多類型礦產(chǎn)綜合開采能力，技術(shù)性能達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先、國際一流水平。

　　更令楊建民欣慰的是，他用十年組建了一支由三代上海交大師生組成的多學(xué)科交叉攻堅團(tuán)隊，平均年齡只有32歲。十年前的趙國成，還只是上海交大船舶海洋與建筑工程學(xué)院的一名研究生。在導(dǎo)師楊建民的影響下，他堅定地選擇了深海采礦作為自己的研究方向，“僅控制履帶就需要工程、技術(shù)、機械、動力、材料等多學(xué)科的交叉融合，我在這個團(tuán)隊中學(xué)到了很多”。

　　2021年獲批新型研發(fā)機構(gòu)的上海長興海洋實驗室是“開拓”系列采礦車的重要研制基地。該實驗室負(fù)責(zé)人、中國工程院院士林忠欽表示，上海長興海洋實驗室是為服務(wù)海洋強國戰(zhàn)略而打造的海洋裝備領(lǐng)域的“研究特區(qū)”，也是海洋工程和海洋學(xué)科的多元化合作平臺。未來，實驗室將瞄準(zhǔn)更高目標(biāo)，為研制功能更強大的海洋裝備提供依托。