國之重器4000米下海底“挖寶”
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”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殼與結核，海試取得圓滿成功。試驗航次中，“開拓二號”5次探采，創(chuàng)下我國深海采礦領域6項紀錄，技術性能達到國內領先、國際先進水平。這是“國之重器”服務國家海洋強國戰(zhàn)略和上?？苿?chuàng)中心、現(xiàn)代海洋城市建設的一次重大突破。
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。此次海試的成功，標志著我國在深海采礦領域取得了重要突破，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)造了多項紀錄，包括最深下潛深度、最長連續(xù)作業(yè)時間等。這些紀錄的取得，充分展示了我國在深海采礦領域的技術實力和創(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核、富鈷結殼和多金屬硫化物等礦產(chǎn)資源，富含銅、鈷、鎳、錳等關鍵材料，應用價值極高。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，“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多千克的多金屬結殼、多金屬結核、海底基巖等各類深海礦產(chǎn)樣品。
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。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)了相關技術，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整方向和狀態(tài)，適應海底復雜地形行走需要，這在國內還是首創(chuàng)。
據(jù)介紹，“開拓二號”共實現(xiàn)了國內同類研究的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，獲得了大量多金屬結殼、多金屬結核等深海礦產(chǎn)樣品;首創(chuàng)深海復雜海底地形高機動行進技術，實現(xiàn)在30度以上陡峭海山、深海稀軟沉積物等各種復雜海底地形的安全穩(wěn)定行進;首創(chuàng)深海多礦類復合鉆采技術，實現(xiàn)對多金屬結殼、多金屬結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)智能精細控制技術，形成作業(yè)路徑智能規(guī)劃、跟蹤與避障能力，實現(xiàn)深水厘米級精準定位;首創(chuàng)非金屬纜深海重載布放回收技術，安全工作負載等指標位居國內前列;創(chuàng)新深海環(huán)境擾動監(jiān)測評估技術，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研究所深海地質與礦產(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殼，“開拓二號”的切削能力可以把結殼和基巖快速分離開，高效地把結殼礦石吸入集礦箱。同時，該深海采礦車的爬坡和避障能力可以讓它在復雜地形環(huán)境下實現(xiàn)多方向進行，從而大范圍覆蓋結殼礦區(qū)，提升礦石采收率。此外，“開拓二號”連續(xù)5天在6級風、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)海洋強國的目標貢獻力量。
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