5次探采，首次突破4000米深海作業(yè)深度，6項(xiàng)技術(shù)打破國(guó)際壟斷，攻克一系列世界前沿技術(shù)難題。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(chē)工程樣機(jī)“開(kāi)拓二號(hào)”，在成功完成深海試驗(yàn)航次后，搭乘“向陽(yáng)紅03”號(hào)科考船順利返回廈門(mén)。

中青報(bào)·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(xué)船舶海洋與建筑工程學(xué)院的一支青年團(tuán)隊(duì)。

“海底地形崎嶇，海況條件比較復(fù)雜，海底采礦裝備不僅要在這樣的環(huán)境‘來(lái)去自如’，還要具備開(kāi)采和收集能力，并且能有效回收，其中每一個(gè)環(huán)節(jié)都要經(jīng)過(guò)海試的考驗(yàn)?！贝舜魏Ｔ囀紫茖W(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(zhǎng)期以來(lái)，深海采礦在國(guó)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(jìn)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(kāi)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(yàn)中，“開(kāi)拓二號(hào)”在海底多金屬結(jié)殼與結(jié)核礦區(qū)，連續(xù)成功完成5次下潛，其中最深到達(dá)4102.8米深海海底，這是我國(guó)國(guó)內(nèi)深海重載作業(yè)采礦車(chē)首次在4000米以下深海底開(kāi)展深海礦產(chǎn)資源試開(kāi)采試驗(yàn)。

上海交大師生組成的三代“船海人”團(tuán)隊(duì)，在海試過(guò)程中通過(guò)多學(xué)科合作突破了一個(gè)又一個(gè)難題。楊建民告訴記者，這支團(tuán)隊(duì)組建于2013年。當(dāng)時(shí)國(guó)外深海采礦裝備研發(fā)已達(dá)到一定水平，而國(guó)內(nèi)相關(guān)研發(fā)還沒(méi)有完全起步。“像深海采礦車(chē)這樣的裝備是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，最重要的是要有一支多學(xué)科、多領(lǐng)域的專家團(tuán)隊(duì)，要融船舶、機(jī)械、電子、動(dòng)力、控制、材料各學(xué)科知識(shí)于一體?！睏罱裾f(shuō)，研發(fā)過(guò)程中，團(tuán)隊(duì)不斷接受新的考驗(yàn)，也不斷充實(shí)新的力量。

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

針對(duì)復(fù)雜崎嶇的海底波浪式山脈地形，團(tuán)隊(duì)研發(fā)了深水重載作業(yè)智能精細(xì)控制技術(shù)。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(shí)際地形實(shí)時(shí)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(yīng)海底復(fù)雜地形行走的需要。

“我年紀(jì)比較小，團(tuán)隊(duì)的很多博士是跟我同一級(jí)的。4月開(kāi)始的現(xiàn)場(chǎng)組裝調(diào)試主要的參與人就是我們采礦團(tuán)隊(duì)，其中有非常多的博士生。”團(tuán)隊(duì)智能控制總工程師毛競(jìng)航介紹，調(diào)試地點(diǎn)在三亞的實(shí)驗(yàn)室和港口，持續(xù)了1個(gè)月。由于沒(méi)有遮擋物，團(tuán)隊(duì)人員都暴露在烈日下參與調(diào)試、組裝和維護(hù)，大家的皮膚至少黑了3個(gè)度。

走路問(wèn)題解決后，如何在海底“抓大貨”成為團(tuán)隊(duì)面對(duì)的新挑戰(zhàn)。

在海底極端高壓環(huán)境下進(jìn)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(gè)大難題。上海交大的師生專門(mén)為此攻克了“多礦物巖產(chǎn)技術(shù)”。在這次深海試驗(yàn)中，“開(kāi)拓二號(hào)”展現(xiàn)出強(qiáng)大的海底礦巖鉆進(jìn)與采集能力，對(duì)緊密附著在堅(jiān)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(jìn)行了高效開(kāi)采收集，成功獲得了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。

采完礦石，緊接著就要面臨深海采礦車(chē)布放、回收的挑戰(zhàn)。這次“開(kāi)拓二號(hào)”連續(xù)5天在6級(jí)風(fēng)、4級(jí)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(yàn)。

“最初計(jì)劃采用傳統(tǒng)的復(fù)合纜，經(jīng)過(guò)計(jì)算發(fā)現(xiàn)，要滿足我們的深海重載要求，對(duì)它的強(qiáng)度、直徑、尺寸要求非常大，導(dǎo)致我們的裝置在海水中的重量可能會(huì)指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)?！眻F(tuán)隊(duì)成員、上海交大船舶海洋與建筑工程學(xué)院副教授劉明月介紹，團(tuán)隊(duì)最終提出了“非金屬光電復(fù)合纜”的想法，這種創(chuàng)新型纜線直徑可達(dá)53.5毫米，滿足通電、通訊需求，安全負(fù)載達(dá)21.5噸。相對(duì)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(shù)也是團(tuán)隊(duì)首創(chuàng)。

劉明月告訴記者，這次上海交大團(tuán)隊(duì)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(shì)作出貢獻(xiàn)。我以前當(dāng)學(xué)生時(shí)主要學(xué)的是一些理論知識(shí)或計(jì)算方法，有機(jī)會(huì)接觸和結(jié)合這種大的項(xiàng)目、工程，也能更好地指導(dǎo)我們的科研，這是非常重要的機(jī)會(huì)?！?/span>

趙國(guó)成曾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)師的影響下，他將深海采礦作為自己的研究方向。10年后，趙國(guó)成已成為一名青年骨干教師，并參與了此次海試：“從實(shí)驗(yàn)室里幾米水深的水槽測(cè)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(xué)習(xí)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(huì)是我未來(lái)的研究方向?！?/span>

記者獲悉，近年來(lái)，上海交大提出“大海洋”戰(zhàn)略，匯聚學(xué)科優(yōu)勢(shì)重點(diǎn)打造海洋裝備交叉創(chuàng)新研究平臺(tái)。該平臺(tái)以高端海洋裝備研發(fā)為核心，打造準(zhǔn)工業(yè)化實(shí)驗(yàn)室，重點(diǎn)布局“深海裝備與資源開(kāi)發(fā)”等四大研究方向，有組織開(kāi)展深海重載作業(yè)裝備關(guān)鍵技術(shù)等研究。

 來(lái)源：中國(guó)青年報(bào)