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我國首次500米海底多金屬結核采集系統(tǒng)試驗紀實
國際海底區(qū)域蘊藏著多金屬結核、富鈷結殼、海底熱液硫化物等豐富的礦物資源，對于拓展國家發(fā)展空間、增加戰(zhàn)略資源儲備意義重大。
近日，在自然資源部所屬的中國大洋礦產(chǎn)資源研究開發(fā)協(xié)會的支持下，由中國五礦集團有限公司所屬長沙礦冶研究院有限責任公司牽頭組織研制的“鯤龍500”海底集礦車在我國南海成功完成海底采礦試驗。這是我國首次成功開展海底采礦試驗，標志著我國深海采礦技術步入國際先進行列。
“鯤龍”走出“中國星”
6月15日凌晨5時，南海海域，“張謇”號海洋科考船抵達預定位置。
測試聲學信標、沖洗甲板、檢測集礦作業(yè)車……海試隊員有條不紊地進行各項準備工作。重達9.5噸的“鯤龍500”海底集礦車準備就位，即將開啟“龍宮探寶之旅”。
“報告總指揮，設備檢查完畢，人員就位?！睂χv機里傳來了海試隊員的報告聲。
“開始試驗?！彪S著長沙礦冶研究院海洋礦產(chǎn)資源開發(fā)技術研究所所長、海試現(xiàn)場總指揮毛桂庭一聲令下，收纜、解鎖、拉緊止蕩繩、A架前擺……“鯤龍500”在纜繩的牽引下緩緩升起。十幾名海試隊員牢牢地拽住止蕩繩，配合A架將海底集礦車起吊至指定位置。
10時許，“鯤龍500”成功入水。控制室里，海試隊員緊盯監(jiān)控屏幕，時刻關注集礦車的位置信息、設備狀態(tài)。11時40分，“鯤龍500”著底。12時30分，開始向預定位置行走。15時11分，開始按預設的五角星軌跡行走。監(jiān)控屏幕上，一個頗具象征意義的“中國星”行走軌跡逐漸顯現(xiàn)。16時40分，在進行5個多小時水下作業(yè)后，“鯤龍500”完成所有海底作業(yè)測試任務。
17時56分，滿載模擬錳結核的“鯤龍500”成功出水并回收至甲板。經(jīng)驗證，多金屬結核采集系統(tǒng)39項功能和性能考核指標全部達標，我國首次500米海底試驗取得圓滿成功。
“這是我國首次實現(xiàn)國產(chǎn)集礦作業(yè)車在514米海底連續(xù)集礦作業(yè)行走，創(chuàng)造了歷史新記錄?！焙Ｔ嚞F(xiàn)場驗收專家組組長、“十三五”國家重點研發(fā)計劃“深海多金屬結核采礦試驗”項目工程總師張福民在海試驗收意見中寫道。
項目驗收專家組組長、中國工程院院士鐘掘在項目驗收評審會上表示，本次海試的成功標志著我國深海采礦技術裝備取得階段性成果，為我國海洋事業(yè)發(fā)展做出了重要貢獻。
多措并舉力保海試成功
據(jù)悉，本次海上試驗歷時49天，海試團隊分別搭乘“長和海洋”號和“張謇”號按照由淺入深的原則進行海試?！蚌H龍500”海底集礦車共下水11次，最大作業(yè)深度為514米，多金屬結核采集能力10噸/小時，單次行駛最長距離2881米，水下定位精度達0.72米，實現(xiàn)了自主行駛模式下按預定路徑進行海底采集作業(yè)。
長沙礦冶研究院總經(jīng)理、該項目領導小組組長楊應亮介紹說，2016年，長沙礦冶研究院就在南海完成了600米管道礦漿深海輸送試驗，再加上此次采礦車500米海底采集試驗，至此深海礦產(chǎn)資源開發(fā)中最為關鍵的海底采集和水下長距離輸送兩大關鍵技術均獲得突破，初步掌握了多金屬結核集礦系統(tǒng)的核心技術，標志著我國深海采礦系統(tǒng)研發(fā)由陸上試驗全面轉入海上試驗。
其實，本次“鯤龍”500米海試的成功，離不開項目管理、制度創(chuàng)新和工程團隊建設、臨時黨支部等多方面的有力保障。
在中國大洋協(xié)會領導下，“鯤龍500”集礦車以及本次500米海試由長沙礦冶研究院牽頭，匯聚了長沙礦山研究院、中南大學、湘潭大學、哈爾濱工程大學等多家國內頂尖科研單位的專業(yè)人才，建立了項目三級管理體系，高效推進各項工作開展。
對于海試程序的嚴格管理，毛桂庭體會頗深。“這次海試程序上的嚴格堪比航天試驗，我們對每一個操作步驟都進行了詳細規(guī)定，甚至細致到了一顆螺絲必須擰幾圈?！?/p>
如此實施嚴格的程序管理，源于此前的經(jīng)驗教訓。海試團隊在之前曾進行過一次海試。當時，集礦車入水后卻在監(jiān)控屏幕里失蹤了。海試人員趕忙回收集礦車，經(jīng)過檢測后發(fā)現(xiàn)，原來是一個發(fā)射信標故障導致無法接收信號。待到更換發(fā)射信標后，海試團隊已錯過最佳天氣“窗口”，只能無奈返航。
“一個小零件的故障，就能導致整個試驗的失敗?！痹诿鹜タ磥?，從方案設計、設備研制，到實驗室試驗、70米海試，再到500米海試，正因為項目團隊一次次的糾錯、調整，才促成了500米海試的成功。
實施嚴格的制度管理離不開海試團隊的恪盡職守?！霸谶@里，只有崗位、沒有單位，大家必須心往一處想，勁往一處使?！睋?jù)長沙礦冶研究院海洋所黨支部書記、海試臨時黨支部書記許曉曙介紹，通過海底采礦項目的開展，該院打造了我國第一支成建制的海底采礦工程團隊，為我國未來開展深海采礦提供了重要的人才保障。
不斷攻克技術難題
積土成山，積水成淵。早在20世紀90年代中國大洋協(xié)會成立之初，就通過設立國家項目，支持長沙礦冶研究院、長沙礦山研究院等科研單位開展一系列深海采礦技術裝備研發(fā)試驗，海底采礦技術裝備研發(fā)實現(xiàn)了重要突破。
2001年，長沙礦山研究院和長沙礦冶研究院在云南撫仙湖首次開展130米級水深多金屬結核采礦系統(tǒng)綜合湖試，完成了我國向深海采礦技術裝備領域進軍的第一次嘗試。
相較“鯤龍500”，當時的集礦車體積大、重量沉，湖試時因履帶打滑陷入湖底無法行走。雖然時隔17年，長沙礦冶研究院海洋所副所長龔德文仍清楚地記得湖試時的場景?！笆芗夹g條件限制，當時根本無法實時跟蹤和準確測量集礦車的行走方向，甚至連走直線都無法實現(xiàn)，更別說實現(xiàn)按規(guī)定路徑智能行走?！?/p>
針對湖試暴露出來的問題，在中國大洋協(xié)會的支持下，以長沙礦冶研究院為首的研發(fā)團隊不斷改進集礦車性能，完成了“鯤龍500”的重要技術積累。
2012年，《多金屬結核采集擾動試驗系統(tǒng)研制及合同區(qū)海上試驗》正式立項，“鯤龍500”集礦車研制工作以及500米海試拉開帷幕。隨著項目不斷推進，一系列技術難題亟待解決。
長沙礦冶研究院海洋所總工程師、該項目負責人唐紅平說：“從湖試到海試，不僅是試驗場地的改變，集礦車的材質、控制系統(tǒng)、行走模式、通訊設備、布放回收等關鍵技術都需要優(yōu)化。”
完善總體設計方案、建立原理實驗測試平臺、研制原理模型樣機……研發(fā)人員經(jīng)過數(shù)輪論證、6年潛心研發(fā)、上百次實驗室試驗，終于在規(guī)定時間內完成了所有技術創(chuàng)新和設備改造。今年4月，隨著船舶改造、設備完善、海試物資準備等工作就緒，“鯤龍500”進入海上試驗階段，成功完成了我國首次500米海底多金屬結核采集系統(tǒng)試驗。
中國企業(yè)加快走向深海
雖然“鯤龍500”海試取得成功，但我國深海采礦技術裝備研發(fā)仍任重道遠。目前，歐美、韓國、日本等在商業(yè)化深海采礦技術裝備方面處于世界領先地位。特別是近年來，一些發(fā)達國家和跨國企業(yè)技術進步迅速，深海采礦技術裝備日趨成熟，加緊推進我國深海采礦技術裝備研發(fā)已迫在眉睫。
“這次海試是我國深海礦產(chǎn)資源開發(fā)領域的一次成功嘗試，為后續(xù)國家重點專項計劃提供了重要的技術支撐?！睍r至今日，長沙礦冶研究院副總經(jīng)理、海試總指揮李茂林仍難掩激動?！爱斍皣H海底礦產(chǎn)資源開發(fā)趨勢正在由勘探轉向開發(fā)利用，我國作為擁有最多國際海底勘探礦區(qū)的國家，理應加緊研發(fā)適用于商業(yè)開發(fā)的技術裝備，為海底礦區(qū)開發(fā)提供技術支撐?！?/p>
近年來，在中國大洋協(xié)會支持下，以中國五礦集團為代表的中國企業(yè)和科研院所正抓緊技術攻關，我國深海采礦技術裝備研發(fā)的步伐逐步加快。去年5月，中國五礦集團與國際海底管理局簽定了《多金屬結核勘探合同》，在東太平洋國際海底擁有7.32萬平方公里的多金屬結核礦區(qū)，成為國內首家獲得國際海底礦區(qū)專屬勘探權和優(yōu)先開采權的企業(yè)。
中國五礦集團有限公司副總經(jīng)理劉才明說：“中國五礦擁有我國唯一以企業(yè)為主體獲得的國際海底礦區(qū)，目前我們正積極開展國際合作和參與國際規(guī)則制定，推動海洋科技成果實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化?！?/p>
劉才明表示，下一步，中國五礦集團將以深海礦產(chǎn)資源的商業(yè)化開發(fā)為戰(zhàn)略目標，按照由淺入深原則，逐步實施不同水深的采礦系統(tǒng)與裝備的海上試驗，著力完成1000米級深海采礦整體聯(lián)動試驗和6000米級水深的我國國際海底礦區(qū)多金屬結核采礦關鍵裝備試驗等項目，為履行我國多金屬結核勘探合同、發(fā)展深海采礦技術與裝備提供技術支撐。
隨著我國海底采礦裝備的深度不斷拓展，研發(fā)實力不斷提高，相信未來，“鯤龍”入海采“寶藏”的傳奇還將不斷續(xù)寫！
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