中國深潛技術(shù)（五）：借鑒中的自主創(chuàng)新

從一個對深海幾乎一無所知的深海探索弱國，到最終征服地球海洋的深度極限，中國深潛人在不到20年間就一躍成長為世界頂級的深海探索強國。如今，“奮斗者”號深潛器仍然保持著三人同時抵達馬里亞納海溝底部的世界紀錄。通過模仿其他國家的深潛器，學習他們的先進之處，再加上科研工作者們的努力創(chuàng)新，中國科學家們親眼看深海的夢想終于成真。和所有的高科技領(lǐng)域一樣，中國的深潛事業(yè)也在學習與創(chuàng)新中不斷前進。深海探索的腳步從不停止，中國的深潛事業(yè)一定會取得更多更大的成就！

第五節(jié) 借鑒中的自主創(chuàng)新

(資料圖片)

總設(shè)計師徐芑南說：“載人潛水器研制和試驗是一項復雜的系統(tǒng)工程，‘蛟龍’號上有12個分系統(tǒng)，每個分系統(tǒng)都有自己的難關(guān)，每個問題都必須要解決，不能有短板?！彼浴膀札垺碧栄兄茍F隊從一開始就確定了“豐富繼承、重點突破、集成創(chuàng)新、整體跨越”的設(shè)計思想和“自主設(shè)計、自主集成、獨立完成海上試驗”的研制道路。之前很多年，我們一直不在世界深潛先進國家行列，因此通過模仿借鑒的方式來盡可能高效地提升研發(fā)水平，就是必然選擇了。而且我們也并非永遠停留在模仿借鑒階段，具備一定的基礎(chǔ)實力后，創(chuàng)新自然也是水到渠成。中國載人深潛事業(yè)的發(fā)展過程中，下面的這些自主創(chuàng)新就是非常值得回顧的亮點。

蓄電池是載人深潛器的主要動力來源，一般有鉛酸電池、銀鋅電池及鋰離子電池等幾種。這幾種電池發(fā)展于不同的年代，在很多方面互有優(yōu)劣，各國深潛器上都能找到它們的影子。比如美國的“阿爾文”號采用了鉛酸電池，它雖然在成本上存在優(yōu)勢，但電流能量密度不夠，性能上限瓶頸明顯。鋰離子電池雖然能量密度相對更高，也被日本的“深海6500”號等所采用，但安全性是鋰離子電池一直以來為人所詬病之處，一旦在海底這樣的極限環(huán)境下發(fā)生破損，很可能立馬變成一發(fā)不可收拾的火災。銀鋅電池之前在俄羅斯的“和平號”上有所應用，這也是一種擁有非常大能量密度的電池種類。而且它的穩(wěn)定性較高，大電流工況下亦可實現(xiàn)可靠供電，對深潛器的安全性能提升不小。雖然性能層面好處頗多，但銀鋅電池的缺點也很明顯，它的造價相對高昂。最后，綜合考慮各種因素后，科研人員采用了大容量銀鋅電池的方案，但作為“蛟龍”號的“心臟”，它的研發(fā)過程卻是百轉(zhuǎn)千回。

大容量銀鋅電池在深海中使用時有釋放氫氣的可能，且這種傾向隨著深度加大壓力升高而逐漸上升。深海中的壓力大到可以將鋼板輕松扭斷，因此釋放出的氫氣也會極大地威脅整個深潛器的航行安全。河南科隆集團高級工程師田偉龍帶領(lǐng)團隊接手深潛器用大容量銀鋅電池研發(fā)的課題后，為了有效解決氫氣釋放帶來的安全性問題，簡直到了廢寢忘食的地步。

最開始，在模擬深潛實驗中，球殼常常發(fā)生爆炸，這都是沒能控制好電池工作中產(chǎn)生的副反應氣體而造成。無數(shù)次的失敗并沒有讓田偉龍氣餒，反而越挫越勇，加倍努力不斷嘗試。既然氣體的產(chǎn)生是破壞電池內(nèi)部壓力平衡的關(guān)鍵，那么減少這些副反應氣體的生成或者把產(chǎn)生的氣體及時導出電池外進行收集，不就能夠平衡電池的壓力了嗎？為了實現(xiàn)這個科研目標，田偉龍茶飯不思，日夜操勞。據(jù)他回憶，甚至做夢的時候，他都在想著如何才能讓電池壓力平衡。當時田偉龍就下定決心，“決不能讓一絲僥幸?guī)У胶＠铮　敝袊纳顫撈?，就是要實現(xiàn)徹徹底底的安全。

一個不期而遇的事件，卻為整個研發(fā)過程帶來了的轉(zhuǎn)機。某天凌晨，田偉龍和同事們整晚奮戰(zhàn)，此時一位同事起身去打水，田偉龍的靈感被瞬間激發(fā)了出來。他看到每當有水流出，飲水機的儲水罐里就會從下向上冒出氣泡。這本來不過是生活中最普通的一個瞬間，卻讓他的靈感如同觸電般被激發(fā)。水桶中的水減少，為了平衡壓力中氣體自然會占據(jù)原先水的空間，讓大家想破頭而不得解的妙招，就存在于這個不起眼的細節(jié)。電池壓力平衡難題，終于迎來了轉(zhuǎn)機。

田偉龍的靈感為大家指出了一條終南大道，他們很快設(shè)計出一種包含了管道系統(tǒng)的新電池。這個看似平凡的設(shè)計，卻在實際使用中實實在在地改變了電池抗壓能力差的情況。在后來的實驗中發(fā)現(xiàn)使用這種設(shè)計的電池不光能夠?qū)崿F(xiàn)氣體量減少，而且還可以增加電池的電量，可謂是神來之筆。在田偉龍等人的不懈堅持下，屬于中國深潛器項目的高可靠性大容量銀鋅電池終于問世了。

田偉龍對此驕傲地說道：“這是我們地地道道的自主創(chuàng)新?！彬札?zhí)柕摹靶呐K”從此變得更加有利而強健，面對未知的深海，它早已迫不及待地等待出發(fā)。而這一切都要感謝背后用于打破常規(guī)，積極創(chuàng)新的研發(fā)人員們。

科研人員的努力絕不會僅僅停留于此，蛟龍?zhí)栱椖吭诖撕笥终Q生了諸多的創(chuàng)新成果，這其中真正將中國創(chuàng)新精神發(fā)揚到極致的，還是上文提到的耐壓載人艙球殼。雖然最早委托俄羅斯方面制造而遭人輕視，但在蛟龍?zhí)栔蟮摹吧詈Ｓ率俊碧柹?，部件的國產(chǎn)化率達到90%以上，其中就包括了耐壓載人艙球殼。

作為我國第一臺4500米載人潛水器，“深海勇士”號從“蛟龍”號吸取了若干經(jīng)驗。它的耐壓球殼所使用材料是Ti80鈦合金。它由美國Ti6211鈦合金發(fā)展而來，系我國于1985年研制成功。該型號鈦合金具有近α型鈦合金結(jié)構(gòu)，其強度和韌性能夠滿足載人深潛器球殼近似苛刻的要求。此外，Ti80鈦合金易焊接、耐腐蝕，綜合性能優(yōu)異。材料創(chuàng)新成為了國產(chǎn)載人艙的堅實基礎(chǔ)。

焊接是載人艙制造過程中的重要步驟，只有通過焊接，我們才能獲得所需的中空球形結(jié)構(gòu)。焊接載人艙的方式是一種被稱為“瓜瓣焊接”的特殊技術(shù)。這并非我國首創(chuàng)，而是各國載人艙都普遍利用的焊接工藝。瓜瓣焊接，好比是把切好的瓜瓣重新組裝成完整西瓜的過程。它的具體工序為，首先把鈦合金板通過沖壓成型的方式加工成像瓜皮一樣的若干小瓣。之后，再通過焊接的方式把幾個瓜瓣組合在一起，形成完整的球殼。球殼的焊接質(zhì)量將通過探傷檢測和外形檢測等方式予以評估，如果成功通過，再用各種機械加工的方式將球殼打磨成外觀光滑的形態(tài)。

瓜瓣焊接雖然能夠很好地形成球形，但由于需要采用若干次焊接工序，很可能在焊縫處發(fā)生焊接缺陷。于是，我們在萬米載人深潛器上創(chuàng)造性地采用了“半球焊接”技術(shù)。雖然聽上去比“瓜瓣焊接”簡單不少，只需要把兩個半球?qū)Φ揭黄鸺纯?。但它的工藝其實更加復雜，要求更加嚴苛。經(jīng)過若干試驗后，半球焊接技術(shù)也在團隊的共同努力下成熟起來。由于極大地減少了焊縫數(shù)，載人艙的結(jié)構(gòu)可靠性大幅提高，從而能夠滿足萬米深度的要求。

王鼎春是負責萬米載人深潛器球艙的主要人員之一，他認為就球艙技術(shù)單項來看，“蛟龍”號和“深海勇士”號，是向國外先進水平進行取經(jīng)，從跟跑再到并跑。但萬米球殼的成功研制，則標志著我國在該類技術(shù)方面已經(jīng)達到了世界頂級水平。

從模仿到創(chuàng)新，中國載人深潛器技術(shù)在借鑒基礎(chǔ)上不斷成長提升。不知不覺中走到了世界領(lǐng)先的地位。在所有科研人員的辛勤努力下，逐漸趕上了其他國家的步伐，造就了載人深潛的成功。

標簽： 能量密度 鋰離子電池 壓力平衡