原标题：“奋斗者”号声学系统实现完全国产化 万米级浮力材料研制获突破

中国圆满完成载人万米深潜海试任务的“奋斗者”号全海深载人潜水器,28日顺利返航三亚。中国科学院多个参与“奋斗者”号研制和海试任务的研究所接受媒体采访称,声学系统实现完全国产化、万米级浮力材料自主研制等系列关键技术突破,为“奋斗者”号实现载人万米载人深潜发挥重要作用。

中科院声学研究所是“深海关键技术与装备”重点专项下的“全海深潜水器声学技术研究与装备研制”项目牵头单位和“全海深载人潜水器总体设计、集成与海试”项目中声学系统课题的承担单位,由朱敏研究员带领的海洋声学技术中心团队负责完成“奋斗者”号声学系统中全海深水声通信机、地形地貌探测声纳、多波束前视声纳、多普勒测速仪、避碰声纳的自主研发以及定位声纳和惯性导航设备的系统集成。

朱敏指出,相较于前两代的“蛟龙”号与“深海勇士”号载人潜水器,“奋斗者”号的声学系统实现了完全国产化,突破了全海深难关,技术指标更高,在“奋斗者”号的整个海试过程中表现优秀,为全海深范围内的持续巡航作业提供可靠技术保障。

其中,水声通信是“奋斗者”号与母船“探索一号”之间沟通的唯一桥梁,实现了潜水器从万米海底至海面母船的文字、语音及图像的实时传输。

“奋斗者”号正在布放入水,准备开展下潜作业。中科院科学传播局供图

据介绍,由声学多普勒测速仪和定位声纳及惯性导航等设备相集成的组合导航系统,为“奋斗者”号的巡航作业提供了高精度的水下定位导航。在11月16日的下潜作业中,借助组合导航系统和声纳设备,“奋斗者”号潜航员仅用半小时便成功取回此前布放在万米海底的3个水下取样器,成功实现“海底捞针”,并通过水声通信机将取样画面回传至母船。

据中科院理化技术研究所介绍,固体浮力材料的作用是为潜水器的顺利下潜和安全上浮提供保障,其性能直接关系到潜水器与潜航员的安全,也是众多深海科学考察装备及实现海洋资源开发的核心材料。

全海深固体浮力材料研制与生产过程中,核心技术问题是要解决材料的密度与强度的协同关系,既要密度低又要耐高水压。

为此,中科院理化所牵头开展万米级浮力材料自主研制项目攻关,在前期多年技术积累的基础上,采用自主知识产权的软化学制备技术,短时间内研制出固体浮力材料核心原材料高强空心玻璃微球,实现中国浮力材料研究的重大突破,进而利用致密填充堆积技术结合轻质高强树脂基材,制备出具有高安全系数的万米级固体浮力材料并进行批量化生产,解决了长期以来国产固体浮力材料强度差密度高的技术难题。

中科院理化所还进一步联合国内优势力量进行浮力材料在模拟深海高压下的性能评估和大型构件粘接加工。同时,为推动固体浮力材料的可持续发展,该所项目组在基础研究方面也进行部署,组织相关单位开展浮力材料涉及的相关基础科学问题研究。

中科院力学研究所是中科院最先开展海洋工程研究的单位之一,具有全面坚实的学科积累和技术储备。“十三五”期间,为更好的支撑“奋斗者”号全海深载人潜水器的研制任务,中科院力学所与深海所成立深海力学研究的联合实验室,隶属中科院深海技术创新研究院,共同为全海深载人潜水器的关键力学问题提供技术攻关。

这期间,中科院力学所承担了“深海关键技术与装备”重点专项研究的多项任务,围绕全海深耐压结构的疲劳破坏机制和寿命评估技术,以及非定常潜浮运动快速仿真方法开展研究,为结构和外型设计提供支撑。

据介绍,中科院力学所的研究揭示深海载人潜水器“耐压舱”用钛合金Ti62A等的(保载)疲劳破坏机制,发现较低频率下,随着加载频率的增加,疲劳寿命增大,升/降载时间显着降低“耐压舱”用钛合金Ti62A保载疲劳寿命,并且保载疲劳寿命与升载/降载时间在双对数坐标下呈近似线性关系。同时,该所还研究建立反映载荷形式和缺口对耐压舱用钛合金Ti62A的疲劳性能影响模型。