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【科学网】院士专家研讨我国深远海与极地高新装备发展之路[图]

日期:2017-02-21 19:48:37  字体:[] [] []

   

       2月17至18日,由高新船舶与深海开发装备协同创新中心主办的首届“高新船舶与深海开发装备”创新论坛,成为一场关于“深海?智能?极地”前沿理论、关键技术与未来发展的“饕餮盛宴”。本届论坛由上海交通大学主办,华中科技大学、天津大学、大连理工大学、武汉理工大学协办。本次论坛不仅吸引了高校、科研院所的专家学者积极参与,同时也是中海油、中船重工、中船工业等央企专家的行业盛会。    

 
  当今世界,海洋已经成为国际政治、经济和军事的重要舞台。世界各国对海洋资源的开发和争夺空前激烈,这归根到底就是支撑国家权益的海洋科技竞争。谁抢占了海洋科技的制高点,谁就率先占领海洋空间,控制未来战略和民生资源。党的十八大提出建设海洋强国战略和“21世纪海上丝绸之路”的总体部署,国务院接连发布了《中国制造2025》和《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》,明确将海洋工程装备和高技术船舶列为国家重点发展领域。   
 
  与会院士和专家表示,“工欲善其事,必先利其器。”海洋强国的发展呼唤新的核心技术,国家主权的保卫需要海洋工程和技术为支撑,海洋资源开发需要先进的海洋工程装备。   
 
  我国水面舰船研制水平和能力已进入世界先进行列
 
  “为了适应国家防卫需求,近几年我国水面舰艇装备发展非常快速,可以说我们国家新型水面舰艇取得了跨越式的提升,在国际上属于先进。通过这几年的努力,我们国家水面舰船研制水平和研制能力已经进入世界先进行列。这样就为我们国家海军执行远海防卫作战提供了有力的保障。”谈及我国水面舰船技术的进展,中国工程院院士、中国舰船研究设计中心研究员朱英富在学术报告中自豪地说了这番话。   
 
  朱英富长期从事我国大型水面舰船设计,是中国第一艘航空母舰“辽宁”舰总设计师。他说,近年来,我国水面舰艇的设计思想与设计理念始终瞄准国际前沿,吨位不断增长,远洋航行环境进一步优化,舰船的信息感知能力、火力武备精准度、隐身技术等显著提高,在技术和能力体系上已经与世界海军强国站在了同一梯队。   
 
  谈及水面舰船总体技术发展趋势,朱英富认为,我国水面舰船技术发展将在智能化技术、绿色技术、综合电力技术、远程综合保障技术、以人为本的舱室环境与设施设计技术、海上无人系统技术等方面取得新的进展。中国的新型舰船将以创新精神引领,融合军民智慧,抢占舰船装备新技术的制高点,实现弯道超车。   
 
  船舶制造迈入智能新时代
 
  未来的智能船厂长啥样?   
 
  中国工程院院士林忠钦在报告中描述了“船舶智能制造”的愿景和实现路径。   
 
  巨大的轰鸣声,伴随着不时闪耀的焊接电火花,这几乎是所有造船厂的标配。但不一样的是,进入人工智能时代,站在偌大的车间里,将会看不见汗流浃背的操作工人,顺着生产传送带看过去,在无数的钢材旁边,能看到的也许是几台机器臂不断挥舞,轻轻松松就将一条钢板切成需要的形状。智能车间中,切割完成后的每一块钢板甚至可以有“身份标识”,标明未来它和哪些部分进行对接,焊在哪里,怎么焊,在船体上是哪个部位,等等这些。而技术人员只要在后台轻点鼠标,发出各项执行指令,就可以控制机器人来造船。同时还可实现基于三维模型的现场作业可视化指导,实现设计信息到现场的无缝对接与准确传递,减少建造返工。   
 
  船舶智能制造,制造过程的全面自动化、智能化,不仅能将工人从“苦、脏、累、险”的作业环境中解脱出来,同时也将推动造船工业脱胎换骨,朝着安全、经济、环保、高效、舒适的方向发展。   
 
  从原始的手工制造,到初步的机械化单机作业,到电气自动化时代的批量生产、流水作业,再到信息时代的定制化生产、数字化设计、数控化制造、集成化管理,直至今天进入工业4.0时代,随着人类智慧的不断刷新,工业制造技术经历了天翻地覆的变革,经历了机械、电气、信息、智能四个时代,船舶工业亦是如此。   
 
  在林忠钦看来,发展智能造船技术是赶超日韩,建设造船强国的必然选择,也是建设制造强国的国家战略。工业4.0视角下的船舶智能制造,表现为柔性生产、过程感知、数据驱动和智能决策与自执行。基于我国船厂的现状,林忠钦提出“三步走”的设想,即:第一步,建立智能车间;第二步,建立智能船厂;第三步,建立船舶智能制造联盟。   
 
  深海开发与探测装备将有重大突破
 
  一部《海底两万里》,让人魂牵梦萦百余年。如果说尼摩船长驾驶的“鹦鹉螺号”激发了人们对海底世界的无限想象,那么上海交大杨建民教授团队正在研发“海底矿产开采技术”,正将当年法国作家儒勒?凡尔纳的科学幻想变为现实。   
 
  深海大洋深处富含铜、钻、镍、锰、铁、钨、钦、铝、金、银、铂等76种元素,储量大,且品位较高。但由于极端恶劣的深海环境,以及海底矿产特殊的附着形式,以及环保、输送、控制、通讯等因素,使得开采难度极大。   
 
  然而,由于深海矿产资源的诱人前景,世界各国仍将深海矿产资源的开发和利用作为技术前沿问题进行研究。我国也将开发3500米深海多金属结核采矿试验系统作为国家十三五重点研发计划,完成系统整体海上试采试验,提升我国深海采矿装备整体技术水平,跻身世界前列,为未来商业化开发奠定坚实基础。   
 
  杨建民表示,“深海采矿船总体设计和动力特性、深海海流作用下的长距离输送管道环境载荷、长距离输送管道内部复杂流场、矿石粗颗粒的高效输送和流动保障、重载采矿车在复杂地形中的稳定行走和控制、强噪声和沉积物扰动环境下的深海采矿车导航和定位、复杂环境下的重载采矿车精确布放和回收、深海采矿系统的整体联动协同控制、采矿系统对深海海洋环境的影响等,是深海矿产资源关键科学与技术问题。”随着深海矿产资源开发科学问题和关键技术的不断突破,高效、环保的商业化海底采矿图景正在逐步显现。   
 
  深海,不仅蕴藏着丰富的矿产资源,还是全球最大的独立生态系统,包含着生命起源、生物进化等奥秘,一直是国际社会关注的另一处资源战场。长期以来,深海资源勘探这个“富人俱乐部”一直由美国、德国、英国、法国、日本、俄罗斯等国占据。没有攻克深海勘探与开发的关键技术,没有先进的深海开发装备,就好比没有伸向大洋的双手,没有迈向大洋的双脚,成为中国走向大洋的最大障碍。   
 
  2016年9月,中国国土资源部发布战略规划,称将在未来5年提高深地、深海和深空的探测能力,并提出在2020年前开发1.1万米的深海潜水器,进军“挑战者深渊”——马里亚纳海沟。2016年,国家科技部推进“深海关键技术与装备”重点专项,全力推进全海深潜水器研制。葛彤教授领衔的团队牵头的“全海深无人潜水器(ARV)研制”项目获得国家重点研发计划支持。   
 
  葛彤,上海交通大学“深海水下工程装备”团队的负责人。从3500米作业型“海龙”号到6000米勘探取样型ROV,该团队开展了大量深海无人遥控潜水装备的研制工作。水深范围从6000m到11000m左右的海域,被科学家称为“海斗深渊”(Hadal trench),是地球上最深的海洋区域。海斗深渊科学研究的是海斗深渊的海洋生态、海洋地质和生活在那里的海洋生物,它是国际地球科学尤其是海洋科学的最新研究前沿。目前,已有多个国家启动了海斗深渊科学研究计划。但对于万米深渊,人类所触及到的也只是零星点点。   
 
  全海深潜水器是人类探索海洋最深区域、开发海洋资源必不可少的工具。但是要进入万米深渊,这些庞然大物面临的将是在更加复杂的地形、更加强大的海流和风浪,还要表现的如同“原住民”一样的稳定、安全。也许我们无法想象在黑暗无声的万米深海,人类可以通过这样一个笨重的物体敲开这扇大门。但是,全海深无人潜水器将真的实现这一愿望。   
 
  那么,全海深潜水器到底具备哪些先进的设备和技术,能够在万米深海行动自如?据葛彤介绍,全海深潜水器将具备全面组合导航系统,保证即使在陌生的深海,依旧能够不“迷路”。在近距离接触海底之后,该潜水器将大力施展它的能力,通过先进的探测装备在海底广阔范围内发现目标,并开展精细调查。而如果是在海底管线周围,它可以在极端海洋环境下定位极小的海管泄漏,防止灾难的发生。总之,它会高效、及时地将它的所见、所闻、所感全部转化为信息,穿透万米水深,知晓于世人。人的能力也通过它逐步放大,由水面无缝延伸至海底。甚至,在不久以后,通过海上人工的实时介入和潜水器深海现场的取样,我们将会拼绘出一幅幅“万米深渊图”。   
 
  这一项目将打破我国深海无人潜水器应用的技术空白,最终将形成我国具有自主知识产权、覆盖全海深的深海调查技术体系,建立全海深科学调查和取样能力,为我国获取第一手的深远海生物、环境和地质研究样品和资料,推动我国深渊海科学技术的发展,提供必要的保障装备和技术支撑。   
 
  据悉,该项目的实施还将有效支撑我国“蛟龙号”7000 米载人潜水器的海上应用,对实现国家深海战略、推动深海科学技术发展具有重要意义。   
 
  走进冰冻的“热土”:极地战略 装备先行
 
  一旗激起千层浪。2007年8月2日,当俄罗斯科考队员在4000多米深的北冰洋底插上一面钛合金制造的俄罗斯国旗时,美国、加拿大、丹麦以及挪威都迅速做出回应。一场针对极地的纷争就此上演。随着大国角逐北极的争斗日趋激烈,这块遥远的冰冻“热土”也逐渐走入世人的视线。   
 
  全球51个国家参与了极地科学考察,我国在2015-2016期间,也成功实施了第32次南极考察和第七次北极科学考察。我们也许会疑问,遥远的南北极与我们到底有何关系,需要国家如此投入与关注?实际上,纵使隔着“千山万水”,这一遥远的土地也时刻影响着我们,她关系着全球变化和人类的未来,也是一个国家综合国力、高科技水平在国际舞台上的展现和角逐,在政治、科学、经济、外交、军事等方面都有其深远和重大的意义,倍受各国政治家的高度重视、全球科学家的向往。   
 
  同时,这一“无主权”地区蕴藏着丰富的石油、天然气、矿物和渔业资源。虽然各国在极地进行实际开采还有很长的路要走,但对于全球能源逐渐匮乏的现状来说,极地无疑是地球“最后的宝藏”。而依托北极资源的大规模开发,北极航线可能成为中国新的能源供应通道,与原有航线并存,有助于分散能源安全风险,更好地保障中国的能源安全和经济安全。   
 
  然而人类在距离遥远、气候恶劣且环境脆弱的极地水域进行商业运输以及科学考察、资源开发和渔业捕捞等活动都必须依靠适用于极地航行且符合经济、安全和环保要求的“极地船舶”,任何国家若想实施极地战略,必先发展适应本国的极地船舶装备。   
 
  中国船级社上海规范研究所副所长钟晨康指出,极地战略地位重要,北极显性主权竞争,南极也存在隐形主权划分,我国参与极地事务,航运和科考是介入极地事务的主要渠道。   
 
  中国船舶及海洋工程设计研究院高级工程师吴刚在2015年年初参加了“雪龙号”南极考察活动。作为中国新一代极地自破冰科考船的技术总师,他对极地船舶的技术发展有着较为深刻的认识。吴刚认为,极地船舶大致可分为过境航行、极地资源开发与运输、极地科学考察三种类型。其中,资源开发和运输是近年来极地船舶发展的主要动力。据他所言,中国正在新建极地科学考察破冰船“新雪龙号”,破冰能力更强大、船体规模大型化。   
 
  当然,走进极地并不仅仅是科考船所能解决的问题,极地的开发与挺近是一个系统的战略工程,涉及进入、探测、运输、冰区管理、平台供应和应急救援等多项问题,需要攻克更多更重要的关键技术问题,要在极地实现“进得去、待得住、管得了”。有了这些一系列技术的攻克,或许多年以后,极地豪华邮轮将带着我们真正走入极地,感受未知的世界,而极地能源将成为我们每日车辆的动力、一日三餐的燃料来源。   
 
  对于我国极地船舶的发展,吴刚建议,应积极参与国际极地规则的制定,加快推进我国极地船舶规范以及相关配套设备的研究。要自主设计建造适应我国战略需求的重型破冰船,同时做好极地钻探相关技术储备。时机成熟可建自有冰池,建立实船验证体系。大力培育富有经验的极地船舶操纵和管理人员,充分验证极地航行操作导则并持续改进。同时,加快我国北极航道气象、保险等服务的发展,让极地真正成为“聚宝盆”和“黄金航道”。   
 
  来源:科学网 2017.02.18  
 
  原文:院士专家研讨我国深远海与极地高新装备发展之路
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