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5次探采，首次突破4000米深海作业深度，6项技术打破国际垄断，攻克一系列世界前沿技术难题。近日，由上海交通大学自主研制的深海重载作业采矿车工程样机“开拓二号”，在成功完成深海试验航次后，搭乘“向阳红03”号科考船顺利返回厦门。
中青报·中青网记者注意到，站在这一系列喜人成果背后的，是上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院的一支青年团队。
“海底地形崎岖，海况条件比较复杂，海底采矿装备不仅要在这样的环境‘来去自如’，还要具备开采和收集能力，并且能有效回收，其中每一个环节都要经过海试的考验。”此次海试首席科学家、上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院教授杨建民介绍，长期以来，深海采矿在国际上存在三大技术难题：一是矿区海底地形异常复杂，装备安全行进困难；二是深海矿产赋存形式与物理特性复杂多样，高效开采收集困难；三是深海重载作业装备在海上风浪条件下，安全布放回收困难。
这次深海试验中，“开拓二号”在海底多金属结壳与结核矿区，连续成功完成5次下潜，其中最深到达4102.8米深海海底，这是我国国内深海重载作业采矿车首次在4000米以下深海底开展深海矿产资源试开采试验。
上海交大师生组成的三代“船海人”团队，在海试过程中通过多学科合作突破了一个又一个难题。杨建民告诉记者，这支团队组建于2013年。当时国外深海采矿装备研发已达到一定水平，而国内相关研发还没有完全起步。“像深海采矿车这样的装备是一个复杂的系统工程，最重要的是要有一支多学科、多领域的专家团队，要融船舶、机械、电子、动力、控制、材料各学科知识于一体。”杨建民说，研发过程中，团队不断接受新的考验，也不断充实新的力量。
乱石、沟壑、坡度达30多度的陡峭海山、高粘性稀软沉积物堆积的海底“滩涂”，“开拓二号”如何能够在这样的条件下如履平地？
针对复杂崎岖的海底波浪式山脉地形，团队研发了深水重载作业智能精细控制技术。它不需要人工操控，可以自主感知采矿环境，4条履带能够根据海底实际地形实时调整方向和状态，形成作业路径智能规划、跟踪与避障能力，适应海底复杂地形行走的需要。
“我年纪比较小，团队的很多博士是跟我同一级的。4月开始的现场组装调试主要的参与人就是我们采矿团队，其中有非常多的博士生。”团队智能控制总工程师毛竞航介绍，调试地点在三亚的实验室和港口，持续了1个月。由于没有遮挡物，团队人员都暴露在烈日下参与调试、组装和维护，大家的皮肤至少黑了3个度。
走路问题解决后，如何在海底“抓大货”成为团队面对的新挑战。
在海底极端高压环境下进行矿物的切割和收集，是全球范围内尚未完全解决的一个大难题。上海交大的师生专门为此攻克了“多矿物岩产技术”。在这次深海试验中，“开拓二号”展现出强大的海底矿岩钻进与采集能力，对紧密附着在坚硬矿岩上的多金属结壳、浅埋于稀软深海沉积物中的多金属结核等不同类型海底矿物进行了高效开采收集，成功获得了200多公斤的多金属结壳、多金属结核、海底基岩等各类深海矿产样品。
采完矿石，紧接着就要面临深海采矿车布放、回收的挑战。这次“开拓二号”连续5天在6级风、4级海况条件下作业，成功完成了多次、连续深海布放、海底作业与提升回收，装备安全性、可靠性得到了检验。
“最初计划采用传统的复合缆，经过计算发现，要满足我们的深海重载要求，对它的强度、直径、尺寸要求非常大，导致我们的装置在海水中的重量可能会指数级增长。”团队成员、上海交大船舶海洋与建筑工程学院副教授刘明月介绍，团队最终提出了“非金属光电复合缆”的想法，这种创新型缆线直径可达53.5毫米，满足通电、通讯需求，安全负载达21.5吨。相对于传统钢板，它在水中的自重大大降低。据悉，非金属缆深海重载布放回收技术也是团队首创。
刘明月告诉记者，这次上海交大团队有20多名教师，与她年龄相仿的青年教师占了一大半，“我们年轻人可以利用各自的优势作出贡献。我以前当学生时主要学的是一些理论知识或计算方法，有机会接触和结合这种大的项目、工程，也能更好地指导我们的科研，这是非常重要的机会。”
赵国成曾是上海交大船舶海洋与建筑工程学院的一名研究生，在导师的影响下，他将深海采矿作为自己的研究方向。10年后，赵国成已成为一名青年骨干教师，并参与了此次海试：“从实验室里几米水深的水槽测试，到这次数千米水深的深海海底采矿作业，我获得了一段十分宝贵的学习和锻炼经历。海试成果让我们很振奋，我更加笃定深海采矿将会是我未来的研究方向。”
记者获悉，近年来，上海交大提出“大海洋”战略，汇聚学科优势重点打造海洋装备交叉创新研究平台。该平台以高端海洋装备研发为核心，打造准工业化实验室，重点布局“深海装备与资源开发”等四大研究方向，有组织开展深海重载作业装备关键技术等研究。
俞佳一 中青报·中青网记者 王烨捷
