中國深潛技術（五）：借鑒中的自主創新

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。和所有的高科技領域一樣，中國的深潛事業也在學習與創新中不斷前進。深海探索的腳步從不停止，中國的深潛事業一定會取得更多更大的成就！

第五節 借鑒中的自主創新

(資料圖片)

總設計師徐芑南說：“載人潛水器研制和試驗是一項復雜的系統工程，‘蛟龍’號上有12個分系統，每個分系統都有自己的難關，每個問題都必須要解決，不能有短板。”所以“蛟龍”號研制團隊從一開始就確定了“豐富繼承、重點突破、集成創新、整體跨越”的設計思想和“自主設計、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，具備一定的基礎實力后，創新自然也是水到渠成。中國載人深潛事業的發展過程中，下面的這些自主創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。這幾種電池發展于不同的年代，在很多方面互有優劣，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境下發生破損，很可能立馬變成一發不可收拾的火災。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。而且它的穩定性較高，大電流工況下亦可實現可靠供電，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”，它的研發過程卻是百轉千回。

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團隊接手深潛器用大容量銀鋅電池研發的課題后，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，球殼常常發生爆炸，這都是沒能控制好電池工作中產生的副反應氣體而造成。無數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。既然氣體的產生是破壞電池內部壓力平衡的關鍵，那么減少這些副反應氣體的生成或者把產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？為了實現這個科研目標，田偉龍茶飯不思，日夜操勞。據他回憶，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，“決不能讓一絲僥幸帶到海里！”中國的深潛器，就是要實現徹徹底底的安全。

一個不期而遇的事件，卻為整個研發過程帶來了的轉機。某天凌晨，田偉龍和同事們整晚奮戰，此時一位同事起身去打水，田偉龍的靈感被瞬間激發了出來。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。水桶中的水減少，為了平衡壓力中氣體自然會占據原先水的空間，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。電池壓力平衡難題，終于迎來了轉機。

田偉龍的靈感為大家指出了一條終南大道，他們很快設計出一種包含了管道系統的新電池。這個看似平凡的設計，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。在后來的實驗中發現使用這種設計的電池不光能夠實現氣體量減少，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新。”蛟龍號的“心臟”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。而這一切都要感謝背后用于打破常規，積極創新的研發人員們。

科研人員的努力絕不會僅僅停留于此，蛟龍號項目在此后又誕生了諸多的創新成果，這其中真正將中國創新精神發揚到極致的，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，但在蛟龍號之后的“深海勇士”號上，部件的國產化率達到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型鈦合金結構，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，綜合性能優異。材料創新成為了國產載人艙的堅實基礎。

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構。焊接載人艙的方式是一種被稱為“瓜瓣焊接”的特殊技術。這并非我國首創，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。

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，很可能在焊縫處發生焊接缺陷。于是，我們在萬米載人深潛器上創造性地采用了“半球焊接”技術。雖然聽上去比“瓜瓣焊接”簡單不少，只需要把兩個半球對到一起即可。但它的工藝其實更加復雜，要求更加嚴苛。經過若干試驗后，半球焊接技術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，載人艙的結構可靠性大幅提高，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，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方面已經達到了世界頂級水平。

從模仿到創新，中國載人深潛器技術在借鑒基礎上不斷成長提升。不知不覺中走到了世界領先的地位。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