“不是国产化，而是国产”，这是“奋斗者”号实现万米载人深潜的底气

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解放日报上观新闻记者报道：从我国的 " 蛟龙 " 号最深下潜 7062 米，到 " 奋斗者 " 号创造 10909 米载人深潜新纪录，不仅仅是从 "4 位数 " 到 "5 位数 " 的变化，也是从 " 国产化 " 到 " 国产 " 的变化。
一字之差的背后，正是 " 奋斗者 " 号实现万米载人深潜的底气所在。
【" 当时有一种豁然开朗的感觉 "】
" 不是国产化，而是国产，这个‘化’字也可以去掉了。"" 奋斗者 " 号载人舱项目负责人、中国科学院金属研究所研究员杨锐自豪地说。
金属研究所钛合金团队采用自主发明的 Ti62A 钛合金新材料，建造了世界最大、搭载人数最多（3 人）的潜水器载人舱。载人舱是全海深载人潜水器的核心部件，是人类进入万米深海的硬件保障和安全屏障，标志着一个国家载人潜水器的技术水平。美国于 2019 年 5 月完成万米下潜的 " 极限因子 "，其载人舱可搭载 2 人。
" 以往深潜器主要使用 Ti64 材料，在万米海深的极端压力条件下，如果要搭载 3 人，载人舱钛合金的厚度一下从 52 毫米变成了 130 毫米，材料强度也要大幅度提高，但强度和韧性往往是互相矛盾的。" 杨锐说，比如，陶瓷的强度非常高，但韧性差；塑料的韧性高，但强度又太低；比钛合金强度高的材料有很多，但无法进行焊接。这个材料难题，成为了一系列关键技术的瓶颈。" 我们从一篇文献中受到启发，去除了材料里的一个有害相。当时有一种豁然开朗的感觉，兴奋之下，春节也没顾得上休息，前后只用了两年半时间，就建造了可搭载 3 人的全海深载人舱。"


" 奋斗者 " 号载人舱完成电子束焊接
金属研究所首次提出一种新型的合金设计方案，并据此设计实现了一种全新的钛合金显微结构，在此基础上发明了具有良好热加工成形和焊接成形性能的钛合金 Ti62A，并大幅度提升了强度，从而成功解决了载人舱球壳的材料难题。
钛合金材料存在固有的 " 尺寸效应 "，即尺寸和厚度越大，其均匀性和力学性能稳定就越难以保证。这是其应用于深海极端高压环境必须跨越的障碍。金属研究所成功克服了钛合金的 " 尺寸效应 "，解决了大尺寸超厚钛合金材料成形的均匀性和力学性能稳定性难题。
" 奋斗者 " 号载人舱由两个半球焊接而成，几个窗口和接口（孔座）也必须通过焊接完成。保证焊缝位置的韧性，是焊接技术面临的世界性难题；实现超大尺寸与厚度材料的全电子束一次焊接，更是一个 " 几乎不可能完成的任务 "。金属研究所独辟蹊径，提出了前所未有的焊接思路，突破了高强高韧钛合金的焊接技术，保证了焊缝的韧性及其他要求。
【第一时间通过水声通信系统分享心情】
" 亲爱的观众们，万米的海底妙不可言。"2020 年 11 月 10 日 8 时 12 分，" 奋斗者 " 号以 10909 米坐底世界最深处马里亚纳海沟，三位潜航员第一时间通过水声通信系统分享了他们的心情。


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。由中国科学院声学研究所朱敏研究员带领的海洋声学技术中心团队，为 " 奋斗者 " 号在全海深范围的持续巡航作业提供了可靠的技术保障。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数据、文字、语音及图像的实时传输。
由声学多普勒测速仪和定位声纳及惯性导航等设备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。作为 " 奋斗者 " 号的潜航员，中科院声学所高级工程师刘烨瑶介绍，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 " 号潜航员仅用了半小时便成功取回了此前布放在万米海底的 3 个水下取样器，实现了 " 海底捞针 "，并通过水声通信机将取样画面回传至母船。


【" 奋斗者 " 号 " 下 " 得去 " 上 " 得来】
截至 11 月 19 日，" 奋斗者 " 号在马里亚纳海沟区域共开展了 13 次下潜，其中 8 次下潜超过 10000 米。" 奋斗者 " 号 " 下 " 得万米深渊后，如何 " 上 " 得来，正是靠了中国科学院理化技术研究所研制的固体浮力材料。
" 潜水器要浮到海面，一般有两种方式，一是消耗动力，这既浪费能源，又会缩短作业半径；还有一种是无动力上浮，也就是固体浮力材料，但必须保证绝对安全，否则会出现灾难性事故。" 理化技术研究所研究员张敬杰介绍。
固体浮力材料，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 , 其核心技术问题是既要密度低又要耐高水压。由于制备技术难度大，世界范围内只有少数发达国家掌握核心技术，且对我国实行技术封锁。
"2012 年，美国导演詹姆斯卡梅隆乘坐‘深海挑战者’号，深潜到马里亚纳海沟后，上浮时潜水器的浮力材料已经出现问题，而我们的‘奋斗者’号要满足反复深潜。"张敬杰说，像砖头一样的固体浮力材料有几千块，每一块都要经过严格的测试。
在没有文献和经验借鉴下，理化技术研究所牵头开展了万米级浮力材料自主攻关，在前期多年技术积累基础上，实现了我国浮力材料研究的重大突破，制备出了具有高安全系数的万米级固体浮力材料并进行了批量化生产。
【核心部件国产化率超过 96.5%】
" 奋斗者 " 号的核心部件国产化率超过 96.5%，这离不开基础研究的布局。
" 基础研究非常重要。当时我们在思考，钛合金焊接之后裂开怎么办？所里一位骨干人员在博士论文中，就曾提出了确保韧性的复合片层，这个设计有点像俄罗斯套娃，一下就把韧性提高了。" 杨锐介绍，早在 2014 年，金属研究所就针对全海深载人潜水器载人舱的材料与制造等关键技术展开调研论证和预先研究。
为推动固体浮力材料的可持续发展，理化技术研究所组织开展了浮力材料涉及的基础科学和应用基础科学相关问题研究。" 基础研究为解决实际问题提供了理论支撑，在我们解决温度和压力的耦合问题时，正因为之前布局了基础研究，这一问题很快就得到了解决。" 张敬杰说。
栏目主编：黄海华 本文作者：黄海华 文字编辑：黄海华 题图来源：新华社 图片编辑：邵竞
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