文章來源：光明日報 發布時間：2024-11-21
深海探測又添“國之重器”！
2024年11月17日，我國自主設計建造的首艘大洋鉆探船“夢想”號在廣州正式入列。
這艘海上鉆探“大家伙”總長179.8米、寬32.8米，排水量42600噸，由國家發展改革委、自然資源部申報立項，自然資源部中國地質調查局負責具體組織實施，聯合中國船舶集團等多家單位設計建造，具備全球海域無限航區作業和海域11000米鉆探能力，有望幫助科學家進一步探索和揭開地球深處的奧秘，早日實現“打穿莫霍面，直達上地幔”的人類科學之夢。
作為面向全球海洋領域科學家開放共享的大型科學研究裝置，“夢想”號更是保障國家能源資源安全和支撐海洋強國建設的“核心利器”，標志著我國深海勘查探測能力和裝備現代化建設邁出關鍵一步。
“什么時候我們能擁有屬于自己的大洋鉆探船？”
“人類對海底的認識，并不比對月球更深刻。”談到建設“夢想”號的初衷，中國科學院院士、地球物理學家朱日祥這樣說。
水深超過2000米的深海，占據著地球表面超過一半的面積，然而，那里黑暗無光、低溫高壓，一直是人類難以到達的神秘之境。從地質學角度看，海底卻是探索地球內部結構最近的地方——經探測，大陸地殼平均厚度達35公里，大洋地殼平均厚度卻僅為7公里。因此，想研究地球板塊運動規律，了解地球內部構造的奧秘，到深海底部進行探索十分必要。而在深海地殼薄弱處打穿地殼與地幔的分界面——莫霍面，取得上部地幔的樣品，直接了解地球內部，更成為全球科學家的共同夢想。此外，深海蘊藏著極為豐富的礦產、油氣和生物資源，亟待人類共同探索。
因此，數十年來，科學家建立了探索深海的三大手段——深鉆、深潛、深網，即依靠深潛器進行科學考察、國際大洋鉆探和國家海底科學觀測網建設。“三深”之中，深鉆肩負著從深海海底向下鉆探的重任。自20世紀60年代起，世界各國共同合作，開始支持鉆探船在全球海域鉆探獲取深海樣品，即巖心。通過分析巖心，來研究海洋與氣候變化、地球深部動力、深部生命和地質災害等問題。
在這個計劃中，中國屬于后來者。20世紀90年代，我國加入國際大洋鉆探計劃，中國科學院院士汪品先等專家在南海取得高質量連續巖心共計5500米，為南海演變和東亞古氣候研究取得了3200萬年的深海記錄。隨后，中國科學家參與了多個國際大洋鉆探航次。
然而，從數千米的深海海底向下鉆探，作業環境特殊，是對鉆探平臺的極高考驗，背后更是各國深海科技實力的較量。此前，具備如此能力的大洋鉆探船，僅有美國的“決心”號和日本的“地球”號。中國科學家若想上船參與研究，需要繳納高額費用，也無法自主組織航次。一位參與過國際鉆探航次的中國科學家向記者感嘆：“工欲善其事，必先利其器。那時，我們都在想，什么時候我們能擁有屬于自己的大洋鉆探船，從‘參與者’轉變為‘主導者’，從而在國際大洋鉆探中發揮更重要的作用？”
“擁有自己的大洋鉆探船”，承載著中國科學家夢想的“夢想”號計劃，就此起航。
“夢想”號“中國造”
2017年底，“夢想”號大洋鉆探船建設項目任務正式獲批，研發設計的重任落在了中國船舶集團第七〇八研究所。
“這是對我們研發設計能力的信任！”中國船舶集團第七〇八研究所“夢想”號總設計師張海彬說。的確，深海鉆探被譽為海洋科技領域的“皇冠”，超深水鉆探裝備的設計建造也考驗著一個國家船舶行業發展的綜合水平。此前，我國在許多高端船舶和海洋工程裝備的基本設計上，仍一定程度依賴國外公司。而“夢想”號則是完全由中國的研發和建造團隊自主設計建造。
在研發設計之初，團隊就對標全球僅有的“決心”號和“地球”號大洋鉆探船，力求讓“夢想”號達到“小噸位、多功能、模塊化”的綜合目標。
“針對以上日常運營和國際大洋鉆探的現實需求，我們在研發時，就注重以‘小噸位’來控制鉆探船的建造和運營成本，同時運用‘模塊化’的靈活設計，實現大洋科學鉆探、深海油氣鉆探和天然氣水合物勘查試采等多種功能。通過船舶‘減肥瘦身’設計，讓‘夢想’號的可變載荷達到最高15000噸，并通過‘模塊化’切換搭載，讓它能‘變身’成不同功能的船舶。”張海彬說。
為了完成這一綜合目標，研發設計和建造團隊集智攻關，突破了10大類50余項關鍵核心技術，完成了創新船型方案、新型連體雙月池等多項國際首創設計，研發了具有完全自主知識產權的大洋鉆探船，實現了綜合性能的大幅提升和運營成本的有效控制。
例如，為了滿足承載大洋科學鉆探、天然氣水合物勘查試采、海洋油氣勘探等多種功能的同船融合設計，團隊充分考慮到不同科考的操作方式和裝備特點，在全球首次將科考船中央的月池部分設計為一大一小的連體雙月池模式；為了適應不同的鉆探需求，設計上將船上的主體鉆機固定，配以可拆卸、可切換的靈活鉆臺，以滿足4種不同的鉆探作業模式；為了保障大洋鉆探的高穩定性，船體動力定位系統采用全球首創的DP3（蓄能智能閉環電網），在節能環保的同時，也能保證在16級超強臺風下的安穩和安全……
國際領先的海上移動“國家實驗室”
要實現全球最強的鉆探能力和科研功能，“夢想”號上必須有“絕活兒”。
廣州海洋地質調查局研究員孫珍介紹，設計建造團隊研制了全球首臺兼具油氣勘探和巖心鉆取功能的液壓舉升鉆機，集成四種鉆采作業模式和三種取心方式，綜合鉆探效率、硬巖鉆進能力較傳統電驅鉆機提升40%以上，可實現不同地層和巖體持續鉆進取心，最大鉆深可達萬米。其中，深水無隔水管泥漿循環系統（RMR）也是我國自主研發的驕傲，這種作業方式泥漿不排海，可實現海底零排放，同時降低鉆探成本。
登上“夢想”號，寬敞明亮的九大功能實驗室令人眼前一亮。為了滿足各種大洋科考需求，船上建有總面積超過3000平方米的實驗室群，面積比“地球”號提高三分之一，包含地球物理實驗室、古地磁實驗室、微生物實驗室、基礎地質實驗室、無機地球化學實驗室、海洋科學實驗室、有機地球化學實驗室、天然氣水合物實驗室和鉆探技術實驗室。
朱日祥告訴記者，這里配備了世界一流的磁屏蔽室、潔凈等級達萬級的地質微生物潔凈間和全球首套船載巖心自動傳輸存儲系統，可滿足多學科綜合研究要求，一些實驗條件比陸地上的實驗室還好。在實驗室的流程優化上，巖心出心與實驗室被設計在同一傳輸層，并通過裝備實現自動轉運。可以說，深鉆獲得的深海巖心一出水，就可以快速被傳送到船上實驗室，方便科學家切割、采樣、實驗，開展研究。為了保證未來船上實驗功能的進一步拓展，還專門預留了實驗室升級拓展空間和公用系統接口。
“夢想”號還擁有全球規模最大、最先進的科考船綜合信息化系統。為了實現智能化，船上建成了全國首個科考船舶數字孿生系統，覆蓋全船2萬多個監測點，實現全船態勢綜合感知、鉆采作業全過程監測、實驗智能協同及船岸一體化，信息化水平國際領先。為了確保智能化的持續領先，“夢想”號還參考頂尖艦船設計，預留了大量的升級接口，以備未來及時優化。
有望助推地球系統科學變革
有了“夢想”號，我們能做什么？對此，孫珍回答：“面向重大科技前沿，推動地球系統科學變革是我們的首要目標。”
具體而言，“夢想”號具備萬米以下的鉆探能力，令科學家看到了“打穿莫霍面，直達上地幔”的希望。屆時，隨著國家重大科技項目和國際大科學計劃的實施，大洋鉆探深度不斷推進，科學家將能更好地回答地球內部是如何運行、地球生命是如何產生、地球磁場倒轉的原因是什么等重要科學問題。目前，深鉆是唯一能夠進入地球深部獲得直接證據的手段，因此，“夢想”號也將助力科學界在多圈層上和多學科上研究范式的變革。
作為大洋鉆探科考船，“夢想”號也將服務于國家“雙碳”戰略和防災減災。例如，在二氧化碳海洋地質的碳封存研究方面，以往缺乏技術裝備來取得相應的深海樣品，如今這艘船具備了相應的采樣能力。而在研究地震、海底滑坡等地質災害歷史記錄方面，“夢想”號也將發揮重大作用。
“‘夢想’號還能夠帶動相關裝備產業的發展，助力制造強國建設。”孫珍告訴記者，在具體實施科考計劃中，科學家們將面臨許多諸如高溫高壓等極端環境的考驗，這將推動鉆頭、鉆桿等新材料的研發，加快井口裝置設備國產化替代，使得海工裝備制造升級，同時也會推動水下信息通信裝備的技術進步。
此外，當前新十年階段的國際大洋鉆探計劃即將啟動。具有國際領先性能的“夢想”號入列，由中國牽頭的新一輪國際大洋鉆探計劃有望由此發起。“夢想”號將為我國自主組織航次提供關鍵裝備保障，將推動我國大洋鉆探由參與向主導的跨越式轉變。借助“夢想”號先進的科考能力，也將推動我國與其他國際大科學計劃的深度合作，促進更多層面的國內外科學交流，為人類共同探索海洋與地球的奧秘貢獻中國智慧和中國力量。
【責任編輯：張宇暉】