如何讓“夢想”號鉆探到11000米深地？專訪總設(shè)計師

2025年01月06日 08:21　來源：央視新聞客戶端

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　　面對面｜如何讓“夢想”號鉆探到11000米深地？總臺專訪總設(shè)計師

　　作為我國自主設(shè)計建造的首艘大洋鉆探船，“夢想”號總長179.8米、型寬32.8米，高81.2米，相當(dāng)于25層樓房的高度。它配備有最先進的液壓舉升式鉆探系統(tǒng)，最大鉆探深度可達11000米。目前，世界范圍內(nèi)已有的大洋鉆探船除了“夢想”號外，還有美國的“決心”號與日本的“地球”號，它們最大的鉆探深度分別為9150米和10000米，而“夢想”號最大鉆探深度可達11000米，是世界上已有大洋鉆探船所能鉆探到的最大深度?？偱_記者專訪了“夢想”號總設(shè)計師張海彬，一起看看他與“夢想”號的故事↓↓↓

　　記者：打到11000米深是個什么概念呢？

　　張海彬：我們大洋鉆探最初的目標(biāo)是要打到地球的莫霍面，莫霍面是地球地殼跟地幔的一個分界面，實際上地殼在陸地上和海洋上是厚薄不均的，平均的厚度大概是17公里，但是在陸地上達到33公里，而在海洋大概只有6公里，所以從海上來說能鉆到莫霍面的難度會相對低一些。因此我們大洋鉆探船的一個目標(biāo)，就是要在海上能達到鉆到莫霍面的需求。它從海面到莫霍面總的鉆深的距離是在7500到11000米之間，也就是說我們在莫霍面鉆探的鉆位選擇上，具有更大的靈活性。

　　地球從內(nèi)至外由地核、地幔、地殼組成。如果把地球比作一個雞蛋，地殼是蛋殼，地幔是蛋清，地核是蛋黃，莫霍面位于地殼和地幔之間，就像蛋殼和蛋清之間的那層薄膜。上個世紀初，科學(xué)家開始重視莫霍面的研究，因為這對于了解地球的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、地殼均衡狀態(tài)以及火山地震等地殼活動具有重要意義，也有助于推動地質(zhì)勘探和資源開發(fā)，促進地球系統(tǒng)科學(xué)發(fā)展。然而，由于鉆探技術(shù)限制和地球內(nèi)部極端的環(huán)境條件，人類至今未能成功鉆探到莫霍面。而“夢想”號超強的深海鉆探能力，也將有望幫助人類率先實現(xiàn)鉆達莫霍面、探索地球內(nèi)部奧秘的夢想。

　　張海彬：上面鉆臺中間是有一個轉(zhuǎn)盤，將來在鉆探的時候，鉆桿就是通過這個轉(zhuǎn)臺上面連接，通過中間的孔洞伸到海底，每根鉆桿長度是9.5米，需要一千多根，總共是可以達到11000米。

　　除了大洋科學(xué)鉆探之外，“夢想”號還可以執(zhí)行深海油氣勘探和天然氣水合物勘查試采等國家戰(zhàn)略任務(wù)。天然氣水合物被認為是繼石油和天然氣之后的主要替代能源，覆蓋了全球90%的海洋和30%的陸地。據(jù)科學(xué)家預(yù)測，全球天然氣水合物的儲量約為石油、煤炭、天然氣總和的兩倍，至少能夠供人類使用1000年。也正是基于海洋天然氣水合物開發(fā)需求，中國地質(zhì)調(diào)查局早在2008年就開始醞釀“夢想”號功能定位的論證。

　　記者：當(dāng)時有沒有可能投入實踐去做？

　　張海彬：在當(dāng)時，實際上我們國家在高端海洋工程裝備領(lǐng)域的自主研發(fā)能力還是比較薄弱的，我們走過了從引進消化吸收，再到逐步獨立自主研發(fā)設(shè)計的過程。

　　張海彬長期從事船舶與海洋工程裝備研發(fā)設(shè)計工作，2014年，他曾受邀登上美國“決心”號大洋科考船參觀，那次參觀讓他深有觸動。

　　張海彬：當(dāng)時我印象最深刻的是船上即將隨船踏上南?？瓶贾玫闹袊茖W(xué)家。因為在跟他們交流的過程中，他們對“決心”號是非常羨慕的。他們說，如果我們國家能有這樣一個自己的大洋鉆探船該有多好，這樣我們就不用交著昂貴的會費，用國外的大洋鉆探船去執(zhí)行科考任務(wù)。

　　記者：要交多錢呢？

　　張海彬：如果是執(zhí)行我們國家提出建議書的航次的話，這個費用一次就要超過1000萬美元。

　　在當(dāng)時，中國科學(xué)家要搭乘外國科考船進行科考活動，還面臨著諸多制約。

　　記者：如果中國的科學(xué)家搭乘了別的國家的科考船，拿回來的實驗樣品是歸人家的船，還是歸中國科學(xué)家呢？

　　張海彬：它實際上是歸船，而不是歸中國科學(xué)家。所以只能在船上進行實驗分析，然后得出一些結(jié)果。但是這個樣品本身的保存權(quán)不在我們，所以這一點是受制于人的。

　　記者：這個經(jīng)歷對于后來很快就到來的這個設(shè)計，有什么影響？

　　張海彬：我覺得我們有責(zé)任和使命做這樣的事情，也正是這種責(zé)任和使命，支撐著我們在后面的船型研發(fā)過程中不斷地攻堅克難。

　　2017年，在國家發(fā)展改革委、自然資源部申報下，“夢想”號正式立項籌建，中國船舶集團有限公司第七〇八研究所副總工程師張海彬出任“夢想”號總設(shè)計師。

　　記者：接到這個任務(wù)的時候，你們怎么評估這個任務(wù)？

　　張海彬：當(dāng)時在超深水鉆探裝備研發(fā)設(shè)計領(lǐng)域，我們還是一個“學(xué)步的孩子”的時候，就要去完成奔跑，甚至跨越障礙，這的確是非常大的一個挑戰(zhàn)。大洋鉆探船被譽為深?？萍碱I(lǐng)域的航空母艦，其中的難度可想而知。實際上從我們團隊本身來講，還是有信心完成這樣的一個任務(wù)的。

　　張海彬：因為我們整個的船舶工業(yè)是在不斷提升的過程中的，我們這個項目發(fā)揮了全國各個單位的力量。不僅僅是我們七〇八所，也不僅僅是我們中國船舶集團，全國有150余家單位參與進來，實際上這個項目發(fā)揮了我們舉國體制的優(yōu)勢。

　　2019年春，“夢想”號獲得可行性研究的批復(fù)，隨后進入初步設(shè)計階段。

　　記者：進入哪個階段的時候，真正的難就來了？

　　張海彬：我覺得最難的階段，還是初步設(shè)計階段。初步設(shè)計階段實際上就是很多方案的落地，一些創(chuàng)新性的想法都是在這個階段萌發(fā)的。

　　記者：作為一個船舶設(shè)計師，你心目中的夢想是什么？做出一個什么樣的船，目標(biāo)是什么？

　　張海彬：我的夢想就是為我們科學(xué)家研發(fā)一艘用得起、用得好的大洋鉆探船。這個船可以概括來講，就是“三高一低”，高就是我們這個船舶平臺本身的綜合性能最高，鉆探作業(yè)系統(tǒng)的鉆探作業(yè)能力最高，船載實驗?zāi)芰ψ罡?。一低就是我們整個船舶運營的成本要最低，這樣才能夠讓我們中國的科學(xué)家，全球的科學(xué)家更愿意用這艘船。

　　那么，如何做到運營成本低呢？研發(fā)團隊在對美國的“決心”號和日本的“地球”號的對比分析中得到了啟發(fā)。

　　張海彬：這里面我們發(fā)現(xiàn)了一個比較有趣的現(xiàn)象。美國的“決心”號雖然船齡比較老，作業(yè)功能也有限，但是它實際上在國際大洋鉆探中，反而使用得非常多，為大洋鉆探服役了整整四十年，直到2024年9月才退役。而日本“地球”號大洋鉆探船，它的整個功能更加先進，但由于它的噸位比“決心”號要大很多，差不多是要五倍還要多，整個運營成本非常高，反而在大洋鉆探中使用得不多。我們也了解到，大洋鉆探是一種公益性科學(xué)研究的活動，整個計劃的實施也需要各個參與國提供匹配經(jīng)費，對于大洋鉆探船來說，除了它的作業(yè)功能之外，對整個運營的經(jīng)濟性也有非常高的要求。所以我和我的團隊就下定決心，一定要為全球的科學(xué)家研發(fā)一艘用得起的大洋鉆探船。

　　記者：就是說船大可能成本就大，出去一次花的錢可能就多，因此先把它的個頭弄小，但是個頭小對于設(shè)計者來說是不是就難了？

　　張海彬：是的，因為我們要在這么小的船型尺度的限制條件下要實現(xiàn)更多的功能，對我們來說具有非常大的挑戰(zhàn)性。

　　最終，“夢想”號設(shè)計噸位為33000噸，不到“地球”號大洋鉆探船總噸位的60%。雖然個頭小了，但是它要實現(xiàn)的功能并沒有減少，以作業(yè)模式為例，“地球”號大洋鉆探船只有兩種，而“夢想”號卻實現(xiàn)了四種。

　　記者：這個難度有多大？

　　張海彬：這對于我們來說是一個非常大的挑戰(zhàn)。怎么樣以“小噸位”來實現(xiàn)“多功能”，包括大洋科學(xué)鉆探、深海油氣資源勘探、天然氣水合物勘查。我們總結(jié)下來，相當(dāng)于是要實現(xiàn)四種作業(yè)模式，這是在以往的國外的船型中所沒有的。

　　記者：現(xiàn)在沒資料、沒例證，對你們來說，敢往前走嗎？

　　張海彬：我們必須硬著頭皮往前走，因為這是我們中國科學(xué)家對這艘船的期盼。我們在以往的項目過程中，可能更多采用定性的思維，提出這樣的一個需求來進行功能上的疊加，去滿足這樣的要求。如果我們還是沿用常規(guī)做法，我們這四種作業(yè)模式，實際上最后做出的方案很可能就是一個超出日本“地球”號的船。雖然我們有了這樣一個大洋鉆探船，但是因為運營成本高，科學(xué)家還是用不起，還不是一個成功的項目。所以說在整個過程中，就不能用常規(guī)的方法，需要打破常規(guī)的思維定式。

　　研發(fā)團隊創(chuàng)新提出了“小噸位、多功能、模塊化”設(shè)計理念，成功解決了大洋科學(xué)鉆探、深海油氣勘探和天然氣水合物勘查試采等多種功能同船融合設(shè)計的難題，完成了創(chuàng)新船型方案、新型連體雙月池、DP-3級蓄能閉環(huán)電網(wǎng)等多項國際首創(chuàng)設(shè)計，研發(fā)了具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的大洋鉆探船，在國際上實現(xiàn)了船舶尺度規(guī)模控制和綜合性能水平的超越。

　　張海彬：這就是我們配置的全球首套巖心自動傳輸存儲系統(tǒng)，它可以把海上鉆上來的巖心自動進行出入庫，巖心從井架取出來之后，首先是進入實驗室。

　　張海彬：切割完差不多就是1.5米的長度，這個巖心分剖成兩半之后，其中一半是運到船的巖心庫，另外一半就會運到外面的這個基礎(chǔ)地質(zhì)研究室進行分析。

　　張海彬：這個就是我們基礎(chǔ)地質(zhì)實驗室一個開放的實驗區(qū)，一半的巖心就會放在這個區(qū)域，供科學(xué)家采樣，進行相應(yīng)的分析研究工作。

　　記者：那就是隨便在這放開了研究，沒人限制了。

　　張海彬：我們自己的大洋鉆探船，我們中國科學(xué)家有自主權(quán)了。

　　“夢想”號打造了全球面積最大、功能最全、流程最優(yōu)的海上移動實驗室，總面積超3000平方米，可全面滿足海洋領(lǐng)域全學(xué)科實時實驗的需求。

　　張海彬：這有個微生物實驗室，巖心拿到船上之后，可以對這個巖心里面的微生物的情況進行分析，這有各種分析的設(shè)備。

　　記者：這叫虛位以待，都準備好了。

　　張海彬：就等著我們正式鉆探取出來巖心之后，在這里進行科學(xué)實驗分析。

　　據(jù)介紹，“夢想”號續(xù)航力15000海里，自持力120天，載員180人。它的穩(wěn)性和結(jié)構(gòu)強度按16級超強臺風(fēng)安全要求設(shè)計，可在6級海況下正常作業(yè)，具備全球海域無限航區(qū)航行作業(yè)能力。

　　張海彬：我們在進行鉆探作業(yè)的時候，比較關(guān)鍵的是要保持船舶位置的穩(wěn)定。如果位置偏移過大的話，很有可能拉斷鉆桿，如果引起更嚴重的情況，有可能會損壞井架的頂驅(qū)的設(shè)備。

　　記者：接下來實踐過程中，如果風(fēng)浪很大，靠什么讓船能巋然不動呢？

　　張海彬：這就要靠動力定位控制系統(tǒng)了，我們配置最先進的DP-3級的動力定位控制系統(tǒng)，來控制這個船的七臺推進器。船下面的螺旋槳能夠發(fā)出推力，來抵抗外界的風(fēng)浪流載荷。

　　11月17日，經(jīng)過近十年時間的奮戰(zhàn)，張海彬與上萬名參建者迎來了激動人心的時刻，“夢想”號在廣州正式入列。中共中央總書記、國家主席、中央軍委主席習(xí)近平發(fā)來賀信，指出“夢想”號海試成功并正式入列，標(biāo)志著我國在深海進入、深海探測、深海開發(fā)上邁出了重要一步，是建設(shè)海洋強國、科技強國取得的又一重大成果。在2025年新年賀詞中，國家主席習(xí)近平再次提到了我國自主設(shè)計建造的首艘大洋鉆探船“夢想”號，展現(xiàn)了我國在深?？萍碱I(lǐng)域的重大突破和逐夢深海的豪情壯志。

　　記者：當(dāng)你知道你自己設(shè)計的船入列的時候，當(dāng)時心里是什么想法？

　　張海彬：我們這個船入列是在17日的下午進行的，我提前一天就到達了廣州，徹夜難眠，第二天早早地來到了入列儀式的現(xiàn)場，迫不及待地等待對于我和我的團隊來說無比重要的一個時刻。當(dāng)宣布 “夢想”號正式入列那一刻，這種激動的心情達到了最高點。當(dāng)時我的眼睛濕潤了，這十年來我們研發(fā)設(shè)計和建造團隊在整個過程中，克服了很多的困難，在那一刻，我們覺得我們所有的辛苦都變得非常有意義，我們中國人完全獨立自主研發(fā)設(shè)計和建造的大洋鉆探船，終于夢想成真。