國之重器4000米下海底“挖寶”

深海重載作業採礦車“開拓二號”創我國深海採礦領域6項紀錄

近日，由上海交通大學自主研制的深海重載作業採礦車工程樣機“開拓二號”搭乘“向陽紅03”號科考船，在西太平洋著底4102.8米，成功取回深海多金屬結殼與結核，海試取得圓滿成功。試驗航次中，“開拓二號”5次探採，創下我國深海採礦領域6項紀錄，技術性能達到國內領先、國際先進水平。這是“國之重器”服務國家海洋強國戰略和上海科創中心、現代海洋城市建設的一次重大突破。

7月9日，記者在長興島的上海長興海洋實驗室，見到了“開拓二號”。它長6米、寬3米、高2.5米、重14噸，好似一台水下數千米的海底掘進機。

五次下潛深海

大洋海底蘊藏著豐富的多金屬結核、富鈷結殼和多金屬硫化物等礦產資源，富含銅、鈷、鎳、錳等關鍵材料，應用價值極高。在未來10年到15年，深海礦產資源開發有望取得突破性進展，實現商業化開發利用。

海試首席科學家、上海交通大學船舶海洋與建筑工程學院教授楊建民介紹，長期以來，深海採礦在國際上存在三大技術難題：一是礦區海底地形異常復雜，裝備安全行進困難﹔二是深海礦產賦存形式與物理特性復雜多樣，高效開採收集困難﹔三是深海重載作業裝備在海上風浪條件下，安全布放回收困難。

這次深海試驗，“開拓二號”在海底多金屬結殼與結核礦區，連續成功完成了5次下潛，其中4000米級深度1次，2000米級深度4次，這是國內深海重載作業採礦車首次在4000米以下深度的海底開展深海礦產資源試開採試驗。而且，“開拓二號”還展現出強大的海底礦岩鑽進與採集能力，對緊密附著在堅硬礦岩上的多金屬結殼、淺埋於稀軟深海沉積物中的多金屬結核等不同類型海底礦物進行了高效開採收集，成功獲得了200多千克的多金屬結殼、多金屬結核、海底基岩等各類深海礦產樣品。

六項研究突破

無論是坡度達30多度的陡峭海山，還是由高黏性稀軟沉積物堆積的海底“灘涂”，“開拓二號”都能順利行進、爬坡和原地回轉。據介紹，為了讓採礦車的行進更加自由，楊建民團隊研發了相關技術，幫助採礦車不需任何人工操控，就能自主感知採礦環境。採礦車的4條履帶可根據海底實際地形實時調整方向和狀態，適應海底復雜地形行走需要，這在國內還是首創。

據介紹，“開拓二號”共實現了國內同類研究的6項突破：首次實現深海重載作業採礦車布放作業水深突破4000米大關，獲得了大量多金屬結殼、多金屬結核等深海礦產樣品﹔首創深海復雜海底地形高機動行進技術，實現在30度以上陡峭海山、深海稀軟沉積物等各種復雜海底地形的安全穩定行進﹔首創深海多礦類復合鑽採技術，實現對多金屬結殼、多金屬結核等不同類型礦石高效開採與收集﹔首創深水重載作業智能精細控制技術，形成作業路徑智能規劃、跟蹤與避障能力，實現深水厘米級精准定位﹔首創非金屬纜深海重載布放回收技術，安全工作負載等指標位居國內前列﹔創新深海環境擾動監測評估技術，採礦車還搭載了環境監測系統，對海底羽狀流生成擴散、水下作業噪聲等環境影響情況進行了全面監測與評估，為我國深海礦產資源勘探與綠色環保開採提供了珍貴的一手材料和數據。

隨船參加海試的青島海洋地質研究所深海地質與礦產室副主任黃威表示，針對附著在斜坡基岩之上的多金屬結殼，“開拓二號”的切削能力可以把結殼和基岩快速分離開，高效地把結殼礦石吸入集礦箱。同時，該深海採礦車的爬坡和避障能力可以讓它在復雜地形環境下實現多方向進行，從而大范圍覆蓋結殼礦區，提升礦石採收率。此外，“開拓二號”連續5天在6級風、4級海況條件下作業，成功完成了多次、連續深海布放、海底作業與提升回收，裝備安全性、可靠性得到了檢驗。（記者 徐瑞哲）

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