記者 邊雪
深海，蘊(yùn)藏著無(wú)數(shù)的資源和地球的奧秘。
為探向海底更深處，發(fā)展藍(lán)色生產(chǎn)力，一艘承載著夢(mèng)想的大國(guó)重器，正向大洋深處進(jìn)軍。11月17日，由中國(guó)船舶集團(tuán)自主設(shè)計(jì)建造的我國(guó)首艘大洋鉆探船“夢(mèng)想”號(hào)在廣州南沙正式建成入列，使我國(guó)成為全球第三個(gè)設(shè)計(jì)建造大洋鉆探船的國(guó)家。
作為國(guó)家“十四五”重大科技創(chuàng)新工程，“夢(mèng)想”號(hào)最大鉆深11000米，是全球鉆探能力最強(qiáng)、科學(xué)實(shí)驗(yàn)功能最全、智能化水平最高、綜合運(yùn)維成本最低的鉆探船，可執(zhí)行大洋科學(xué)鉆探、深海油氣勘探和天然氣水合物勘查試采等國(guó)家戰(zhàn)略任務(wù)，有望率先實(shí)現(xiàn)人類“打穿地殼、進(jìn)入上地幔”和“開發(fā)地球深部資源”的夢(mèng)想。
“夢(mèng)想”號(hào)不僅承載著科學(xué)家們的夢(mèng)想，也承載著“船舶人”為國(guó)擔(dān)當(dāng)、建造“重器”的夢(mèng)想。十年磨一劍，我國(guó)自主設(shè)計(jì)建造的首艘大洋鉆探船“夢(mèng)想”號(hào)如何建成？全程參與了“夢(mèng)想”號(hào)系統(tǒng)總成攻關(guān)的鉆井系統(tǒng)副總建造師李云軍告訴記者，建造“夢(mèng)想”號(hào)是黨和國(guó)家的使命重托，“大家伙都是抱著‘使命光榮、使命必達(dá)’的決心投入工作，玩的就是高精尖，干的就是未知數(shù)，拼的就是堅(jiān)韌不拔，沒有一個(gè)人臨陣退縮。”
“夢(mèng)想”號(hào)如何實(shí)現(xiàn)多項(xiàng)首創(chuàng)？
“夢(mèng)想”號(hào)大洋鉆探船總噸33000，長(zhǎng)度179.8米、型寬32.8米，續(xù)航15000海里，可以連續(xù)不斷地在海上工作120天。
在無(wú)參考經(jīng)驗(yàn)的狀況下，研發(fā)團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新提出了“小噸位、多功能、模塊化”設(shè)計(jì)理念，突破新一代液壓鉆井系統(tǒng)裝船及多功能集成、最新一代30兆瓦蓄能閉環(huán)電網(wǎng)應(yīng)用等8項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，首次完成大洋鉆探裝備的自主研制，船舶尺度規(guī)模控制和綜合性能水平實(shí)現(xiàn)超越，并取得完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，使我國(guó)在海洋科技領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)重大突破。
我國(guó)首艘大洋鉆探船“夢(mèng)想”號(hào)。（圖源：受訪者）
“夢(mèng)想”號(hào)設(shè)計(jì)建造團(tuán)隊(duì)成員張海彬表示，“夢(mèng)想號(hào)”建造過程中最大的難題，就是如何確保在大洋鉆探、油氣勘探、科研實(shí)驗(yàn)等各項(xiàng)功能集于一身的情況下，在面對(duì)惡劣海況仍能夠安全平穩(wěn)運(yùn)行的前提下，讓“夢(mèng)想”號(hào)具備優(yōu)越的航行通過性和運(yùn)營(yíng)成本控制方面的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。
“我們?cè)谡麄€(gè)研發(fā)過程中，應(yīng)用了模塊化的設(shè)計(jì)理念，采取了鉆機(jī)主體固定、鉆材堆場(chǎng)切換、營(yíng)運(yùn)設(shè)施共享的原則。這個(gè)船的吃水是9.2米，吃水的量級(jí)可以滿足全球大部分航道航行、碼頭停泊。船的總高81.2米，比日本的“地球”號(hào)降低了將近40%，即使在8米的輕載吃水下，也完全可以滿足深中通道大橋的安全通行要求。”張海彬說。
值得注意的是，“夢(mèng)想”號(hào)的深海鉆探能力也是全球領(lǐng)先，船體首次配置了全球最先進(jìn)的綠色環(huán)保全液壓提升鉆機(jī)，頂驅(qū)舉力達(dá)到1000噸，具備11000米鉆探能力。這也是國(guó)際首次實(shí)現(xiàn)“傳統(tǒng)隔水管、傳統(tǒng)無(wú)隔水管、輕型隔水管、無(wú)隔水管泥漿閉式循環(huán)”等4種作業(yè)模式和“繩索取芯、提鉆取芯、氣舉反循環(huán)取芯”等3種取芯方式，大幅提升了硬巖高效持續(xù)鉆進(jìn)能力，鉆探效率提升40%。
“夢(mèng)想號(hào)”船載實(shí)驗(yàn)室。（圖源：受訪者）
記者注意到，作為全球最先進(jìn)的大洋鉆探船，“夢(mèng)想”號(hào)不僅鉆探能力強(qiáng)，還實(shí)現(xiàn)了我國(guó)多功能船載實(shí)驗(yàn)室自主設(shè)計(jì)的突破——建有全球面積最大、功能最全的船載實(shí)驗(yàn)室，總面積超3000平方米，涵蓋海洋科學(xué)、微生物、古地磁等九大實(shí)驗(yàn)室，采用數(shù)字孿生等信息化技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)鉆采作業(yè)全過程監(jiān)測(cè)、科學(xué)實(shí)驗(yàn)智能協(xié)同。
如何打造最強(qiáng)船舶心臟？
“夢(mèng)想”號(hào)強(qiáng)大的鉆井系統(tǒng)，由50多個(gè)復(fù)雜的子系統(tǒng)組成，綜合集成關(guān)鍵設(shè)備就有500多臺(tái)套。在螺螄殼中做道場(chǎng)，如何成功將“夢(mèng)想”號(hào)打造成為“小噸位、多功能、高水平”的世界頂尖海洋工程裝備？
其中，國(guó)際首創(chuàng)的連體雙月池設(shè)計(jì)是其中一環(huán)。“因船上鉆井區(qū)域空間有限，無(wú)法容納不同作業(yè)模式所需的所有設(shè)備。為此我們創(chuàng)新采用了連體雙月池的設(shè)計(jì)，并對(duì)四種模式下的所有設(shè)備，管系和電纜進(jìn)行建模。”“夢(mèng)想”號(hào)鉆井系統(tǒng)技術(shù)經(jīng)理謝勰告訴記者，采用單元模塊化的方式，實(shí)現(xiàn)不同作業(yè)模式下，設(shè)備的快速切換，不僅滿足了鉆采多模式作業(yè)的需求，也大大提高了深海鉆探取芯的效能。
要實(shí)現(xiàn)“夢(mèng)想”號(hào)的各種先進(jìn)功能，離不開強(qiáng)大的能源供應(yīng)。“夢(mèng)想”號(hào)采用新型蓄能閉環(huán)電網(wǎng)技術(shù)，電站容量達(dá)到30兆瓦，相當(dāng)于一個(gè)25萬(wàn)人口縣城的用電規(guī)模。其電網(wǎng)由六臺(tái)電壓6600V功率5000kW柴油發(fā)電機(jī)組、1100kWh三元鋰電池組和電池管理系統(tǒng)組成。這套系統(tǒng)不僅能為海上作業(yè)提供了強(qiáng)有力的保障，而且能使全船綜合能耗降低15%，提升全船運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性、安全性。
我國(guó)首艘大洋鉆探船“夢(mèng)想”號(hào)。（圖源：受訪者）
黃埔文沖副總工程師王永珊告訴記者，“夢(mèng)想”號(hào)采用了閉環(huán)電網(wǎng)和電池蓄能技術(shù)，簡(jiǎn)單來說，是為了有效減少在網(wǎng)發(fā)電機(jī)數(shù)量、降低油耗、減少排放，提高系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性、可靠性。
按照 DNV和CCS船級(jí)社要求，在設(shè)計(jì)過程中需要完成實(shí)船短路測(cè)試，用以驗(yàn)證系統(tǒng)保護(hù)設(shè)計(jì)方案的可靠性、安全性。“為此，我們事先充分進(jìn)行了實(shí)船短路試驗(yàn)方案和試驗(yàn)工裝的準(zhǔn)備，并在試航中一次性成功驗(yàn)證，保證了‘夢(mèng)想’號(hào)今后的供電安全。”王永珊解釋道。
從電站出發(fā)，船上7臺(tái)推進(jìn)器以及各種用電設(shè)備通過長(zhǎng)達(dá)1200公里的電纜連接在一起，相當(dāng)于北京到上海的距離，是相同尺度集裝箱/散貨船的十多倍。在狹小的空間內(nèi)，主干電纜從艉部沿上甲板左、右舷通道和管弄往艏部和上建布置，施工難度極高。
“夢(mèng)想”號(hào)是全球技術(shù)最先進(jìn)，也是建造施工最復(fù)雜的船舶之一。全船2330臺(tái)套設(shè)備、48696根管系、1200公里電纜組成巨系統(tǒng)，施工技術(shù)和精度要求高，工程量是同尺度船舶的數(shù)十倍。
“從電纜施工的物量和施工難度來說，‘夢(mèng)想’號(hào)可以說是全國(guó)第一。”“夢(mèng)想”號(hào)電纜施工負(fù)責(zé)人智增輝告訴記者，這條船的電纜長(zhǎng)度是相同尺度集裝箱/散貨船的十多倍，加上主船體被分為3個(gè)巨型總段，所以施工難度是幾何倍數(shù)的增長(zhǎng)。
“其中，艏部又是全船電纜布置最密集的部分，我們最多采用了11層電纜托架。因?yàn)椴糠衷O(shè)備到貨不及時(shí)，造成電纜鋪設(shè)無(wú)法一次性完成，在電纜托架本來就小的情況下，還必須為后續(xù)進(jìn)電纜預(yù)留空間。”智增輝說。
7臺(tái)推進(jìn)器成就“定海神針”
普通船舶在海上，受到風(fēng)、浪、流、涌等外界影響，想保持正常航向都存在困難，而“夢(mèng)想”號(hào)的設(shè)計(jì)要求是在6級(jí)海況下可以正常作業(yè)，長(zhǎng)達(dá)數(shù)千米，甚至萬(wàn)米的鉆桿必須像“定海神針”那樣穩(wěn)穩(wěn)地鉆入海床中，到底“夢(mèng)想”號(hào)是如何做到的呢？
答案就在“夢(mèng)想”號(hào)的強(qiáng)大動(dòng)力系統(tǒng)中。“夢(mèng)想”號(hào)副總建造師伍常斌告訴記者，在海上，“夢(mèng)想”號(hào)可以利用船上的7臺(tái)推進(jìn)器，使船身能在浪涌中保持船舶艏向和位置不發(fā)生變化。“這樣船上的鉆桿就能像定海神針一樣穩(wěn)穩(wěn)地插在海中，從而保證鉆探的順利。”
“夢(mèng)想”號(hào)配備了3臺(tái)4000kW全回轉(zhuǎn)主推和3臺(tái)3500kW全回轉(zhuǎn)伸縮推以及1臺(tái)1500kW側(cè)推，動(dòng)力定位能力達(dá)到國(guó)際最高的DP-3級(jí)。在浪奔浪涌中，“夢(mèng)想”號(hào)可以通過衛(wèi)星定位、聲吶定位、羅經(jīng)、運(yùn)動(dòng)參考系統(tǒng)（MRU）等傳感器計(jì)算外界環(huán)境力，再自動(dòng)向推進(jìn)器發(fā)出逆向推進(jìn)指令，實(shí)現(xiàn)在海中“不動(dòng)如山”。
其中，3臺(tái)全回轉(zhuǎn)伸縮推是船廠迄今總成過的最大伸縮推，首次采用焊接密封，首次使用3D全站儀進(jìn)行精度控制。并且建造中伸縮推需要進(jìn)行全程升降試驗(yàn)，升降高度差達(dá)4.3米。
“夢(mèng)想”號(hào)入列后，將由廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局運(yùn)營(yíng)使用，承擔(dān)國(guó)家重大科技項(xiàng)目和國(guó)際大科學(xué)計(jì)劃中的大洋科考鉆探任務(wù)，作為我國(guó)今后超深水鉆探和水合物試采的核心裝備，“夢(mèng)想”號(hào)也將揭開我國(guó)海洋科技發(fā)展的新篇章。
