“开拓二号”海试图。上海交通大学提供

近日，从西太平洋采回200多公斤深海矿产样品，由上海交通大学自主研制的深海重载作业采矿车工程样机“开拓二号”回到了它的“出生地”——上海长兴海洋实验室。

在6月22日至26日的海试中，“开拓二号”以多项首创技术，顺利实现了国内深海重载作业采矿车布放作业水深4000米大关的首次突破，最大下潜深度达4102.8米。

7月9日，由市政府新闻办联合市发改委、市科委、上海交大举办的集体采访活动中，相关负责人介绍了这一重大成果。

海底“取宝”首次突破4000米

在《西游记》神话中，孙悟空在东海龙宫取得了镇海神铁如意金箍棒。在现实中的大洋海底，真的蕴藏着多金属结核、富钴结壳，以及多金属硫化物等丰富矿产资源。仅太平洋底就蕴藏着约30亿吨钴，相当于陆地储量的3000倍。

据国际能源署预估，到2030年，全球对钴的需求量将比目前高出10倍，甚至可达25倍。当下，欧盟及日本、加拿大等国已竞相开展海底采矿关键核心技术与装备研发。据预测，深海矿产资源开发有望在未来10至15年取得突破性进展，实现商业化开发利用。

我国拥有面积相当于3个渤海的5块国际海底矿区专属勘探权和开采优先权。然而，勘探权也有“保质期”，因此尽快掌握开发技术，形成开发能力至关重要。

“海底地形崎岖，海况条件又相当复杂，海底采矿装备需要在伸手不见五指的漆黑环境中具备开采、收集和回收能力，每个环节的实现都十分不易。”“开拓”系列深海采矿车首席科学家、上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院教授杨建民介绍说，为此，“开拓二号”在技术上实现了多项突破，包括首创深海复杂海底地形高机动行进技术、首创深海多矿类复合钻采技术、首创深水重载作业智能精细控制技术、首创非金属缆深海重载布放回收技术，并创新了深海环境扰动监测评估技术。

经过周密的前期准备，今年6月，“开拓二号”向位于西太平洋的多金属结壳和结核海区发起进军。海试期间，“开拓二号”在海底多金属结壳与结核矿区连续成功完成了5次下潜，其中2000米级深度4次，4000米级深度1次，最大下潜深度达4102.8米。

通过这次国内深海重载作业采矿车在4000米级深海底部开展深海矿产资源试开采的“首试”，“开拓二号”成功带回了200多公斤的多金属结壳、多金属结核、海底基岩等各类深海矿产样品。

“硬”山“软”滩上均可行走自如

长6米、宽3米、高2.5米，车前装备有一根巨大的钻头，单从外观看，“开拓二号”就是一台“平平无奇”的采矿车。但如将其放入海底，无论是坡度达30多度的陡峭海山，还是由高粘性稀软沉积物堆积的海底“滩涂”，“开拓二号”都能如履平地——秘诀就在它的四条履带上。

杨建民介绍，“开拓二号”的每条履带都能自主根据海底实际地形实时调整方向和状态，无需任何人工操控，定位精度可达厘米级。而且，一旦遇到爬不过去的障碍物，它就会选择绕过。

在不同地形都能如履平地的能力，让“开拓二号”具备了“多矿联采”的独门绝技。随船参加海试的青岛海洋地质研究所深海地质与矿产室副主任黄威表示，对附着在斜坡基岩上的多金属结壳，“开拓二号”的切削能力可将结壳与基岩快速分离，并把结壳矿石高效地吸入集矿箱；对半埋在稀软的海底滩涂里的多金属结核，它又能将其挖出。

此外，采矿车的布放与回收也是深海采矿的难点。“开拓二号”在空气中重14吨，水中重近6吨，如果用传统钢制复合缆绳进行布放，仅缆绳重量就会超过10吨，整个布放系统将不堪重负。团队成员、上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院副教授刘明月介绍，团队用纤维缆绳取代了钢制缆绳，“每千米纤维缆绳在水下仅重一吨，大大降低了负载强度”。

三代船海人，十年“开拓”路

“2013年，国外深海采矿装备研发早已经达到了一定水平，但国内相关研发尚未完全起步。当时，我觉得，在深海探采这方面，中国需要填补空白。”从最初一个设想，到远涉大洋的海试，杨建民一干就是十年。

主动对接国家重大战略需求，杨建民带领团队先后成功研制了深海重载作业采矿车“开拓一号”与“开拓二号”。其中，深海采矿车“开拓一号”于2021年成功实现了1305米深海试验。不久前，“开拓二号”则在4级海况、6级风的恶劣条件下完成5次探采，证实已具备深海多金属结壳、多金属结核与深海硫化物等多类型矿产综合开采能力，技术性能达到国内领先、国际一流水平。

“开拓二号”海试图。上海交通大学提供

更令杨建民欣慰的是，他用十年组建了一支由三代上海交大师生组成的多学科交叉攻坚团队，平均年龄只有32岁。十年前的赵国成，还只是上海交大船舶海洋与建筑工程学院的一名研究生。在导师杨建民的影响下，他坚定地选择了深海采矿作为自己的研究方向，“仅就控制履带就需要工程、技术、机械、动力、材料等多学科的交叉融合，我在这个团队中学到了很多”。

“开拓二号”海试图。上海交通大学提供

2021年获批新型研发机构的上海长兴海洋实验室是“开拓”系列采矿车的重要研制基地。该实验室主任、中国工程院院士林忠钦表示，上海长兴海洋实验室是为服务海洋强国战略而打造的海洋装备领域的“研究特区”，也是海洋工程和海洋学科的多元化合作平台。未来，实验室将瞄准更高目标，为研制功能更强大的海洋装备提供依托。

作者：沈湫莎

文：沈湫莎 图：除注明外为袁婧摄 编辑：沈湫莎 责任编辑：许琦敏

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