杨舒
大洋钻探船“梦想”号上的新型连体双月池 资料图片
大洋钻探船“梦想”号 新华社发
大洋钻探船“梦想”号上的工作场景 资料图片
大洋钻探船“梦想”号 资料图片
【记者观察】
深海探测又添“国之重器”!
2024年11月17日，我国自主设计建造的首艘大洋钻探船“梦想”号在广州正式入列。
这艘海上钻探“大家伙”总长179.8米、宽32.8米，排水量42600吨，由国家发展改革委、自然资源部申报立项，自然资源部中国地质调查局负责具体组织实施，联合中国船舶集团等多家单位设计建造，具备全球海域无限航区作业和海域11000米钻探能力，有望帮助科学家进一步探索和揭开地球深处的奥秘，早日实现“打穿莫霍面，直达上地幔”的人类科学之梦。
作为面向全球海洋领域科学家开放共享的大型科学研究装置，“梦想”号更是保障国家能源资源安全和支撑海洋强国建设的“核心利器”，标志着我国深海勘查探测能力和装备现代化建设迈出关键一步。
1.“什么时候我们能拥有属于自己的大洋钻探船？”
“人类对海底的认识，并不比对月球更深刻。”谈到建设“梦想”号的初衷，中国科学院院士、地球物理学家朱日祥这样说。
水深超过2000米的深海，占据着地球表面超过一半的面积，然而，那里黑暗无光、低温高压，一直是人类难以到达的神秘之境。从地质学角度看，海底却是探索地球内部结构最近的地方——经探测，大陆地壳平均厚度达35公里，大洋地壳平均厚度却仅为7公里。因此，想研究地球板块运动规律，了解地球内部构造的奥秘，到深海底部进行探索十分必要。而在深海地壳薄弱处打穿地壳与地幔的分界面——莫霍面，取得上部地幔的样品，直接了解地球内部，更成为全球科学家的共同梦想。此外，深海蕴藏着极为丰富的矿产、油气和生物资源，亟待人类共同探索。
因此，数十年来，科学家建立了探索深海的三大手段——深钻、深潜、深网，即依靠深潜器进行科学考察、国际大洋钻探和国家海底科学观测网建设。“三深”之中，深钻肩负着从深海海底向下钻探的重任。自20世纪60年代起，世界各国共同合作，开始支持钻探船在全球海域钻探获取深海样品，即岩心。通过分析岩心，来研究海洋与气候变化、地球深部动力、深部生命和地质灾害等问题。
在这个计划中，中国属于后来者。20世纪90年代，我国加入国际大洋钻探计划，中国科学院院士汪品先等专家在南海取得高质量连续岩心共计5500米，为南海演变和东亚古气候研究取得了3200万年的深海记录。随后，中国科学家参与了多个国际大洋钻探航次。
然而，从数千米的深海海底向下钻探，作业环境特殊，是对钻探平台的极高考验，背后更是各国深海科技实力的较量。此前，具备如此能力的大洋钻探船，仅有美国的“决心”号和日本的“地球”号。中国科学家若想上船参与研究，需要缴纳高额费用，也无法自主组织航次。一位参与过国际钻探航次的中国科学家向记者感叹：“工欲善其事，必先利其器。那时，我们都在想，什么时候我们能拥有属于自己的大洋钻探船，从‘参与者’转变为‘主导者’，从而在国际大洋钻探中发挥更重要的作用？”
“拥有自己的大洋钻探船”，承载着中国科学家梦想的“梦想”号计划，就此起航。
2.“梦想”号“中国造”
2017年底，“梦想”号大洋钻探船建设项目任务正式获批，研发设计的重任落在了中国船舶集团第七〇八研究所。
“这是对我们研发设计能力的信任!”中国船舶集团第七〇八研究所“梦想”号总设计师张海彬说。的确，深海钻探被誉为海洋科技领域的“皇冠”，超深水钻探装备的设计建造也考验着一个国家船舶行业发展的综合水平。此前，我国在许多高端船舶和海洋工程装备的基本设计上，仍一定程度依赖国外公司。而“梦想”号则是完全由中国的研发和建造团队自主设计建造。
在研发设计之初，团队就对标全球仅有的“决心”号和“地球”号大洋钻探船，力求让“梦想”号达到“小吨位、多功能、模块化”的综合目标。
“针对以上日常运营和国际大洋钻探的现实需求，我们在研发时，就注重以‘小吨位’来控制钻探船的建造和运营成本，同时运用‘模块化’的灵活设计，实现大洋科学钻探、深海油气钻探和天然气水合物勘查试采等多种功能。通过船舶‘减肥瘦身’设计，让‘梦想’号的可变载荷达到最高15000吨，并通过‘模块化’切换搭载，让它能‘变身’成不同功能的船舶。”张海彬说。
为了完成这一综合目标，研发设计和建造团队集智攻关，突破了10大类50余项关键核心技术，完成了创新船型方案、新型连体双月池等多项国际首创设计，研发了具有完全自主知识产权的大洋钻探船，实现了综合性能的大幅提升和运营成本的有效控制。
例如，为了满足承载大洋科学钻探、天然气水合物勘查试采、海洋油气勘探等多种功能的同船融合设计，团队充分考虑到不同科考的操作方式和装备特点，在全球首次将科考船中央的月池部分设计为一大一小的连体双月池模式；为了适应不同的钻探需求，设计上将船上的主体钻机固定，配以可拆卸、可切换的灵活钻台，以满足4种不同的钻探作业模式；为了保障大洋钻探的高稳定性，船体动力定位系统采用全球首创的DP3(蓄能智能闭环电网)，在节能环保的同时，也能保证在16级超强台风下的安稳和安全……
3.国际领先的海上移动“国家实验室”
要实现全球最强的钻探能力和科研功能，“梦想”号上必须有“绝活儿”。
广州海洋地质调查局研究员孙珍介绍，设计建造团队研制了全球首台兼具油气勘探和岩心钻取功能的液压举升钻机，集成四种钻采作业模式和三种取心方式，综合钻探效率、硬岩钻进能力较传统电驱钻机提升40%以上，可实现不同地层和岩体持续钻进取心，最大钻深可达万米。其中，深水无隔水管泥浆循环系统(RMR)也是我国自主研发的骄傲，这种作业方式泥浆不排海，可实现海底零排放，同时降低钻探成本。
登上“梦想”号，宽敞明亮的九大功能实验室令人眼前一亮。为了满足各种大洋科考需求，船上建有总面积超过3000平方米的实验室群，面积比“地球”号提高三分之一，包含地球物理实验室、古地磁实验室、微生物实验室、基础地质实验室、无机地球化学实验室、海洋科学实验室、有机地球化学实验室、天然气水合物实验室和钻探技术实验室。
朱日祥告诉记者，这里配备了世界一流的磁屏蔽室、洁净等级达万级的地质微生物洁净间和全球首套船载岩心自动传输存储系统，可满足多学科综合研究要求，一些实验条件比陆地上的实验室还好。在实验室的流程优化上，岩心出心与实验室被设计在同一传输层，并通过装备实现自动转运。可以说，深钻获得的深海岩心一出水，就可以快速被传送到船上实验室，方便科学家切割、采样、实验，开展研究。为了保证未来船上实验功能的进一步拓展，还专门预留了实验室升级拓展空间和公用系统接口。
“梦想”号还拥有全球规模最大、最先进的科考船综合信息化系统。为了实现智能化，船上建成了全国首个科考船舶数字孪生系统，覆盖全船2万多个监测点，实现全船态势综合感知、钻采作业全过程监测、实验智能协同及船岸一体化，信息化水平国际领先。为了确保智能化的持续领先，“梦想”号还参考顶尖舰船设计，预留了大量的升级接口，以备未来及时优化。
4.有望助推地球系统科学变革
有了“梦想”号，我们能做什么？对此，孙珍回答：“面向重大科技前沿，推动地球系统科学变革是我们的首要目标。”
具体而言，“梦想”号具备万米以下的钻探能力，令科学家看到了“打穿莫霍面，直达上地幔”的希望。届时，随着国家重大科技项目和国际大科学计划的实施，大洋钻探深度不断推进，科学家将能更好地回答地球内部是如何运行、地球生命是如何产生、地球磁场倒转的原因是什么等重要科学问题。目前，深钻是唯一能够进入地球深部获得直接证据的手段，因此，“梦想”号也将助力科学界在多圈层上和多学科上研究范式的变革。
作为大洋钻探科考船，“梦想”号也将服务于国家“双碳”战略和防灾减灾。例如，在二氧化碳海洋地质的碳封存研究方面，以往缺乏技术装备来取得相应的深海样品，如今这艘船具备了相应的采样能力。而在研究地震、海底滑坡等地质灾害历史记录方面，“梦想”号也将发挥重大作用。
“‘梦想’号还能够带动相关装备产业的发展，助力制造强国建设。”孙珍告诉记者，在具体实施科考计划中，科学家们将面临许多诸如高温高压等极端环境的考验，这将推动钻头、钻杆等新材料的研发，加快井口装置设备国产化替代，使得海工装备制造升级，同时也会推动水下信息通信装备的技术进步。
此外，当前新十年阶段的国际大洋钻探计划即将启动。具有国际领先性能的“梦想”号入列，由中国牵头的新一轮国际大洋钻探计划有望由此发起。“梦想”号将为我国自主组织航次提供关键装备保障，将推动我国大洋钻探由参与向主导的跨越式转变。借助“梦想”号先进的科考能力，也将推动我国与其他国际大科学计划的深度合作，促进更多层面的国内外科学交流，为人类共同探索海洋与地球的奥秘贡献中国智慧和中国力量。
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