#中国科学院# 【中科院力量让“奋斗者”号从国产到“国创”】11月28日,刚刚完成万米深潜在马里亚纳海沟成功坐底的“奋斗者”号潜水器胜利返航。10909米是它创造的中国载人深潜新纪录。我国也成为世界上第二个实现万米载人深潜的国家。

在此之前,世界上最先进的全海深潜水器是2019年5月完成万米下潜的美国“极限因子”号,载人舱可搭载2人。“奋斗者”号却搭载了3名潜航员。要实现这一目标,原有技术已不适用,只能超越“极限”,发展创新技术。

“以前我们讲国产化,还是在追赶别人,现在已经不仅是国产,而是国创了。”中科院金属研究所(以下简称金属所)研究员、全海深载人潜水器载人舱项目负责人杨锐告诉《中国科学报》。

实际上,“奋斗者”号这个大国重器全身上下都是打破记录的“国创”技术。

载人舱球壳“钛”厉害

要想搭载3名潜航员,球形载人舱的直径就必须加大。相应的,其体积也会大大增加,对材料的强度和韧性提出更高要求。而这一要求已然超出传统钛合金材料的极限。

“所有载人舱过去30年用的都是Ti64,但我们必须研发新的合金。”杨锐说。

研发30年无人突破的金属材料,其难度可想而知。这项向“无人区”进军的重任落到了金属所的肩上。为国家重大工程开发所需要的金属材料,可以说是金属所的强项。从1953年成立至今,金属所的科学家们已经为国家若干重大工程提供了关键材料。

“蛟龙号”成功下潜之后,2014年,在中科院战略性先导专项支持下,金属所开始了更大深度潜水器的关键技术调研论证和预先研究,基于在钛合金方面长期的研究经验,他们发明了一种新型钛合金——Ti62A,在韧性和可焊性与Ti64合金相当的前提下大幅度提升了强度,从而成功解决了载人舱球壳的材料难题。

突破了材料关,下一步就是加工成型。钛合金材料存在固有的“尺寸效应”,即尺寸和厚度越大,其均匀性和力学性能稳定越难以保证。金属所通过设计材料微观组织及其获取工艺,成功克服了钛合金的“尺寸效应”。合作伙伴宝钛股份全力以赴,制备出高品质铸锭、高质量板材和高精度半球,创造了国内钛合金铸锭重量、板材厚度等多项纪录。

眼见着离成功越来越近,最后一道焊接难关却始终难以突破。载人球舱由两个半球焊接,实现超大尺寸与厚度材料的全电子束一次焊接,是一道几乎难以逾越的障碍。但若不克服这一障碍,则前功尽弃。

此时,金属所独辟蹊径,提出了一些新的焊接思路。中国船舶洛阳船舶材料所勇于创新,突破了一系列焊接成形技术,实现载人球舱全电子束焊接,确保了焊缝质量和强韧性能全面达到设计要求。

就这样,这支由金属所牵头、多家企业和研究机构组建全海深钛合金载人舱研制“国家队”连克材料、成形、焊接三大“拦路虎”。

杨锐表示,最早在启动万米载人深潜计划时,载人舱是最大的限定因素,而现在,通过项目组成员的努力,提前5年完成任务,体现了我国集中力量办大事的制度优势。

浮力材料保证“下得去、上得来”

载人舱保证了“奋斗者”号能安全下去,固体浮力材料则要使其还能安全上浮。

潜水器要想上来有两种方式,一种是消耗能源动力,另一种是无动力上浮技术。前者浪费宝贵的能源,会缩短潜水器工作半径和时间,后者则需要用到固体浮力材料。

固体浮力材料不仅能保证潜水器安全上浮,还直接关系到潜水器与潜航员的安全,但由于其制备技术难度大,世界上只有少数发达国家掌握核心技术。

在中国载人深潜的发展历程中,2017年下潜到4500米的“深海勇士”号第一次使用了由中科院理化技术研究所提供的国产固体浮力材料。这一次,理化所的高性能国产固体浮力材料不仅挑战万米成功,还创造了10909米的我国载人深潜新纪录。

“深潜器下到万米,工作环境有很大变化,这就要求材料更轻更强,既要密度低又要耐高水压,但是这个深度没有可借鉴的文献资料和使用经验,材料研制过程中很多挑战,有些材料甚至达到极限。”中科院理化所研究员、“奋斗者”号浮力材料负责人张敬杰坦言:“虽然压力很大,但事关生命安全,我们决不能退缩!”

张敬杰团队从2006年开始研究固体浮力材料,在多年技术积累的基础上,他们采用自主知识产权的软化学制备技术,短时间内研制出了固体浮力材料核心原材料高强空心玻璃微球,进而利用致密填充堆积技术结合轻质高强树脂基材,制备出了具有高安全系数的万米级固体浮力材料并进行了批量化生产。

“理化所在北京,负责材料测试的深海所在三亚,粘结加工、装配在湖北和江苏,为了做固体浮力材料,我们跑了大半个中国。”张敬杰笑称,正是团队的集体努力使得固体浮力材料在时间节点内顺利交付,且性能比同类产品有很大提升,不仅实现了万米深潜,还能多次往返,质量可靠。

声学系统“海底捞针”

“奋斗者”号坐底后与母船“探索一号”之间相距万米,如何通信?实际上,水声通信是沟通的唯一桥梁,可以实现潜水器从万米海底至海面母船的文字、语音及图像的实时传输。

声学系统还实现了探测、定位、导航等功能,是“奋斗者”号的重要组成部分。中国科学院声学研究所高级工程师、“奋斗者”号声学系统主任设计师刘烨瑶表示,相较于前两代的“蛟龙”号与“深海勇士”号载人潜水器,“奋斗者”号的声学系统实现了完全国产化,突破了全海深难关,技术指标更高,为“奋斗者”号全海深范围内的持续巡航作业提供了可靠的技术保障。

在11月16日的下潜作业中,借助组合导航系统和声纳设备,“奋斗者”号潜航员仅用了半小时便成功取回了此前布放在万米海底的3个水下取样器,成功实现“海底捞针”,并通过水声通信机将取样画面回传至母船。

“奋斗者”号声学系统包括全海深水声通信机、地形地貌探测声纳、多波束前视声纳、多普勒测速仪、避碰声纳的自主研发以及定位声纳和惯性导航设备的系统集成。

刘烨瑶先后参与并完成了多次下潜任务,他表示,从4500米到万米,技术难度加大很多。例如,声纳设备都有换能器,其作用声电能量转换,也就是声纳的“天线”,它由金属和非金属组成,因此在高压下耐压设计更有难度。

“但奋斗者号水声通信指标没有下降,这得益于团队多年来的研究积累和经验传承,核心骨干成员连续完成‘蛟龙’号、‘深海勇士’号、‘奋斗者’号声学系统设备研发,积累了很多经验。”刘烨瑶说。

机械手精准作业

“奋斗者”号多次在马里亚纳海沟完成深潜作业,获取了大量生物、地质等深渊海底样品,离不开机械手。这是中科院沈阳自动化所的杰作。

据悉,机械手具有7个关节,可实现6自由度运动控制,持重能力超过60公斤,能够覆盖采样篮及前部作业区域,具有强大的作业能力。机械手还突破了超高压密封技术及超高压油液环境驱动与控制等技术,在深渊海底顺利完成了岩石、生物抓取及沉积物取样器操作等精准作业任务,是我国首次将全海深液压机械手应用于万米作业。

此外,中科院沈阳自动化所还自主研制了“奋斗者”号的智能化控制系统和电动观测云台。这套智能系统解决了深渊复杂环境下大惯量载体多自由度航行操控、系统安全可靠运行等技术难题,实现了在线智能故障诊断、容错控制以及海底自主避碰等功能,提高了潜水器的智能程度和安全性,并采用基于神经网络优化的算法实现了大惯量载体贴海底自动匹配地形巡航、定点航行及悬停定位等高精度控制功能,其中,水平面和垂直面航行控制性能指标,达到国际先进水平。

“奋斗者”号万米机械手项目负责人张奇峰表示,随着我国深海科考进入万米时代,对深海技术装备提出了更高的要求,只有坚持自主创新,才能在关键部件研发上持续取得进展。

超高压模拟没“拟”不行

不管是载人舱还是声学系统,所有这些材料和设备要实现万米深潜万无一失,必须进行充分的先期测试。这一重任落在了“奋斗者”号业主单位——中国科学院深海科学与工程研究所(以下简称深海所)身上。

在国家重点研发计划“深海关键技术与装备”重点专项支持下,深海所联合四川航空工业川西机器有限责任公司、中船集团702所等单位,建成了国际上容积与工作压力组合技术指标最高的超大型深海超高压模拟试验装置,及时保障了“奋斗者”号钛合金载人舱、固体浮力材料等核心部件压力测试工作的顺利完成。

杨锐表示,金属球壳不能拆分进行压力测试,其挑战之大在国内史无前例的,深海所付出了巨大努力。

张敬杰亦表示,深海所团队对几千块块状浮力材料逐一进行了压力测试,这才确保了万米环境下的安全稳妥。

全海深载人深潜试验是一项复杂的系统工程,为保证海试工作流程顺畅,协调高效,安全实施,深海所团结和协调多方力量,建立了安全高效的海试领导、组织、实施体系,并形成了“只有岗位、没有单位”的跨系统、跨单位、跨部门团结协作氛围。如今,“只有岗位、没有单位”的理念已经深入人心。

“一旦形成队伍,必须坚持‘只有岗位、没有单位’的出海文化,这么我们多年合作的默契,也是最为行之有效的方法。”深海所党委副书记、副所长阳宁告诉《中国科学报》。https://t.cn/A6GrQZqX@中科院之声

因为一只蚊子,某同学在大声尖叫之下,猛滴关住了一直里面能关、外面关不了的卫生间门。
锁是坏的,相当于反锁了。
蚊子被锁进了卫生间,我们被关在卫生间外,进不去。
开完家长会正在气头上,我的第一反应是:砸玻璃。额还是太暴力了,不符合我的气质,叫开锁的吧!也不行,这么晚了只有娘俩在家,不安全。
老师说,成绩出来家长一定要淡定。嗯,要淡定,淡定。打电话给她爹,钥匙在哪里?
20年前的钥匙,能记得放在哪里已经算不错了。球形锁只有两把,偏偏要找的找不到,只找到了另一把的钥匙,好捉弄人。
她爹速度赶回,以为盼来了奥特曼,打个小怪兽不在话下。没想到也是来硬的,咚咚咚撬了半天,还敲破了玻璃。
淡定…淡定…门打开了就好,至少今晚能吹头发明早能涂抹脸了。
蚊子,你还好吗?我来救你了![笑cry]

【打造全国最干净城市!生活在无锡真幸福】
为进一步改善无锡人居环境质量

增强广大市民的获得感、幸福感

无锡市将聚焦“美丽无锡”

建设的目标任务

谋划推动一系列综合性整治行动

着力提升城市管理的精细化水平

全力打造

“最干净城市”

一个整洁、优美、有序的城市环境

是市民们的共同理想。

提升城市环境面貌,

不仅是重要的民生工程,

也是城市发展的基础性工程。

今年以来,

惠山区城市管理工作不断推进,

环顾四周,

我们可以发现,

道路更有“气质”了,

公园更有“颜值”了,

停车场更有“内涵”了

百姓的获得感、幸福感、安全感不断增强!

惠山大道二期改造项目

  惠山大道为贯穿惠山新城南北的一条主干道。本次改造路段为政和大道——堰新路段,包含道路两侧规划绿线、道路中分带、侧分带,设计面积约5.7万平方米。项目设计主题为“七彩惠山路,多彩‘慧’生活”,利用地形、植物、景观小品等,营造丰富的空间类型,承载市民活动,形成多彩的空间体验,为惠山大道空间“营彩”;通过对植物品种选择与搭配,形成季相变化丰富、层次鲜明的植物景观,提升场地本身的色彩基底,为惠山大道植物“铺彩”;利用精致化的景观细部设计,提升场地的舒适感与宜人性,通过细节设计,为惠山大道细部“添彩”。惠山大道二期改造工程以“两带”“多点共生”,形成点、线、面相结合的绿化空间。两带即以道路两侧慢行系统构成色彩绚丽的景观带,营造亲切宜人、绿色生态的植物景观廊道;多点共生即结合设计色彩主题,以道路交叉口、路旁休憩空间等节点,形成宜人的展示、休憩空间。本次改造还融入了海绵设计理念,通过透水铺装及下凹绿地等设计手法,提高铺装透水能力及绿化蓄水能力,减少雨水地表径流,减轻城市管线排水压力。

惠洲大道

  惠洲大道、堰玉路交叉口景观设计项目位于前洲街道,该路口西北角为冯其庸学术馆,南区为大片民宅,设计总面积约15800平方米。项目投资估算约1500万元,设计主题定位为“文化前洲”,通过对规划的解读、地域文化的理解,设计整体采用新中式造景手法,营造江南园林气息。绿化运用精致中式组团配上大片背景林来呼应锦绣园中式精致造景手法,凸显江南园林韵味。广场中曲折的线条石凳则体现出惠山新城的现代科技感。路口四周统一设计风格,沿用西北侧冯其庸学术馆的折线线型,突出城市现代气息。交叉口东北角广场铺装依旧采用折线线条营造现代科技感,设置树池坐凳供游人休憩,后方用临时绿植墙进行遮挡。交叉口西南角和东南角用精致的中式绿化组团搭配毛石矮墙营造江南园林氛围,并且对南片区的现状建筑进行中式围墙美化遮挡。建成后将成为生活、综合商业、文化一体化中心,让行人“走得过去、歇得下来”的“口袋公园”。

无锡西道口提升项目

  无锡西道口周边景观绿化提升包括无锡西高速出入口周边及出入口与盛岸路连接段两侧的绿化提升改造。无锡西高速出入口周边面积约57490平方米。盛岸西路景观绿化提升项目位于钱桥街道盛岸西路沿线,起点于新业路,终点为茯苓桥,道路全长约1100米,投入1300多万元。在有条件的区域内打造线性公园,并以钱桥特色产业和历史人文串联重要景观和节点,全面提升无锡西门户的迎宾景观面。

软件园口袋公园

  软件园街景公园位于探索路以南、惠山大道以东,涉及面积约8000平方米,本次改造保留其沿河绿带的空间结构及大乔木,对铺装进行出新,对林下拥堵杂乱的灌木进行梳理,增加草坪、草花等地被,使林下空间清爽通透,增加座椅、垃圾桶等城市家具,为周边市民增加散步休闲的好去处。目前,开发区对惠山新城进行了口袋公园的布点研究,并对一期堰新路、华惠路、吴韵路、惠源路(东侧、西侧两个)、智慧路、欣惠路和堰玉路等8个点结合城市慢行系统进行了口袋公园方案设计,围绕“温暖、开放、便捷、融合”等理念,为新城提供都市人群触手可及的绿地、可随时自由出入的公共空间,以及契合现代化气质的文化内涵。通过重新定义公园和城市的关系,重建人与社区的关系,为居民提供片刻远离城市喧嚣的机会,在百姓身边“见缝插绿”,完善城市绿地系统,用新的设计语言诠释和满足现代都市生活方式的需求。

惠联生态园

  惠联生态园作为与市蓝藻藻泥、工业污泥、餐厨垃圾处置等生态环境治理工程配套的生态环境整治项目,拟结合花园式工厂建设理念,对厂区周边实施环境整治、绿化景观提升,打造市级城市公园和郊野生态湿地,为周边群众提供一个环境优美、生态良好的休憩场所。惠联生态园位于惠山新城西部,总面积53.1416 公顷。项目投资估算约7400万元,该项目按功能划分为综合展示区、滨水漫步区、人文休闲区以及净化修复区,各功能区以独特的景观设计突出主题,将建设成集生态防护、运动健身、环保科普为一体的生态郊野型城市公园绿地,同时加入惠山区门户节点设计,将功能性、景观性、展示性、生态性融于一体。目前方案已论证审批,5月完成了施工招标,正式启动全面施工,计划年内完成综合展示区、滨水漫步区、人文休闲区三个区的建设,飞灰填埋净化修复区预计2021年上半年完工。

谢印河湿地公园

  谢印河生态环境整治景观绿化项目位于谢印河河滨,项目投资总额8000万元,占地面积约为10万平方米,总景观面积99292.5平方米,配套用房建筑占地面积3194.5平方米,已启动部分景观面积82008.5平方米,整体绿地率61.8%。设计旨在将城市功能与当地文化特色进行融合,打造具有场所精神的现代生活空间。通过地形塑造、空间围合以及特色职务组合搭配,打造江南滨水“拾印十二景”。目前完成项目总进度的70%。

铜亭广场

  铜亭广场,以铜亭命名,缘于广场中间屹立着一只八角铜亭,用28吨锡青铜铸成。2020年,玉祁街道对铜亭广场进行了绿化、亮化提升改造,通过绿化苗木种植、硬件配套建设、健身设施更新等措施性项目,至今累计投入105.3万元,改造提升后的铜亭广场焕然一新。广场原有的休憩、运动、锻炼场地得到了整合归类,明确了健康知识普及区、群众集体锻炼场地、休息场所等功能分区。针对步道各路段不同的空间环境,设计相对应的绿化景观主题;将步道打造成多段落、多层次、多色彩的漫步空间,有效提升了公园的绿化景观效果,树碧草绿花红,空气清新怡人。与广场毗邻的文昌公园公厕又称城市驿站,该公厕为花园式一类公厕,建筑面积158.8平方米,总投资235.8万元,整个公厕与文昌公园内整体古典风格融为一体,四周绿植环绕。公厕安装了新风系统、中央空调、监控系统和智能管理系统,休憩区整齐地放置着桌椅、茶几和绿植,让人倍感温馨。

欣惠路智慧停车项目

  欣惠路东总长约974米,道路总宽20米,其中机动车道宽14米,道路两侧非机动车道各3米,地处惠山新城中心商务区。本次改造在沿道路南侧机动车道边设置6m×2.5m机动车停车位70个。在停车位内侧,非机动车道边缘处安装半球形视频泊位检测器,采用视频智能识别停车检测车位状态,实现城市停车智能化管理;建立车位诱导系统,通过多级停车信息诱导显示屏实时发布车位占用信息,车主通过手机APP自主进行网上查询和预定车位,减少车主迂回寻位停车对动态交通造成的影响,为市民出行提供优质便捷的停车服务;使用支付宝、微信等多种简便快捷的缴费方式,减少停车缴费给车主带来的不便,同时有效降低车位占用时间,促进交通畅顺;提供手机APP、微信平台通知和自助查询服务,方便车主随时了解自身车辆停车位置、停车时间、停车费用等各类相关信息,全方面提升停车服务管理功能。

明都停车场

  明都大厦位于惠山大道88号,东临振兴路,西临惠山大道,在天一路和天丰路之间。周边建有天一公馆、万科等大型居住小区和明发商业广场、奥迪奥骐汽车销售服务有限公司、国慧商务广场等商务楼,以及区行政服务中心等政府单位。该区域周围绿化带和道路经常被机动车和非机动车占用,严重影响市容市貌。为规范停车秩序,提升整体形象,堰桥街道和相关企业统一规划,投入资金约200万元,于2019年11月开工,对范围内两块停车场地共计9000多平方米进行了全面改造,设置机动车位385个、非机动车位150个,并于2020年7月开始试运行。改造后的停车场采用停车智能设备,支持支付宝、微信等缴费,实现了无人值守、无感支付;采用语音导航,实时将剩余车位上传至市城管平台,提高了管理的简便性,完全改变了明都大厦周边的停车秩序,为附近商户提供了便利,大大提升了西漳片区整体形象。

公园路龙镇路背街小巷治理项目

  公园路、龙镇路位于洛社镇镇中公园旁,人民路、中兴路交汇,位于老镇区核心区,商店林立。店牌破损、立面脏污、摊位混乱,是洛社老镇最为混乱之地,被列为2019年度重点整治区域。龙镇路、公园路改造提升项目自2019年10月招投标,11月启动施工,总计投入约390万元。通过设置机动车、非机动车阻隔,规范步行街道路秩序。沿线商家店铺门头店招出新,店招统一中国风风格样式,营造步行街文化氛围。

扮靓无锡,我们一直在努力,

无锡的“颜值”也不断在提升。

生活因城市的改变而精彩,

人们因生活的精彩而幸福!

(来源:无锡发布 编辑:依依)


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