专访“梦想”号总设计师：如何向11000米深海进发

在我国迈向海洋强国的征程中，“梦想” 号钻探船无疑是一颗闪耀的明星。作为我国自主设计建造的首艘大洋钻探船，它肩负着探索深海奥秘、挖掘地球深部资源的重任，承载着无数科研人员的梦想与期望。其总长 179.8 米、型宽 32.8 米，高 81.2 米，相当于 25 层楼房的高度，配备有最先进的液压举升式钻探系统，最大钻探深度可达 11000 米，这样的超强性能让它在世界大洋钻探领域崭露头角。究竟是什么样的技术与智慧，让 “梦想” 号有望触及地球深部的神秘面纱？今天，我们有幸专访到 “梦想” 号的总设计师，一同揭开背后的故事。一、“梦想” 号：深海探索的国之重器（一）不凡出身：自主研发的艰辛历程“梦想” 号的诞生，绝非一蹴而就，而是我国科研人员多年来砥砺奋进、自主创新的结晶。总设计师回忆道，从 2017年立项筹建开始，就面临着国外技术封锁、无成熟经验可借鉴的困境。为了啃下这块 “硬骨头”，国内集结了 150 多家科研单位，涵盖海洋、地质、船舶等多个领域的顶尖力量，开启了一场艰苦卓绝的攻关之旅。研发团队摒弃了对国外技术的依赖，从零开始，从基本设计到详细设计，再到施工建造，每一个环节都倾注了无数心血。在设计过程中，创新性地提出 “小吨位、多功能、模块化” 理念，突破了新一代液压钻井系统装船及多功能集成、最新一代 30 兆瓦蓄能闭环电网应用等 8 项关键技术，首次完成大洋钻探装备的自主研制，让我国在海洋科技领域实现重大跨越，拥有了完全自主知识产权。（二）超强性能：多项指标世界领先“梦想” 号总长 179.8 米、型宽 32.8 米，排水量 42600 吨，是我国目前吨位最大的科考船之一，续航力达 15000 海里，自持力 120 天，载员 180 人，稳性和结构强度按 16 级超强台风安全要求设计，可在 6 级海况下正常作业，具备全球海域无限航区作业能力，无论在哪个大洋，它都能勇往直前，不惧风浪。其最为耀眼的当属那 11000 米的钻探能力。为了实现这一深度的钻探，“梦想” 号配备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，顶驱举力达到 907 吨，具备 4 种钻探模式和 3 种取心方式，可满足大洋钻探取心和深海大洋矿产资源勘探开发等不同作业需求，综合钻探效率、硬岩钻进能力大幅提升，钻采系统达到国际领先水平。这意味着，它能深入海底，揭开地球深部的神秘面纱，获取珍贵的岩心样本，为科研提供最直接的证据。不仅如此，“梦想” 号还建有全球面积最大、功能最全的船载实验室，总面积超 3000 平方米，涵盖基础地质、古地磁、微生物、天然气水合物等九大实验室，配置全球首套船载岩心自动传输存储系统，可实现岩芯采集、输送到存储的全过程自动化作业。在这里，科研人员如同置身一座 “海上科学城”，能够实时对样品进行分析研究，避免因运输导致样本变化，确保数据的准确性与及时性，为海洋全学科研究提供了坚实保障。二、钻探 11000 米：挑战重重（一）极端环境：高温、高压与复杂海况总设计师提到，钻探 11000 米的深海，首先要面对的就是极端恶劣的环境。随着钻探深度的增加，海底温度急剧上升，每下探 100 米温度就升高约 3℃，到 11000 米深处，温度将高达 300℃以上，这对钻探设备的耐高温性能提出了极高要求。普通材料在这样的高温下极易软化变形，导致设备失效。为了解决这一问题，研发团队选用了特种合金材料，并经过特殊热处理工艺，使其能承受高温考验，确保钻探过程中关键部件的稳定性。高压同样是个棘手难题，深海底部压力巨大，每下潜 10 米就增加约 1 个大气压，11000 米深处压力接近 1100 个大气压，相当于在指甲盖上放置一辆重型卡车。这种高压环境下，钻杆、钻头等设备必须具备超强的抗压强度，否则会瞬间被压扁。为此，“梦想” 号的钻杆采用了高强度合金钢制造，管壁厚度经过精确计算，既能减轻重量又能保证抗压性能；钻头则运用了新型抗压结构设计，有效分散压力，防止损坏。此外，复杂多变的海况也是一大挑战。海上狂风巨浪不断，“梦想” 号要在 6 级海况下正常作业，这意味着它必须拥有出色的稳定性。船体设计采用了先进的耐波性技术，通过优化船型、增加减摇装置等手段，降低海浪对船舶的冲击，确保钻探作业时的平稳。同时，船舶的动力定位系统能实时感知海流、风向变化，自动调整推进器功率，使船只精准地保持在预定位置，误差不超过几米，为钻探提供稳定的作业平台。（二）技术瓶颈：钻杆、钻头与动力难题钻探深度的增加，对钻杆的要求也呈指数级增长。在 11000 米的超长距离下，钻杆需要一节节连接，连接处既要保证高强度，又要实现快速、精准对接，否则稍有偏差就可能导致钻杆断裂或密封不严。总设计师介绍，研发团队研发出了一种新型的钻杆连接技术，采用高精度的螺纹连接和密封结构，配合自动化的连接设备，能在短时间内完成钻杆对接，且连接强度比传统方式提高了 30% 以上，有效解决了钻杆连接的难题。钻头作为直接接触岩石的部件，面临着磨损快、寿命短的困境。深海岩石硬度高、研磨性强，普通钻头钻进几百米就可能报废。为了攻克这一难题，科研人员经过无数次试验，研发出了超硬耐磨的复合钻头，其采用金刚石涂层与硬质合金基体相结合的方式，硬度比传统钻头提高了 2 倍，同时优化了钻头的切削刃三、总设计师解惑：如何攻克难题（一）创新设计：模块化与多功能融合面对诸多难题，“梦想” 号的设计团队提出了 “小吨位、多功能、模块化” 的创新性理念。总设计师解释道，传统的大洋钻探船功能单一，且吨位较大，运营成本高昂。为了改变这一现状，“梦想” 号在设计时充分考虑了多种作业需求的融合。通过模块化设计，将船分为不同的功能模块，如钻探模块、实验室模块、动力模块等，各模块既能独立运作，又可协同配合。在执行不同任务时，只需对相应模块进行调整优化，就可以快速切换作业模式，大大提高了船舶的使用效率。例如，在进行大洋科学钻探时，重点启用钻探模块与相关实验室模块，确保岩心样本的及时分析；而当执行深海油气勘探任务时，则切换到油气勘探专用的钻探模式，配合相应的监测设备，实现资源的精准探测。这种设计理念不仅节省了空间、降低了建造成本，还让 “梦想” 号能够在不同的科研与勘探任务中灵活切换，真正实现了 “一船多用”。（二）顶尖装备：先进钻探与动力定位系统为了实现 11000 米的钻探目标，“梦想” 号配备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。总设计师自豪地说，这台钻机是研发团队与国际顶级油气钻机企业联合研制的成果，顶驱举力达到 907 吨，具备 4 种钻探模式和 3 种取心方式，能够适应不同地质条件与作业需求。4 种钻探模式包括传统隔水管模式、“可燃冰” 专用测试模式、传统无隔水管模式、无隔水管闭式循环模式。传统隔水管模式常用于海洋油气开采，通过隔水管连接海底与钻探船，保障钻井液循环，提高安全性与效率；“可燃冰” 专用测试模式则针对天然气水合物这一新型能源，采用轻型隔水管系统，降低钻探成本，满足其特殊的开采需求；传统无隔水管模式下，钻杆直接暴露在海水中，适用于大洋钻探，借助特殊泥浆实现冷却、润滑钻头与携带岩屑等功能；无隔水管闭式循环模式不仅遵循绿色勘查理念，还通过配置专门的泥浆循环管线，将泥浆抽回船上过滤处理后循环利用，既保护海洋环境又降低成本。3 种取心方式分别是提钻取心、绳索取心、气举反循环取心。提钻取心最为直接，将整根钻杆提出钻孔取出岩心；绳索取心则利用钢丝绳从钻杆内取心，无需拉出整个钻杆，省力又省时，尤其适合深部钻探；气举反循环取心通过往上部钻杆注入空气，利用液体密度差带动下部钻井液和岩心返回地面，能够在复杂地层条件下有效获取岩心样本。这些钻探模式与取心方式相互配合，为深入地球深部获取珍贵样本提供了强有力的技术支撑。同时，“梦想” 号还搭载了 DP - 3 级动力定位系统，这是船舶在恶劣海况下稳定作业的关键保障。总设计师介绍，该系统的传感器、位置参考系统和控制器均采用冗余设计，动力和辅助系统分布在三个防火分隔区域，任何单个舱室动力系统故障，其他舱室仍能正常工作，确保船舶定位的可靠性。在实际运行中，计算机通过控制安装在船舶底部的 7 台推进器的转向和推力大小，实时对抗风、浪、流等外部作用力，使船体位置和船头朝向保持稳定，误差控制在极小范围内。“梦想” 号安装了 6 套位置参考系统，基于卫星和声呐原理，包括 3 套差分全球卫星定位系统、1 套北斗卫星定位系统、2 套超短基线声呐定位系统，所有系统位置测量精度均达到分米级别，且不受作业区域影响，为动力定位系统提供精准的位置信息，保障钻探作业平稳进行。（三）精细管理：重量重心与施工建造管控在 “梦想” 号的设计与建造过程中，重量重心的把控至关重要。总设计师强调，从项目启动之初，就明确了走国内独立自主的研制路线，从基本设计到详细设计、施工建造，每个环节都将重量重心控制贯穿其中。在设计阶段，开展多方案优化论证，对设备选型、结构布局进行精细调整，确保重量合理分配；详细设计时，针对设备重量、结构重量、舾装件等进行严格核算与控制；生产设计阶段，进一步优化管系和电缆走向，避免不必要的重量增加。在施工建造环节，更是严格要求按图施工，建立了重量重心管理和预警机制，进行重量重心月度报告，实时跟踪监控。通过这些精细化管理措施，“梦想” 号实船空船重量比设计值降低了 1%，重心高度降低了 2%，重心纵向和横向位置偏差控制在千分之二以内，圆满实现了总体性能和可变载荷指标，为安全、高效钻探提供了坚实基础。四、未来展望：“梦想” 号的使命担当（一）探索莫霍面：揭开地球深部奥秘总设计师满怀憧憬地谈到，“梦想” 号未来最重要的使命之一，便是探索莫霍面。莫霍面是地壳与地幔的分界面，就如同鸡蛋壳与蛋清之间的那层薄膜，它隐藏着地球内部结构、地壳均衡状态以及火山地震等地壳活动的关键信息。从上世纪初起，科学家们就深知莫霍面研究的重大意义，然而，由于极端的钻探条件和技术瓶颈，人类始终未能成功触及这一神秘层面。“梦想” 号的出现，让这一梦想曙光初现。其 11000 米的钻探能力，让在海上钻探至莫霍面成为可能。从海面到莫霍面，钻深距离在 7500 到 11000 米之间，“梦想” 号在钻位选择上拥有更大的灵活性。一旦成功钻探到莫霍面，获取的岩心样本将如同地球深部的 “密码本”，科学家们可以借此解读地球内部的物质组成、热流传递、板块运动机制等奥秘，推动地球物理学、地质学等基础学科实现飞跃式发展，为人类认识地球家园开启全新篇章。（二）能源开发：助力国家战略需求在能源领域，“梦想” 号同样肩负重任。总设计师介绍，随着陆地油气资源逐渐枯竭，深海油气和天然气水合物成为各国竞相争夺的战略资源。“梦想” 号可在深海油气勘探中大显身手，凭借其先进的钻探系统，能够精准定位深海油气储层，获取关键地质数据，为后续的开采提供科学依据，助力我国油气资源的增储上产，减少对进口油气的依赖，保障国家能源安全。天然气水合物，这一被誉为 “未来能源之星” 的物质，被认为是继石油和天然气之后的主要替代能源，其储量约为石油、煤炭、天然气总和的两倍，全球 90% 的海洋和 30% 的陆地之下都可能蕴藏着这种清洁能源。“梦想” 号能够执行天然气水合物的勘查试采任务，通过钻探获取样本，研究其赋存状态、开采特性，为实现天然气水合物的商业化开采奠定基础，为我国能源结构的优化升级注入强大动力，在应对全球气候变化、实现碳达峰碳中和目标的征程中发挥关键作用。驶向深海的希望之光通过对 “梦想” 号总设计师的专访，我们深切感受到这艘钻探船背后凝聚的智慧与汗水。从克服重重技术难关，到实现多项世界领先的创新突破，“梦想” 号承载着中国海洋科技的雄心壮志，向着 11000 米深地乃至更深的未知奋勇前行。它不仅为我国深海资源勘探、地球科学研究注入强大动力，更为全球海洋探索开辟新路径。在未来，随着 “梦想” 号的持续远航，我们有理由相信，人类对地球深部奥秘的探索将不断刷新纪录，深海的宝藏将为人类的可持续发展贡献无尽力量，中国也将在海洋强国之路上越走越稳，书写更加辉煌的篇章。