创6项纪录！上海交大自研深海重载作业采矿车海试水深突破4000米

5次探采取“宝”，着底4102.8米，创6项纪录打破国际垄断，成功取回200多公斤深海多金属结壳与结核。近日，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”，在成功完成深海试验航次后，搭乘“向阳红03”号科考船顺利返回厦门，海试取得圆满成功。

此次海试的成功标志了我国深海重载作业装备的创新研发取得突破性进展，为推动我国深海采矿战略性新兴产业的培育和发展提供了重要支撑。

十年海下“开拓”路

“我国目前拥有5块国际海底矿区专属勘探权和开采优先权，总面积达23.5万km2，相当于3个渤海”，海试首席科学家、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，这些海底矿区蕴藏着丰富的多金属结核、富钴结壳和多金属硫化物等矿产资源，富含铜、钴、镍、锰等重要关键材料，应用价值极高。“仅太平洋海底就含约30亿吨钴，相当于陆地储量的3000倍”。

作为典型深海高科技产业，仅仅勘探到是远远不够的，能够实现深海矿产资源的有效开发才是杨建民团队要走的路。

“2013年，国外深海采矿装备研发早已经达到了一定水平，但是在国内相关研发还没有完全起步，当时我就觉得在深海探采这方面，中国需要填补空白。” 从最初的一个设想，到蔚蓝大海的海试，“开拓”系列深海采矿车首席科学家杨建民带领团队一干就是十年，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”。

然而，深海采矿并不是件容易的事，高压、黑暗、深陷、打滑、爬坡、扬尘等等都成为杨建民团队必须面对和解决的难题。“海底地形崎岖，海况条件比较复杂，海底采矿装备不仅需要来去自如，还要具备开采和收集能力，并且能有效地回收，这其中的每一个环节，都要经过海试的考验。”他说道。

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也表示，在这次海试过程中，交大师生三代“船海人”通过多学科合作突破了一个又一个难题。“开拓二号”也很“争气”，在海底多金属结壳与结核矿区，连续成功完成了5次下潜，最深到达了4102.8米的海底，这是国内深海重载作业采矿车首次在4000米以深海底开展深海矿产资源试开采试验。

此外，“开拓二号”还展现出了强大的海底矿岩钻进与采集能力，对紧密附着在坚硬矿岩上的多金属结壳、浅埋于稀软深海沉积物中的多金属结核等不同类型海底矿物进行了高效开采收集，成功获得了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。

值得一提的是，赵国成作为团队的新兴力量，从十年前的一名上海交大船舶海洋与建筑工程学院研究生，“摇身一变”成了这次海试的青年骨干教师。“从实验室里几米水深的水槽测试到这次数千米水深的深海海底采矿作业，我获得了一段十分宝贵的学习和锻炼经历。这次海试成果让我们很振奋，我更加笃定深海采矿将会是我未来的研究方向。”他激动地说道。

6个“突破”立标杆

2021年，深海采矿车“开拓一号”成功实现了1305米深海试验。现在，新一代的深海重载作业采矿车“开拓二号”，集成了采矿车主体、大承载光电复合脐带缆和重载布放回收绞车等多项先进装备，重量约14.0吨，设计作业水深6000米。“开拓二号”不仅具备开采深海多金属结壳、多金属结核和深海硫化物等多种类型矿产的能力，而且能够在坡度超过30度的陡峭海山和高粘性稀软沉积物堆积的海底“滩涂”中自如行进、爬坡和原地回转。

同时，研发团队还首创开发了自主感知和智能控制技术，使采矿车能够根据海底地形实时调整履带方向和状态，无需人工操控，就能适应海底复杂地形的行走需求。青岛海洋地质研究所深海地质与矿产室副主任黄威表示，“开拓二号”在高效采集深海多金属结壳矿石方面表现也非常出色，其切削能力能够迅速将结壳与基岩分离，并将矿石高效吸入集矿箱。

“开拓二号”的爬坡和避障能力使其能够在复杂地形中实现多方向作业，大幅提高了结壳矿区的覆盖范围和矿石的采收率。在深海采矿车布放与回收这一技术难题上，“开拓二号”在连续5天的6级风和4级海况条件下，成功完成了多次深海布放、海底作业与提升回收任务，充分验证了其装备的安全性和可靠性。

据团队介绍，“开拓二号”的研发，共实现了国内同类研究的6个“突破”：首次实现深海重载作业采矿车布放作业水深突破4000米大关，达到4102.8米；首创深海复杂海底地形高机动行进技术，实现30度以上陡峭海山、深海稀软沉积物等各种复杂海底地形的安全、稳定行进；首创深海多矿类复合钻采技术，实现对多金属结壳、多金属结核等不同类型矿石高效开采与收集；首创深水重载作业智能精细控制技术，形成作业路径智能规划、跟踪与避障能力，实现深水厘米级精准定位；首创非金属缆深海重载布放回收技术，实现4100米水深重载装备布放回收；创新深海环境扰动监测评估技术，采矿车还搭载了环境监测系统，对海底羽状流生成扩散、水下作业噪声等环境影响情况进行了全面监测与评估，为我国深海矿产资源勘探与绿色环保开采提供了珍贵的一手材料和数据。

“海洋强国”需合力

随着新兴行业对稀有金属需求的激增，合理开发深海矿产资源已成为推动社会、资源、科技和经济可持续发展的关键。预计在未来10至15年内，深海矿产资源的开发将实现重大突破，并逐步进入商业化阶段。

上海作为海洋工程装备科技创新的重要中心，拥有全国唯一的船舶海工研发、制造、验证试验和港机建造能力，形成了完整的产业链和显著的产业基础优势。这里汇聚了一批专注于深海资源开采的科研创新力量，研发实力雄厚。

多年来，上海交通大学的深海采矿装备研发团队致力于“海洋强国”战略，深耕于深海矿产资源开发技术和装备研发，为我国海底矿产资源开发的技术进步提供了有力支持。

2019年，该团队获批建设教育部深海重载作业装备集成攻关大平台。2021年，又在上海长兴海洋实验室获批成立新型研发机构，以高端海洋装备研发为核心，构建了准工业化实验室，重点开展“深海装备与资源开发”等四大研究方向的关键技术研究。“开拓”系列采矿车的成功研发，将为上海长兴海洋实验室成为我国深海采矿技术的重要研究基地提供强大动力。

据悉，上海市发改委也在近年来布局了一批重大科研项目，支持优势研发单位开展深海资源开采关键核心技术攻关，加快形成具有自主知识产权的创新成果，抢占未来经济和科技发展制高点，使上海在国家海洋强国重大战略中发挥更大作用。

原标题：《创6项纪录！上海交大自研深海重载作业采矿车海试水深突破4000米》

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