海底“挖土豆”神器

雷浩

同學(xué)們，你們挖過(guò)土豆嗎？圓滾滾的土豆長(zhǎng)在地下，挖土豆時(shí)先澆水浸濕土壤，再用鏟子小心翼翼地把土豆挖出來(lái)，盡量不要把土豆挖爛，然后嘛，土豆挖出來(lái)了，就可以準(zhǔn)備各種土豆美食了。

如果我告訴你們，海底也有天然“土豆”，你們會(huì)不會(huì)很吃驚？這些“土豆”要更硬，不怕磕碰；它們富含銅、鈷、鎳、錳、鐵等多種元素，“營(yíng)養(yǎng)價(jià)值”要更高，可謂“海底寶藏”。它們分布在海底的一片片區(qū)域，就像土豆長(zhǎng)在田里一樣。海底的“土豆”大的直徑有25厘米，像籃球那么大；小的直徑只有0.5厘米，像黃豆那么小。因?yàn)殚L(zhǎng)在海底，所以它們周圍的“土質(zhì)”非常松軟，挖它們就省掉了弄松土壤這一道工序。你們是不是已經(jīng)躍躍欲試，想要去海底挖寶藏啦！

等等，先別急。其實(shí)，這種天然“土豆”叫錳結(jié)核，它們“長(zhǎng)”在海底深處，例如南海海底1300米處。這么深，難道要乘坐潛水艇去挖錳結(jié)核嗎？

不不不，科學(xué)家已經(jīng)想好辦法了，那就是使用無(wú)人深海采礦車。這種采礦車既像坦克，又像推土機(jī)，前端裝了一個(gè)大型“吸塵器”。深海采礦車被放到海底后，它首先用“吸塵器”把深埋海底的錳結(jié)核吸進(jìn)車?yán)?，然后?chǔ)存在集礦艙里，最后通過(guò)管道傳送到海面的采礦船上。深海采礦車在海底邊走邊吸，哪里錳結(jié)核多就往哪里去，它不僅能自動(dòng)規(guī)避海底障礙物，還能在無(wú)人操作的狀態(tài)下按照預(yù)定軌跡行駛，作業(yè)結(jié)束后再慢悠悠地浮到海面，回到采礦船上。是不是很神奇呢？

但其實(shí)深海采礦車在研發(fā)和應(yīng)用中遇到了很多難題。

一是深海采礦車與采礦船不能失去聯(lián)系。深海采礦車所需的動(dòng)力電、通信信號(hào)都需要線纜傳輸。隨著深海采礦車進(jìn)入幾千米深的海底，線纜長(zhǎng)度需要萬(wàn)米以上。

二是深海采礦車面臨著深海壓力和海水腐蝕的雙重考驗(yàn)。

三是深海環(huán)境復(fù)雜。海底凹凸不平，又很松軟，而深海采礦車稍不注意就會(huì)打滑、下陷，甚至掉下陡坡。

另外，由于海水的阻隔，深海采礦車使用衛(wèi)星定位系統(tǒng)也非常困難。這種幾噸到幾十噸重的大家伙一旦在海底出了狀況，救援難度可想而知。

我國(guó)自主開(kāi)發(fā)深海采礦車經(jīng)歷了實(shí)驗(yàn)室研究、湖底測(cè)試和海底測(cè)試三個(gè)階段。

20世紀(jì)90年代中期，第一代采礦車的實(shí)驗(yàn)室樣機(jī)誕生了，它是個(gè)8噸重的大家伙，4米長(zhǎng)，3米寬，2米高，每秒行進(jìn)1米，能爬上15°的坡，越過(guò)高度0.5米的障礙物，跨過(guò)寬1米的溝，轉(zhuǎn)彎半徑15米。這些參數(shù)在當(dāng)時(shí)世界范圍內(nèi)的實(shí)驗(yàn)室樣機(jī)中是很先進(jìn)的，但它也有一些設(shè)計(jì)缺陷，例如線纜經(jīng)常纏在一起，過(guò)于依賴視覺(jué)操縱等。

2001年，采礦車的研發(fā)進(jìn)入湖底測(cè)試階段，這時(shí)的采礦車變成了一個(gè)30噸的巨型機(jī)械，經(jīng)過(guò)在云南撫仙湖湖底130米深度的測(cè)試，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)采礦車既不好控制，又容易陷住，作業(yè)效率不理想。

2018年，“鯤龍500”海底采礦車在我國(guó)南海500米深度成功完成測(cè)試。它的大小、重量和一代機(jī)差不多，攻克了海底稀軟底質(zhì)上行駛、海底綜合導(dǎo)航定位等關(guān)鍵技術(shù)難關(guān)，甚至在海底走出了一個(gè)單邊長(zhǎng)度為120米的“中國(guó)星”圖案。

2021年4月，上海交通大學(xué)海洋工程團(tuán)隊(duì)研制的深海重載作業(yè)采礦車樣機(jī)，完成了1300米深度的海底智能行進(jìn)與路徑跟蹤、海上布放回收等一系列試驗(yàn)。新型采礦車轉(zhuǎn)彎半徑只有5米，實(shí)時(shí)行進(jìn)軌跡與事先規(guī)劃的S形目標(biāo)路徑高度吻合，最大誤差僅0.4米。

我們期待著國(guó)產(chǎn)深海采礦車早日實(shí)現(xiàn)商用，真正成為打開(kāi)海洋礦產(chǎn)寶庫(kù)的“金鑰匙”！