萬步炎 逐夢深海的勘探先鋒

從0.7米到231米，從推開深海一條門縫，到打開深海一扇大門，從事科研30多年來，萬步炎帶領(lǐng)團(tuán)隊一次次刷新海底鉆機(jī)鉆深紀(jì)錄，克服重重困難，在深?？碧筋I(lǐng)域，沖出了一條屬于中國人自己的路。

他像“海牛”的鉆頭一樣，鉆透一切困難。他帶領(lǐng)團(tuán)隊，實(shí)現(xiàn)了我國海底鉆機(jī)裝備與配套地質(zhì)鉆探技術(shù)的突破。

從0.7米到231米，從推開深海一條門縫，到打開深海一扇大門，從事科研30多年來，他帶領(lǐng)團(tuán)隊一次次刷新海底鉆機(jī)鉆深紀(jì)錄，克服重重困難，在深?？碧筋I(lǐng)域，沖出了一條屬于中國人自己的路。

他，就是湖南科技大學(xué)教授、“海牛”項目首席科學(xué)家萬步炎。

2023年5月22日，中宣部向全社會宣傳發(fā)布萬步炎同志先進(jìn)事跡，授予他“時代楷模”稱號。

“國家的需要就是我的研究方向”

1964年1月，萬步炎出生在洞庭湖畔的湖南省岳陽市華容縣。外公是紅軍烈士，“家國”二字從小就深深刻印進(jìn)萬步炎的心里。

1978年，14歲正讀高一的萬步炎提前參加高考，填的志愿全是名校的航空航天和天文學(xué)專業(yè)。后來萬步炎卻被調(diào)劑到了中南礦冶學(xué)院地質(zhì)系探礦工程專業(yè)，這一“鉆地”，就是7年。1985年，萬步炎從中南礦冶學(xué)院地質(zhì)系探礦工程專業(yè)研究生畢業(yè)，被分配到長沙礦山研究院從事陸地礦產(chǎn)的勘探開發(fā)工作。

“上天”“鉆地”是“陰差陽錯”，“入?！眳s是主動抉擇。根據(jù)聯(lián)合國海洋法公約規(guī)定，公海礦產(chǎn)資源誰有能力先勘探，誰就具有優(yōu)先開發(fā)權(quán)。彼時，發(fā)達(dá)國家在四大洋“跑馬圈地”，我國卻因海洋技術(shù)落后，只能望洋興嘆，甚至對自己領(lǐng)海內(nèi)的海底資源儲量和分布都知之甚少。

為了擺脫在這一研究領(lǐng)域的窘境，長沙礦山研究院開始組建海洋采礦研究室，并找到萬步炎，問他有沒有興趣加入?！皣业男枰褪俏业难芯糠较?，雖然我沒有干過，但是我愿意試一下。”就這樣，沒能“上九天攬月”的萬步炎有了“下五洋捉鱉”的機(jī)會。

不過雄心勃勃“下了?！?，卻未曾看到一朵“浪花”。限于當(dāng)時的研究條件，他只能做些海洋采礦的理論研究。

1992年3月，萬步炎得到機(jī)會去日本進(jìn)修，學(xué)習(xí)海洋采礦揚(yáng)礦技術(shù)。那時，我國的海洋研究和人才培養(yǎng)才剛剛起步?！叭毡救硕加X得中國來的學(xué)者不行，即便看到我交出的成果很好，也經(jīng)常說‘你只是一個特例，中國人整體水平還是不行’?！边@段經(jīng)歷，深深刺痛了萬步炎。

憑借獨(dú)特的創(chuàng)新見解和超強(qiáng)的動手能力，在進(jìn)修結(jié)束時日方愿以高薪挽留他：“你很優(yōu)秀，可惜你們國家海洋技術(shù)研究整體實(shí)力薄弱，留下來吧。”

“中國人為什么不行，憑什么說不行？我不認(rèn)為我比他們差，甚至我感覺可能比他們還優(yōu)秀一點(diǎn)。”萬步炎心里極不服氣，沒有絲毫猶豫，毅然回國，并暗暗發(fā)誓：一定要努力，讓海洋勘探技術(shù)趕超國外。

回國后的一次科考，更徹底影響了他的科研路徑。

“既然別人‘卡脖子’，我們就闖出新路子”

1998年，34歲的萬步炎終于第一次登上遠(yuǎn)洋科考船“大洋一號”，協(xié)助開展設(shè)備海試。整整一周時間，暈船的他吐得昏天暗地。比暈船更讓他難受的，卻是眼前看到的景象：小到塑料取樣管、大到絞車，竟然都是從國外進(jìn)口的。令人更為沮喪的是，國家花重金從國外租的海底鉆機(jī)，試驗鉆探整整一個航次，結(jié)果顆粒無收。

“如果一直應(yīng)用國外的設(shè)備，我們就永遠(yuǎn)無法走出‘科技自強(qiáng)’的腳步。”面對國家需要和受制于人的不甘，萬步炎下定決心：科技的進(jìn)步、國家的強(qiáng)大，要靠我們自己，必須研制出我國自己的深海鉆探設(shè)備。“既然別人‘卡脖子’，我們就闖出新路子！”

在深海探測領(lǐng)域，海底鉆機(jī)相當(dāng)于天文學(xué)家的天文望遠(yuǎn)鏡。它雖然只是一個工具，卻直接關(guān)系著人類對海洋的探索能走多遠(yuǎn)。西方不賣海底鉆機(jī)，租的又不中用，痛定思痛，我國決定自主研發(fā)深海鉆探設(shè)備。1999年，經(jīng)過公開招標(biāo)，萬步炎所在團(tuán)隊接下了任務(wù)。

然而，研發(fā)過程困難重重。在水深大于3000米的海底，一塊指甲大小的面積就要承受300千克的壓力，鉆機(jī)如何承受如此高壓？重達(dá)數(shù)噸的鉆探設(shè)備放入海底，看不見摸不著，鉆機(jī)靠什么去“看”？海底地形復(fù)雜，巖層有的硬、有的軟，鉆機(jī)怎么鉆取巖芯，保證樣品的精確性？

為此萬步炎一天只休息三四個小時，不是在書房就是在實(shí)驗室，自學(xué)機(jī)械設(shè)計、電子技術(shù)和自動控制、計算機(jī)軟件等知識，邊學(xué)邊干，從原理到零部件設(shè)計，再到制作成型，試驗、失敗、再試驗……

“難題不解決，晚上就不回去”，深海鋰電池技術(shù)、深?？刂婆c視頻圖像傳輸技術(shù)、深海液壓技術(shù)、深海電機(jī)與變電技術(shù)，萬步炎一項一項逐漸掌握了深海鉆機(jī)制造的“密碼”。

2001年，中國人自己制造的第一臺海底鉆機(jī)誕生了。帶著4.5噸的樣機(jī)，萬步炎和團(tuán)隊成員意氣風(fēng)發(fā)地登上科學(xué)考察船，準(zhǔn)備第一次下鉆作業(yè)。不過難題又來了，樣機(jī)上了船卻下不了海?？瓶即菑膰赓I的，說明書說其收放架可承載5噸的重量，誰知到了船上一測，只能承載2.5噸，已經(jīng)運(yùn)到太平洋的樣機(jī)因超重?zé)o法下海。

4.5噸的設(shè)備要減掉2噸，其難度不亞于重新做一個。萬步炎咬著牙，經(jīng)過1000多個日夜的科研攻關(guān)，最終在2003年夏天海試成功——我國首臺深海淺層巖芯取樣鉆機(jī)在海底下鉆0.7米，打下第一個“中國孔”，取回了礦石樣本。

“面向大海，腳踏實(shí)地”

中國海底鉆機(jī)邁出了挺進(jìn)深海的第一步，但對萬步炎來說，這還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，他希望下鉆距離深一些，再深一些。

第一臺鉆機(jī)放下去，只能鉆一個孔取一次芯。2005年，萬步炎團(tuán)隊成功研制出世界首臺“一次下水多次取芯”的富鈷結(jié)殼專用鉆機(jī)，從海底傳回的圖像也由黑白升級為彩色。

2007年，研制出2米深海鉆機(jī)；2010年，研制出20米深海鉆機(jī)；2015年6月，研制出的深海鉆機(jī)在3000米深的海底下鉆60米，突破了國際公認(rèn)難以跨越的50米難關(guān)，我國成為世界上第4個擁有該項技術(shù)的國家。在黑暗幽深的海底，萬步炎走出了一條從未有人走過的中國道路。

“當(dāng)時上海交通大學(xué)研制的水下機(jī)器人叫‘海馬’，我們就給鉆機(jī)取名‘海牛’。”萬步炎風(fēng)趣地說。

海底地形復(fù)雜，巖層有的硬，有的軟。萬步炎讓“海?！薄伴L”出3條“腿”，扎進(jìn)巖層，沉穩(wěn)著陸；又配備了3張“嘴”，3種不同類型的鉆頭，既可取硬巖巖芯，也可取海底沉積物，還可進(jìn)行原位探測。這也是萬步炎團(tuán)隊的首創(chuàng)，就是國外也無此項技術(shù)。

以前操作“海?！保粋€命令一個按鍵，完成一次作業(yè)需要好幾個人不眠不休地守著。萬步炎琢磨著要給“海?！毖b上“大腦”。

起初，他們將這項工作外包給專門做程序的服務(wù)團(tuán)隊，但花費(fèi)昂貴，效果也總不如意。“自己干！”萬步炎買了厚厚一摞書，邊學(xué)編程語言邊自己摸索編程。

“那段時間，他把臥室變成了辦公室，累了倒頭就睡，醒了埋頭又干?！比f步炎的妻子劉淑英回憶。就這樣，不到半年時間，萬步炎成了“編程專家”，親手寫出了幾十萬行程序代碼，讓“海?！睋碛辛寺斆鞯摹按竽X”，按一個按鍵執(zhí)行一套指令，一次作業(yè)一個人就可輕松操作。

從海底表面至數(shù)百米深度的地層中，深藏著一種極具戰(zhàn)略意義的未來能源——可燃冰，但其保存條件極為苛刻。彼時，全世界只有美國、德國和澳大利亞3個國家的深海鉆機(jī)能夠完成可燃冰的勘探，卻無法做到全程保壓取芯。因為中國沒有相關(guān)技術(shù)，面臨著我國公海海域可燃冰儲量分布被國外首先掌握的巨大風(fēng)險。

“自己國家的資源，卻沒有自己的技術(shù)可以開采！”面臨窘境，2015年，萬步炎把目標(biāo)瞄準(zhǔn)了可燃冰的勘探，著手研發(fā)屬于中國人自己的，能夠?qū)崿F(xiàn)海底工程地質(zhì)勘探、全程保壓取芯的鉆機(jī)系統(tǒng)——“海牛Ⅱ號”。

為了摸索出一套創(chuàng)新路徑，萬步炎憋著一股勁兒，和團(tuán)隊成員們在工廠把控每一個細(xì)節(jié)，一遍遍地進(jìn)行測試。鉆機(jī)上有上萬個零部件，關(guān)聯(lián)的部件上百個，萬步炎對每一個零部件的要求都是必須分毫不差。

其中一個精密零件在寧鄉(xiāng)一家工廠制作時，花了三四天，返工了七八次，仍達(dá)不到設(shè)計要求。萬步炎聽說后，冒著瓢潑大雨，立馬開車從湘潭趕到寧鄉(xiāng)，當(dāng)面指導(dǎo)師傅們?nèi)绾渭庸ぁ?/p>

這次做出來的零件，精度離設(shè)計只差兩個微米，相當(dāng)于頭發(fā)絲的1/50，團(tuán)隊成員們覺得差不多了，但萬步炎堅決不同意：“必須確保水下作業(yè)萬無一失?！彼笇?dǎo)師傅們更換加工方法，在加工了4個小時后，終于把零件分毫不差地做出來。此時，已經(jīng)是次日凌晨兩三點(diǎn)。

整整6年的時間，他們嘗試了上百種方法，試驗過26種材質(zhì)，進(jìn)行過5次迭代升級，終于為中國的深海打造出了一只無與倫比的“海底神獸”——高7.6米、腰圍10米、體重12噸的“海牛Ⅱ號”。

2021年4月7日晚，“海牛Ⅱ號”悄然下潛，游至南海2000米的水下，鉆機(jī)成功下鉆231米，保壓取到了可燃冰。這不僅填補(bǔ)了我國海底鉆深超過100米、具備保壓取芯功能的深海海底鉆機(jī)裝備的空白，還一舉刷新了世界深海海底鉆機(jī)的鉆深紀(jì)錄。

從0.7米到231米，從推開深海一條門縫到打開深海大門，從難以望其項背到實(shí)現(xiàn)技術(shù)超越，從此，中國也具備了海洋資源全覆蓋的勘探能力。廣袤的藍(lán)海，向中國敞開了懷抱。

那一刻，萬步炎任幸福的淚水在臉上流淌?！懊嫦虼蠛＃_踏實(shí)地！”萬步炎激動地說道。

“我們要像海牛的鉆頭一樣，鉆透一切困難”

桀驁的大海，喜怒無常。海試的每一分每一秒，萬步炎都如同斗士。

2005年，萬步炎率領(lǐng)的科考隊在墨西哥灣遭遇12級狂風(fēng)，十幾米高的巨浪，好像隨時要掀翻科考船?！白尡╋L(fēng)雨來得更猛烈些吧！”萬步炎站在甲板上，大聲呼喊著，和大家斗志昂揚(yáng)地度過了驚魂動魄的一天一夜。

用鋰電池供電鉆機(jī)，取3次芯就沒電了。2003年，國內(nèi)科考船上裝備了鎧裝光纖動力復(fù)合電纜，但電壓高達(dá)3300伏，不了解其性能，幾年都沒人敢用。2008年，萬步炎第一個“吃螃蟹”。鉆機(jī)下潛到1000米，絕緣值時高時低，隨時可能漏電?！拔ｋU！”萬步炎拔腿沖向絞車間，發(fā)現(xiàn)是膠帶問題，迅速搶修好，順利完成海試。

2021年3月，“海牛Ⅱ號”在完成一次1000米級水下測試后準(zhǔn)備返程。不想，問題總比預(yù)料的多。一臺進(jìn)口配套收放絞車系統(tǒng)出現(xiàn)故障，絞車負(fù)責(zé)排纜的絲杠從軸承座中脫出，減速箱箱體破裂，成了碎片。當(dāng)時鉆機(jī)懸吊在1000多米深的水下，上不來也下不去，無法從水下收回。

屋漏偏逢連夜雨。當(dāng)日氣象預(yù)報警示臺風(fēng)即將到來。這意味著，他們只有48小時的時間用于回收設(shè)備，否則只能砍斷纜繩撤離逃生。但后果是“海牛Ⅱ號”只能石沉大海，將帶來幾千萬元的損失。

絞車是進(jìn)口的，他們緊急向丹麥廠家求助，答復(fù)是“愛莫能助”；聯(lián)系國內(nèi)代理商上船修復(fù)，稱“無能為力”。難道只能砍斷纜繩，把價值幾千萬元的鉆機(jī)丟棄在海底？

“多少大風(fēng)大浪都過了，我們自己修！”萬步炎鎮(zhèn)定自若。

他帶領(lǐng)團(tuán)隊嘗試了各種辦法，最后決定構(gòu)建一個液壓系統(tǒng)替代原有電動系統(tǒng)損壞部件的工作。經(jīng)過近30個小時的奮戰(zhàn)，他們搭建安裝好臨時系統(tǒng)，在臺風(fēng)來襲前兩個小時，成功將懸在深海中的鉆機(jī)“救”上船，順利返程。

“我們要像海牛的鉆頭一樣，鉆透一切困難。”萬步炎說。

國家專利125項、國際發(fā)明專利16項……萬步炎和他的團(tuán)隊瞄準(zhǔn)“卡脖子”技術(shù)奮勇攻關(guān)，堅持自主之路，將深海鉆機(jī)關(guān)鍵核心技術(shù)牢牢掌握在中國人自己手中。

“國之所需，吾之所向！”萬步炎又把目光投向了“海牛Ⅲ號”的研制，“挑戰(zhàn)萬米級水深地質(zhì)鉆探取樣，是我們團(tuán)隊的下一個目標(biāo)?！?/p>

“走進(jìn)海洋是專業(yè)課，吃苦耐勞則是必修課”

30余年的科研工作，讓萬步炎驕傲的，除了海底鉆機(jī)鉆探深度的一次次突破，還有為我國海底鉆機(jī)事業(yè)培育了急需的專業(yè)人才。

萬步炎有一個“兩課”理論，他說，“走進(jìn)海洋是專業(yè)課，吃苦耐勞則是必修課”。他培養(yǎng)學(xué)生有個“硬杠杠”：無論是碩士還是博士，到了海上、進(jìn)了實(shí)驗室，都得拿起錘子、扳手、電焊，跟著他像工人一樣干活。

萬步炎介紹，實(shí)驗室內(nèi)無法完美模擬海上現(xiàn)場狀況。每年，團(tuán)隊都有大量時間在海上度過。科研設(shè)備的問題，在船上最容易集中顯現(xiàn)。如何在最短的時間里排除故障，考驗學(xué)生的實(shí)踐水平和知識的遷移運(yùn)用，因此，每每遇到問題，萬步炎都盡量交給學(xué)生去解決?！凹?xì)節(jié)決定成敗”，他常對學(xué)生說，細(xì)節(jié)沒處理好，實(shí)驗結(jié)果可能完全不同。要把細(xì)節(jié)落實(shí)到位，出現(xiàn)問題找清楚原因，不要隨便放棄任何一個方案。

“海洋研究離不開大海。每次出海時間長，生活艱苦，日子也相對單一枯燥。我對學(xué)生最基本的教育，就是要獨(dú)立、不怕吃苦。海上科考不分晝夜，故障出現(xiàn)不挑時間，所以我們包括學(xué)生，都會分成幾個小組連班倒，碰上緊急情況，誰都沒得休息。在海上要克服暈船問題，還得像工人一樣該掄起工具時絕不手軟?！比f步炎說。

這就是他給學(xué)生上的另一堂“吃苦耐勞”課。

此外，萬步炎還有一大愛好，就是開“海上講堂”。通常，出海前，他都會為學(xué)生準(zhǔn)備講座內(nèi)容，包括海洋研究、天文、量子力學(xué)、相對論，甚至音樂，一來豐富學(xué)生的知識面，二來幫助學(xué)生減少海上生活的枯燥感。

截至目前，萬步炎團(tuán)隊培養(yǎng)了8名博士和42名碩士。這些學(xué)生，都已成為“鉆”在我國海洋事業(yè)上的一顆顆螺絲釘。

“面向大海，腳踏實(shí)地”，這是萬步炎的人生信條，也是他對每一位學(xué)生的要求。2010年，懷揣著為海洋地質(zhì)勘探培養(yǎng)后備人才的初心，萬步炎來到湖南科技大學(xué)擔(dān)任教師?！皫W(xué)生，做項目，我更希望培養(yǎng)他們動手解決問題的能力?！比f步炎說，“科研工作者不僅應(yīng)該在基礎(chǔ)研究領(lǐng)域‘顯山露水’，也要在國家富強(qiáng)、民族復(fù)興中體現(xiàn)價值，把論文寫在祖國大地上?！?/p>

回顧30余載的科研之路，萬步炎把自己全部的心血都放在了祖國的海洋勘探事業(yè)上，他稱自己是“養(yǎng)牛專業(yè)戶”，他堅信：只要中國的“海?！蹦茉诤５状箫@神威，中國深?？碧骄湍苷嬲诩夹g(shù)上領(lǐng)先世界、實(shí)現(xiàn)彎道超車。

而談起自己未來的發(fā)展目標(biāo)，萬步炎直言：“牛有鉆勁、有干勁，我這頭牛還要給國家多作貢獻(xiàn)。”