向海圖強，“夢想”啟航

2024年11月17日，我國第一艘大洋鉆探船——夢想號正式交付，它是全球唯一一艘具備11000米鉆探能力的科考鉆探船，建有海洋科學、微生物、古地磁等九大功能實驗室，總面積超3000平方米，堪稱海上移動的“國家實驗室”。

那么，這艘大船為什么叫夢想號？它又承載著那些夢想呢？

地球內部結構

夢想號是大洋鉆探船，未來將承擔國家重大科技項目和國際大科學計劃中的大洋科考鉆探任務，它的夢想是“打穿地殼、進入上地幔”和“開發(fā)地球深部資源”，這也是人類長期以來的夢想。那它為什么要打穿地殼、研究地球內部結構呢？

眾所周知，我們生活的藍色星球——地球是一個球體，由內到外分為地核、地幔和地殼。

地殼是地球最外層的薄殼，平均厚度約為17千米，主要由巖石組成，包括花崗巖、玄武巖等不同類型的巖石。在地殼中，大陸地殼相對較厚，厚度為30～70千米，海洋地殼相對較薄，平均厚度僅有7千米。

地幔位于地殼之下，厚度約為2900千米，分為上地幔和下地幔。上地幔中的物質具有一定的流動性，其中存在一個軟流層，被認為是巖漿的發(fā)源地。軟流層為板塊運動提供了重要的動力來源。

地核是地球的核心部分，半徑約為3470千米。地核又分為外核和內核，外核主要由液態(tài)的鐵和鎳組成。正是由于外核的液態(tài)金屬在不斷流動，地球磁場才得以產(chǎn)生。內核則由固態(tài)的鐵和鎳組成，其溫度和壓力極高。

簡單來說，地球內部結構就像一顆雞蛋，地殼是蛋殼，地幔是蛋清，地核是蛋黃，其中地殼與地幔還存在一個分界面——莫霍面。

地球內部結構和社會經(jīng)濟發(fā)展息息相關。我們要認識生存環(huán)境、解決可持續(xù)發(fā)展問題、減輕自然災害的影響，就必須深化對地球內部結構的認識。雖然隨著科技的發(fā)展，地球物理學在20世紀后期迅猛發(fā)展，人類得以一窺地球內部結構的奇妙之處，但到目前為止，人類的科學探索一直局限于地殼表層，無法打穿地殼，也就無從深入研究地球內部結構。

知識鏈接：科拉超深鉆孔

蘇聯(lián)曾于1970年在科拉半島進行陸上科學鉆探，耗時19年，鉆深達到12262米。該鉆孔被稱為“科拉超深鉆孔”，是目前世界上最深的鉆孔，但與莫霍面還相距甚遠。

大洋鉆探計劃

其實，要想了解地球內部的情況，遁入地底是最直接的做法，可是上天容易入地難。在這個人類已經(jīng)可以乘著載人飛船進入太空的時代，我們仍缺乏有力工具深入地底，因為致密的巖石讓人寸步難行。于是，科學家轉變了思路——既然無法“登門拜訪”，那不妨請“主人”出來亮個相——在地殼上鉆洞，將地球內部物質取出來研究。不過，大陸地殼平均厚度為35千米，深入其中十分困難，而海洋地殼有的地方厚度不足5千米，相比之下，從海底打穿地殼，抵達莫霍面就容易得多。

1957年，美國科學家提出“莫霍計劃”，試圖通過深海鉆探研究地幔。由于困難重重，科學家只取得了少量洋殼玄武巖，但這對于地殼研究意義重大。

1968年，美國科學家提出“深海鉆探計劃”，由格洛瑪·挑戰(zhàn)者號鉆探船負責鉆探。隨后，英國、法國、瑞士、意大利等國科學家都參與到這一項目中來，國際合作使得深海鉆探向著更廣泛、更深入的方向發(fā)展。此后15年間，格洛瑪·挑戰(zhàn)者號完成了近100個航次，鉆井逾千口，回收巖芯約9.5萬米，鉆井遍布除北冰洋以外的世界各大洋，海洋探索取得了重大進展。

1983年，深海鉆探計劃更名為大洋鉆探計劃，格洛瑪·挑戰(zhàn)者號正式退役，它的工作由喬迪斯·堅決號接替，冰島、丹麥、瑞典、芬蘭等國家也加入了這一計劃。 1998年，我國正式加入該計劃。

大洋鉆探計劃持續(xù)到了2003年。之后，由26個參與國資助的海洋綜合鉆探項目開始實施，并一直持續(xù)到了2013年。其間，日本建造了夢想號誕生之前全球最大的海洋探測船地球號。

從2013年10月開始，大洋鉆探計劃的參與國通過國際海洋發(fā)現(xiàn)計劃繼續(xù)開展合作，并持續(xù)至今。

半個多世紀以來，國際上開展了幾百個大洋鉆探航次，我國由于沒有大洋鉆探裝備，只有高價購買船票才能參與其中。我國海洋事業(yè)起步晚，發(fā)展還比較落后，只有采用超常規(guī)手段才能脫穎而出，建造能力突出的大洋鉆探船就是這樣一種手段。如今，夢想號正式入列，我國深?？萍寄酥琳麄€海洋事業(yè)獲得極大提升，必將進入國際深海研究的前沿與核心。依托夢想號這一關鍵平臺，我國正積極發(fā)起新一輪國際大洋鉆探計劃，組織國際大洋鉆探航次，建設并運行國際大洋鉆探巖芯實驗室，聯(lián)合國際共同引領之后的世界大洋鉆探。

知識鏈接：大洋鉆探

大洋鉆探是指為了研究地球內部物質組成、結構構造及蘊藏在海底深部的能源資源等，對海底進行的鉆探工程。大洋鉆探船是全球深海探測高新技術的集成，是目前深入海底深部取樣的唯一手段。目前，全球已有20多個國家先后參與了大洋鉆探國際合作計劃，但僅有3個國家建造過大洋鉆探船，我國就是其中之一。

大洋鉆探重器——夢想號

承載著人類偉大夢想的夢想號于2024年11月17日在廣州正式入列，它是目前全球鉆探能力最強、科學實驗功能最全、智能化水平最高、綜合運維成本最低的鉆探船，可執(zhí)行大洋科學鉆探、深海油氣勘探和天然氣水合物勘查試采等國家戰(zhàn)略任務，能大幅提升我國“深海進入、深海探測、深海開發(fā)”能力，為加快海洋強國建設、提高能源自主保障能力提供強大助力。

夢想號長179.8米、寬32.8米，重約33000噸，續(xù)航力達15000海里，可以連續(xù)在海上工作120天；配備了基于蓄能閉環(huán)電網(wǎng)的DP-3動力定位系統(tǒng)，可在6級海況下正常作業(yè)，能在16級超強臺風下安全生存，具備全球海域無限航區(qū)作業(yè)能力。

全球鉆探能力最強

為了順利深入海底，實現(xiàn)11000米鉆桿的高效鉆探和取芯，夢想號在鉆機能力和鉆桿存儲方面做了特別設計。

在鉆機能力方面，它配置了全球最先進的液壓舉升鉆機，具有裝機功率小、鉆探效率高、補償能力強、響應速度快等優(yōu)點，并集成了傳統(tǒng)隔水管、傳統(tǒng)無隔水管、輕型隔水管、無隔水管泥漿閉式循環(huán)4種鉆探模式和提鉆、繩索、氣舉反循環(huán)3種取芯方式，可實現(xiàn)從巖芯采集、輸送到存儲的全過程自動化作業(yè)，深海硬巖鉆探取芯效能提高了40%。

在鉆桿存儲方面，夢想號創(chuàng)新性配置了可拆式模塊化鉆桿堆場和通用型鉆桿移運設施，并在井架內設置了大容量鉆桿存儲區(qū)，可以搭載11000米鉆桿及相應的輔助鉆具，并實現(xiàn)鉆桿從堆場到井架作業(yè)區(qū)的高效轉運。

知識鏈接：深海中的手術刀

夢想號的超級鉆探系統(tǒng)被譽為“深海中的手術刀”，面對海底復雜多變的環(huán)境，它能夠精準進行鉆探作業(yè)。這個超級鉆探系統(tǒng)不僅具備超強的鉆探能力，還配備了先進的控制技術，可在深海高壓環(huán)境下穩(wěn)定運行。這套系統(tǒng)的核心部件是一種特別設計的鉆頭，采用了最新的合金材料，能夠承受極高的壓力和摩擦力。

科學實驗功能最齊全

作為全球最先進的大洋鉆探船，夢想號不僅鉆探能力強，還實現(xiàn)了我國多功能船載實驗室自主設計的突破——建有全球面積最大、功能最全、流程最優(yōu)的船載實驗室，總面積超3000平方米，可滿足基礎地質、古地磁、無機地球化學、有機地球化學、微生物、海洋科學、天然氣水合物、地球物理、鉆探技術等海洋全學科實時研究需求。此外，夢想號還采用了數(shù)字孿生技術，可實現(xiàn)鉆采作業(yè)全過程監(jiān)測、科學實驗智能協(xié)同。

智能化水平最高

設計團隊群策群力，始終堅持自主研發(fā)，為夢想號配備了“船舶智慧大腦”。它包括中央控制系統(tǒng)和綜合信息化系統(tǒng)，可實時匯聚分析2萬余個監(jiān)測點數(shù)據(jù)，實現(xiàn)作業(yè)智能監(jiān)測、實驗智能協(xié)同、健康智能保障、船岸智能融合，并且獲得了中國船級社智能集成平臺、智能機艙、智能能效附加標志，智能化水平遠超地球號和喬迪斯·堅決號大洋鉆探船。在船載實驗室內以巖芯為載體，夢想號可實現(xiàn)鉆探船內部巖芯實驗數(shù)據(jù)信息實時共享和船岸一體化協(xié)同，實現(xiàn)船載實驗室內部和船岸協(xié)同實驗數(shù)據(jù)分析。

綜合運維成本最低

要具備各種先進功能，離不開強大的能源供應。夢想號采用新型蓄能閉環(huán)電網(wǎng)技術，電站容量達到30兆瓦，相當于一個25萬人口縣城的用電規(guī)模。其電網(wǎng)由柴油發(fā)電機組、三元鋰電池組和電池管理系統(tǒng)組成，不僅能為海上作業(yè)提供強有力的保障，而且能使全船綜合能耗降低15%，提升全船運行的經(jīng)濟性、安全性。

“定海神針”的秘密

普通船舶在海上受到風、浪、流等的影響，想保持正常航向都困難，而夢想號的設計要求是在6級海況下正常作業(yè)，長達萬米的鉆桿必須像“定海神針”那樣穩(wěn)穩(wěn)鉆入海床中，這是如何做到的呢？

動力定位系統(tǒng)因不依賴拋錨或系纜、部署和撤離迅速、對水深不敏感等優(yōu)點，被廣泛應用在深海油氣開發(fā)、潛水作業(yè)、海底管道和電纜敷設及科學考察等方面。它的工作原理是，利用計算機控制推進器的推力大小和方向，以對抗由風、浪、流等造成的外部作用力，從而使船體位置和船頭朝向保持不變，保證船體穩(wěn)穩(wěn)地保持在同一位置。

夢想號可以通過衛(wèi)星定位、聲吶定位、運動參考系統(tǒng)等傳感器計算外界環(huán)境力，再自動向推進器發(fā)出逆向推進指令，實現(xiàn)在海中“不動如山”。

此外，在夢想號上，動力定位控制系統(tǒng)中的傳感器、位置參考系統(tǒng)和控制器均采用冗余設計，動力和輔助系統(tǒng)分布在三個防火分隔區(qū)域。這樣一來，任何一個艙室的動力系統(tǒng)發(fā)生故障，都不會影響其他的動力系統(tǒng)，從而始終保證鉆桿正常工作，這就是三級動力定位系統(tǒng)。

綜合性能國際領先

秉承“小噸位、多功能、模塊化”的設計建造理念，夢想號突破了10大類、50余項核心關鍵技術，成功解決了大洋科學鉆探、深海油氣勘探和天然氣水合物勘查試采等多種功能同船融合設計的世界級難題，完成了多項國際首創(chuàng)設計，綜合性能國際領先。

穩(wěn)定性和結構安全性突出。夢想號可在16級超強臺風下安全航行，在9級臺風下360度方向保持船舶位置。

作業(yè)海況適應性強。夢想號可在6級海況下正常作業(yè)，適應作業(yè)海況比國外最先進的大洋鉆探船還多，具有更長的作業(yè)窗口期。

可變載荷能力突出。夢想號最大可變載荷達15000噸，比海洋石油981號鉆井平臺提高了60%以上。

自持力突出。夢想號一次出?？梢院叫凶鳂I(yè)達120天，比國外大洋鉆探船提高了60%。

船舶機動性強。夢想號最大航速超13節(jié)，比國外最先進的大洋鉆探船提高了8%。

深海蘊藏著無數(shù)資源。21世紀是“海洋科學的新世紀”，許多國家先后制訂了21世紀海洋發(fā)展戰(zhàn)略。同時，海洋科學也在不斷發(fā)展，細分出諸多領域，如海洋地質學、海洋生物學、海洋環(huán)境學等。海洋科學在歷經(jīng)古代、近代和現(xiàn)代的發(fā)展之后，必將迎來一個更為輝煌的新時代。

夢想號是一個海上多面手，它承載著人類探索海洋、認識地球的夢想。入列后，它將由廣州海洋地質調查局運營使用，承擔國家重大科技項目和國際大科學計劃中的大洋科考鉆探任務。作為我國今后超深水鉆探和水合物試采的核心裝備，夢想號也將開啟我國海洋科學發(fā)展的新篇章。