“到更深更远的海里去打一钻!”——记我国深海勘探专家、湖南科技大学教授万步炎 -深海距离简谱

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深海矿藏埋于海底,少则千百万年,多则数十亿年。国际海底资源是人类共同的财产,亦是各国实力的竞技场。湖南科技大学的众多实验室里,有一个像工厂的车间。这里是“大国重器”海底地质勘探钻机“海牛家族”的摇篮,万步炎教授和他的团队正是“养牛”人。2021年,“海牛Ⅱ”号深海钻机在2060米海底成功下钻231米,刷新海底钻机海上实际钻探深度世界纪录。2023年,万步炎被中宣部评为“时代楷模”,自然资源部发出学习万步炎先进事迹的通知。8月4日,记者在暑假中的校园见到了我国海洋地质勘探专家万步炎。59岁的他,一如少年时,推敲着未知世界的大门,脚踏实地,仰望星空。万步炎(中)在湖南科技大学实验室调试设备。唐亚慧 摄海底“放牛”,钻下“中国孔”——从0.7米到231米海洋矿产资源调查,是一场海底寻宝的挑战。根据《联合国海洋法公约》,公海资源开采权一般遵循谁勘探、谁优先的规则。以中国大洋矿产资源研究开发协会成立为标志,我国申请国际海底矿区是1990年。那时,一些海洋强国已在公海“跑马圈地”十余年。1994年,我国开始大洋富钴结壳资源调查,由于没有海底钻机,只能采用拖网调查,仅能得到一些表面散落的矿岩。1998年,我国租用他国的海底钻机设备,也没能获取岩芯。那个航次,万步炎也在船上。第一次出海,比晕船更让人难受的,是看到科考船上的海洋调查设备,大到绞车,小到一根取样管,都是进口的。海洋地质勘探设备成为海底矿产资源调查研究的瓶颈。1999年,中国大洋协会决定面向全国招标,自主研发海底钻机。时任长沙矿山研究院海洋采矿研究所副所长的万步炎,带领团队一举中标。这是一个“从零开始”的任务,要从最基本的原理设计入手,唯一看过的“资料”是那台租来的国外钻机。有人劝说万步炎,新项目能按照国外钻机的原理做出来,就很不错了。“我们的项目是要解决国家面临的问题,不只是为了交差。”看着并不稳定的国外设备,万步炎决定走一条新路,“后发的优势,就是有后来居上的可能。”放弃“仿制路”,万步炎决定瞄准国外当时最新的海底钻机技术,一切从零开始摸索,机械设计、电子技术、自动控制……“要做就做最好的”。一个个“硬骨头”,一次次夜以继日。2001年,中国人的第一台海底钻机走出了实验室。“第一台海底钻机,我们是怎么弄上船,又怎么搬下了船。”首台钻机还没下水便无功而返。提起原因,万步炎不无遗憾,“国外退役渔船改造的科考船,号称承重5吨,实际承重只有2.5吨。4.5吨重的钻机根本无法放入大海。”“钻机减重一半,不是‘减肥’,而是‘重生’。”当时,离项目验收只有2年时间,万步炎团队争分夺秒,重新设计、重新制造、重新试验。2003年,万步炎亲手操作,将新钻机一点点向海底钻进。这一次,中国深海浅地层岩芯取样钻机海试成功——在西太平洋的海底下钻0.7米,获取富钴结壳矿石样本——中国人用自己的海底钻机打下了“第一孔”。这一次,很少喝酒的万步炎第一次喝醉了。此后,万步炎团队几乎是奔跑在关键技术研发的路上。钻杆接卸、绳索取芯、机械手、传感器,一个个突破;钻机从深海浅地层到深海中深孔,0.7米、2米、20米、60米……2015年,中国海底钻机有了自己的爱称:“海牛Ⅰ”号。此时,我国的海底钻机技术已经实现了与国际水平的并跑。这一年,万步炎又接到了新任务。天然气水合物,俗称可燃冰,一般赋存于不超过2000米水深的海底表层0~200多米沉积层中。可燃冰是固体,如未实施保压取样,其原有的低温高压环境改变后,会迅速挥发。因此,众多科学家笃学至技,力求突破“保压取芯”技术。当时,掌握海底钻机“保压取芯”技术的有3个国家,但他们的海底钻机保压技术,也只能保压50米。2017年至2021年,“海牛Ⅱ”号应运而生。150项国家专利、16项国际专利,以其全孔全程保压取芯技术领跑世界同类技术水平。2021年4月7日,是值得“海底养牛人”铭记的日子。这一天,“海牛Ⅱ”号在南海2060米海底成功下钻231米,刷新原有的147.5米世界纪录——“中国孔”成为“世界孔”。这一天,很少流泪的万步炎任由眼泪流了下来。

如今,中国大洋协会已与国际海底管理局签订多个矿区勘探合同,我国海域可燃冰试采成功。从深海到印度洋、太平洋,“海牛家族”耕耘在海底,续写着海底两万里的新传奇。

家国是根,海洋为魂——从洞庭湖到大洋“性格决定命运,细节决定成败”是万步炎的微信签名。这句人们熟知的话,万步炎有自己的注脚。大国重器的产生仿佛注定不可能一帆风顺。2021年,“海牛Ⅱ”号正在缓缓下水,它需要在科技部验收前,完成不同海深的海上作业试验。“嘭!”一声巨响,惊住了船上的科考队员——绞车排缆系统传动机构整个崩坏。钻机吊在1000米的水中,距海底只有6米,放不下去,收不上来。祸不单行。就在万步炎和同事们大脑飞速转动,尝试补救的时候,船上气象员告知:台风将在48小时后到达,船要驶离作业海域避风。这就意味着,“海牛Ⅱ”号收不上来,就要砍缆——国家几千万元的投入、团队20余人4年来的心血,都将沉入海底。联系厂家,被告知无法解决。排除故障,多次尝试没有效果。很快,9个小时过去了。甲板上只剩下沉默。“砍缆,是不到最后一刻任谁都无法做出的决定。”湖南科技大学海洋实验室副主任金永平回忆,他一眼望见万步炎,正在镇静地画着图纸——液压系统设计图。“万老师想要临时做一个新的系统。”金永平说,这可真是异想天开,也令人叫绝。他们请来船长,按照万步炎的图纸,或凑或拆,在船上拼齐所有需要的零部件,一起动手做了一套新的系统……最终,“海牛Ⅱ”号在台风到来的2个小时前,完好无损地回收到甲板。甲板上,欢呼声沸腾了。“我好像是很喜欢这样的挑战,困难越大我就越兴奋。”生长于湖南岳阳洞庭湖畔的万步炎,似乎从不缺乏这样孤注一掷、背水而战的信心和勇气。也许是父母给予的爱与自由。7岁的他,可以撒泼打滚让母亲斥“巨资”给他买一本《新华词典》,这让爱读书的万步炎更加自如地享受阅读的快乐。也可以拆掉手摇电话机和手电筒,给自己做一个“电子照明系统”而不会挨打。也许来自颇为传奇的成长经历。1978年,14岁的万步炎参加高考,顺利考入中南矿冶学院地质系探矿专业21岁研究生毕业时,他就独立完成了“地质钻探小口径绳索取芯冲击器”项目,并获得当时的核工业部科技进步三等奖。1992年,万步炎作为交流学者,到日本从事海洋采矿扬矿技术研究。日本同行在对他个人能力表示赞赏的同时,也毫不掩饰对中国科技水平的鄙视。一年后,日方高薪挽留,万步炎仍选择了回国:“我觉得自己不比他们差,甚至某些方面可能还要强上一些。凭什么被人瞧不起!”

家国是根,海洋为魂。30年来,万步炎徜徉在海洋地质勘探领域,与祖国发展的脉动同频共振,迈上一座座科研高峰,永远热爱,永远年轻。

沾溉后人,其泽也远——从科考船到讲堂走进暑气蒸腾的实验室,3头红色的深海巨兽矗立眼前。2台不同孔径的“海牛Ⅱ”号,腰围10米,高7.5米,正在等待任务整装出发。另一边,科研人员正在安装调试“海牛Ⅰ”号搭载的传感器。“‘海牛Ⅰ’与‘海牛Ⅱ’各有所长,活干得很好的。”万步炎介绍“海牛家族”时的语气,像是说起自家的娃。

万步炎(右二)在科考船上为“海牛”团队成员讲解钻机原理。金永平 摄

整个实验室像是一个巨大的车间,除了3头“海牛”,还有一个10米深的试验水池,没空调,湿气大,蒸腾的水汽肉眼可见。4个集装箱搭建成“室中室”,里面是各个系统操作平台,以及“卡脖子”技术的研发样品。在学校,万步炎80%的时间都是在实验室。“就算没什么事,我也爱围着‘海牛’转上几圈。”海牛团队工程师朱伟亚博士与万步炎是近二十年的同事,从长沙矿山研究院到湖南科技大学,他从万步炎身上体会到的,是“热爱”两个字。2003年的一次海试中,海底钻机的水下逆变器因无法散热自动停机。如果是在陆地,这并不算是问题,只需装个风扇散热就行了。但在海底密封舱体内,却一时让人束手无策。万步炎提出一个大胆的方法:找来一桶变压器油,倒进装着逆变器的耐压筒,让热量散到海水里。海试继续进行。“万老师常说,海上科考投入大,船在海上,一天就是几十万。我们要尽可能把问题在实验室解决掉,力求海上作业一气呵成。”朱伟亚说,“他不是一个爱说教的老师,但是无论是同事还是同学,都会被他感染。”为此,海牛团队成了名副其实的“细节控”。每一次看似小小的改进,都是海底勘探技术的一大步。“以前钻机的软件系统,最初是找的合作方开发编程。后来随着我们的不断改进,系统也要随之重来。”朱伟亚说,“可合作方却因为客观原因,无法随时调整。”怎么办?万步炎用3个月时间自学 C语言等知识,半年后,他写出了几万行代码的监控系统程序。“想做的事我就能学得特别快。”万步炎说,自己编程的好处真是太多了,可以随时按照需要进行调整。( `9 A) O/ N$ {( k, B

万步炎的字典里没有“放弃”两个字,有的是一名科技工作者应有的质疑与洞见。“海牛家族”的诞生,从来不是模仿和追赶,而是直面问题,找到管用的解决方案,将深海资源与地质钻探核心技术牢牢掌握在中国人自己手里。

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金永平是万步炎带的第一位博士研究生。金永平说,“脚踏实地,仰望星空”是万步炎教给他最好的知识。

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“科考船上有开讲堂的传统,万老师不仅讲专业知识,也讲天文、讲乐理。”金永平永远忘不了2018年海上的满天繁星,“万老师带我们在甲板上看星星,教我们辨识星座。他跟我们说,人的一生就是星星眨个眼的时间,在我们有限的生命里,如果我们的‘海牛’能为国家深海勘探作出一些贡献,那我们经历的困难挫折都是值得的。我们目光所及是星辰大海,但我们走的每一步路都是脚踏实地。”

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繁忙的万步炎并不拒绝与青少年的交流。他会给中小学阅读教育活动录制视频,分享小时候读过的《小黑鳗游大海》《海底两万里》等书籍,讲述自己阅读的收获。

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近日,“海牛Ⅲ”号深海钻机项目正式启动。说到未来,万步炎满是壮志豪情:

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“到更深更远的海里去打一钻!”

记者:安海燕: K# i! T0 g8 k( ~% j

文字编辑:戴路

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新媒体编辑:曲冰洁(见习)

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