2020年3月10日上午，“探索一号”科考船搭载着“深海勇士”号载人潜水器在三亚崖州湾科技城南山港码头启航，开始了2020年首次即TS16航次科考任务。一个多月后的4月26日，“探索二号”获得海南海事部门颁发的船舶证书，标志着“探索二号”自此获得了可以驰骋于全球的通行证，我国深海科考再添强兵。


万米载人深潜器海试工程支持保障船——“探索二号”


关键技术全面国产化


万米载人深潜器海试工程支持保障船——“探索二号”，是中国科学院战略性先导科技专项（A类）“深海/ 深渊智能技术，海底原位科学实验站”海上作业平台建设项目的重要课题，也是提升我国海洋科技创新能力的重点项目。该船建成后将主要用于支持万米载人潜水器作业的母船，同时可用于深海科学考察、深海装备试验。


“探索二号”，为中国科学院深海科学与工程研究所所属的万米远海综合科学考察船，采用电力推进，具备2级动力定位能力。该船由福建马尾造船厂设计建造，入中国船级社（CCS）级，该船艉部配置两台全回转主电力推进舵桨、艏部一台全回转可伸缩推进器和一台可调螺距艏侧推，续航力超过15000海里。具备对载人潜水器HOV、ROV等无人有缆潜水器，AUV、水下滑翔机等无人无缆潜水器等提供作业支持保障。


“探索二号”由电力推进的海工平台供应船（PSV）改装和升级而成，并增装一定数量的海洋科考设备，能够满足支持全海深科考作业要求，在我国的科考船领域属于首创。与传统科考船相比较，“探索二号”采用电力推进，相较于常规推进形式，其产生震动和噪音更小，可使船舶无论在靠泊、航行、动力定位工况下均能为船员及科学家提供舒适的工作和生活环境，提高水下声学科考设备的测量数据质量。经现场测量，在测试四种工况下科学家居住舱室及试验室平均噪声等级仅为48dB，噪声等级与邮轮等级相当。其次，“探索二号”具有较强的工程作业能力，该船配置了4台1700Kw主发电机组，具备更强动力。同时，船舶安装了100吨的A型架，能满足各种工程作业的需求。同时，“探索二号”艏、艉多推进器的布置形式，为船舶工程海试、科考作业及载人潜器支持等多工况作业提供了可能。另外，该船具有精确的动力定位能力，其动力定位系统为DP2级，在科考船里属较高级别。在海上作业时，可以满足精确的定点定位作业及提供船舶所需的灵活多样类型的作业。在试验过程中，DP定位系统表现出很强的定位能力，在二级海况下，当船舶绕旋转中心回转时，船舶真实位置和系统设定位置之间的误差仅为0.3m。


另外，该船最大的亮点在于其水面支持系统首次全面实现了国产化，并首次在科考船上应用。本次国产化的水面支持系统主要包含四种类型设备，一是配置全海深地质绞车、深海光电缆绞车、CTD绞车和拖拽绞车4台（套）设备；二是大型A架（100吨门架）、载人潜水器的布放回收装置及潜水器的输转系统；三是10吨伸缩折臂吊；四是国产声学设备，包括中科院声学所所研制的全海深多波束，用于测绘海底地形地貌，打破了国外垄断。中科院声学所研制的水声通信，哈尔滨工程大学所研制的水声定位，为载人潜水器的水下作业提供支持。


据中科院深海所海洋装备运行与管理中心主任、海上作业平台建设项目课题负责人唐古拉山表示：“实现水面科考支撑系统的全面国产化，对于我国深海科考事业意义重大。万米载人潜水器的完整系统包括载人潜水器、母船及水面科考支撑系统、深潜器及母船的运维团队三个部分。就我国而言，深海载人潜水器的国产化技术已有很好的积累，正在向全海深发起挑战，深潜器及母船运维团队的人员储备也已成规模。而水面科考支撑系统的成功研发和应用，突破了多项技术壁垒，摆脱了欧美国家在该领域的长期垄断。多型设备属于国内首制，不仅为深海科考装备后续的产业化发展奠定了基础，也为我国船舶工业关键设备的国产化研制起到了很好的示范效应。”


奇招尽出保稳性


在改建和升级工作中，最重要也是最大的难点在于如何保证船舶的最终稳性。


为满足“载人潜水器”海上试验和科学考察需求，“探索二号”安装了一定数量的科考设备及辅助支持系统，包括增加100吨门架、绞车装置、潜水器压载铁等。同时，根据实际科考作业需要，对主甲板下局部舱室布置进行调整，增加了绞车舱、潜器备件及物料间等舱室，用于布置和安装科考绞车和声学设备，如万米多波束等。此外，该船改装完成后还将搭载多型采样器、ROV&ARV及其布放回收系统、海底原位测量系统等海洋科考设备。另外，还将搭载一套视频直播设备，并通过海事卫星系统实现实时信号识别和传送，支持深潜作业过程中的实时远程直播。如此，控制好船舶重心，以达到相关要求标准的同时，保证船舶稳性，成为该改建项目绕不开的问题。


为解决这一难题，设计单位、船厂及船级社等相关各方集思广益，除了尝试常规办法外，还创新采取了一系列非常规措施。例如增设了多个固定淡水压载舱，在任何工况下，只要所有固定淡水压载舱满舱，便可保证船舶具备足够的稳性。同时，还为这6个固定淡水压载舱配备了电测深传感器，可实时查看固定压载舱液位信息，同时还设置了当液位低于98%时的报警系统，以保证随时检测固定压载舱的满舱状态，船舶时刻保持足够稳性。


3月下旬，随着系泊项目的陆续交验，该船进入倾斜试验阶段。船舶倾斜试验，是建造船舶后期重要的试验项目，也是对船舶设计与建造水平能力的一次大考，倾斜试验的结果将直接影响船舶的试航安全。


前期准备阶段，由于空船的多余重量比例过高会影响试验精度，同时未满舱的压载水在试验过程中容易产生晃动，从而影响试验结果。因此，中国船级社（CCS）在试验前一天协同船厂一起对“探索二号”进行了空船状态检查，对多余重量、不足重量等进行逐一核实。在倾斜试验当天，考虑到马尾造船厂码头潮水变化规律，同时为了保证试验精度，CCS验船师与船厂人员再次对空船状态进行复查，果然发现船上有两个液舱存在多余压载水的问题，但由于排水工作一直持续到下午，错过了试验水域第一轮平潮期，第二轮平潮期需等到晚上8点才出现。在等待第二轮平潮期的间隙，CCS验船师组织船厂人员再次对船舶的空船状态进行复核，以确保万无一失。晚上8点，CCS验船师乘坐交通艇绕船对自由漂浮状态下船舶吃水、试验水域密度再次进行测量并记录，保证试验状态下船舶排水量数据的准确性。在接下来的倾斜试验项目中，CCS验船师发现一组试验数据存在误差，根据经验判断造成误差的原因可能是试验时起风，后经过重新试验，最终确保了数据的准确性。


最后，经过各方共同努力，“探索二号”的倾斜试验圆满完成，静待出海试航。


创新服务促增效


“从改造需求论证、详细设计、送退审，到生产设计、建造完工并完成‘探索二号’船舶取证，只用了十五个月时间。该船功能多、建造进度快、试航性能好、建造成本低。在全球PSV等海工船型产能过剩的大背景下，‘探索二号’改建项目帮助船厂缓解了库存船压力，同时又‘多快好省’地获得我国深海科考所急需的船舶资源，该项目实现了船厂和船东的双赢。同时，为我国船舶资源的整合和新的科考船型的开发提供了一条可供参考的全新的思路。”唐古拉山对记者表示。


本次科考船项目创新思维，选择了正在建造中，原本设备及整体性能优秀的弃单船舶进行续建，并同步进行设备研制和改建升级，大幅度缩短了建造周期。然而，由于新冠疫情，本就十分紧凑的改造周期因延误而被压缩，为了保障“探索二号”科考船能参与今年下半年的万米深潜试验，CCS创新工作方式，提高效率，为按时复工复产交船保驾护航。


4月6日，“探索二号”开启了为期6天的试航试验。试航期间正值疫情防控关键期，为保证本次试航的顺利进行，CCS现场项目组加班加点进行系泊试验，并在试航前一周牵头召开了试航前会议，确认各项系泊试验的完成情况，与船厂、船东共同分析梳理试航项目的重点难点，协同各方做好充分的试航准备。


在6天的航行试验中，检验项目十分紧凑，许多试验项目都持续到深夜甚至凌晨，尤其是动力定位（DP）海试及故障模式与影响分析（FMEA）试验均需持续到凌晨四五点，CCS验船师与船厂、船东及设备服务商携手奋战，高效的完成了这两项关键试验项目的报验。4月11日，“探索二号”试航圆满完成。


唐古拉山表示：“海试的35大项试验内容均在CCS检验下高标准通过，船舶的实测数据满足设计要求，也完全满足我们对科学考察和工程海试方面的需求。从某种程度上来说，我们共同开发了一种全新的科考船型，我们很期待，也相信这种新的船型在后续的深海科考中能有很好的发挥”。


“CCS 在项目上抓得紧、抓得细、抓得实，在试验项目上既能严格把握要求，又不生搬硬套，专业有力地保障了船舶的安全。”中科院深海所丁抗所长在试航末次会议上表示。


试航回来后，中科院深海所向CCS提出申请，希望能在4月15日获得证书。常规而言，发证周期一般是试航回来后10～15个工作日，如今要缩短至3个工作日，从工作量来讲难度非常之大。然而，CCS马尾项目组却没有感到意外和压力。项目经理林祥文表示：“其实我们在接收项目之初就已预料到该项目将会比较紧凑和复杂。由于疫情影响，改造工程已经被耽误了35天，如果不抢抓时间，‘探索二号’就可能无法参与今年下半年的万米深潜试验，所以我们的很多工作在早期就已开始同步进行。如针对设备证书、资料不完整的情况，我们提前两三个月就开始请船厂联系厂家补齐相关产品资料，并对设备进行校验，确保其运行正常。此外，我们在检验过程中，同步做好完工发证等文件资料的准备，为后续项目复工的紧凑性和高效性提供保障。”


显然，是前期扎实的准备工作及创新的工作模式，确保了CCS可以在4月15日如期向中科院深海所颁发“探索二号”的全套船舶证书，为该船的后续工作留出了时间。