打破國外壟斷！中國海洋科技領(lǐng)域“航母”鉆穿地殼，最大鉆深11000米

今年“五一”前夕，中船集團(tuán)第七〇八研究所副總工程師、中國首艘大洋鉆探船“夢(mèng)想”號(hào)總設(shè)計(jì)師張海彬，與研發(fā)團(tuán)隊(duì)代表一同接受表彰。憑借一艘“夢(mèng)想”號(hào)，張海彬個(gè)人獲2026年全國五一勞動(dòng)獎(jiǎng)?wù)拢邪l(fā)團(tuán)隊(duì)則榮獲全國工人先鋒號(hào)。

“夢(mèng)想”號(hào)總噸33000、總長(zhǎng)179.8米、型寬32.8米、續(xù)航力15000海里、載員180人，具備全球海域無限航區(qū)作業(yè)能力，并達(dá)到最大鉆探深度11000米。

這艘被寫入政府工作報(bào)告的“傳奇”之船，由中國自主研發(fā)設(shè)計(jì)并建造，是目前全球最先進(jìn)的大洋鉆探船。大洋鉆探船技術(shù)門檻非常高，被譽(yù)為海洋科技領(lǐng)域的“航空母艦”。在“夢(mèng)想”號(hào)橫空出世之前，全球僅有兩艘大洋鉆探船在運(yùn)營，分別是美國的“決心”號(hào)和日本的“地球”號(hào)。那時(shí)，中國科學(xué)家進(jìn)行大洋科學(xué)鉆探，都是靠租借美國的“決心”號(hào)。

“夢(mèng)想”號(hào)。

小身材，大夢(mèng)想

科學(xué)家們執(zhí)著于大洋科學(xué)鉆探，是因?yàn)樗谴蜷_“地球之門”——“莫霍面”的“鑰匙”。

“莫霍面”是地球地殼與地幔之間的分界面，打穿“莫霍面”是探究地震、火山活動(dòng)等重要地質(zhì)過程的關(guān)鍵。張海彬介紹，整個(gè)地球的地殼平均厚度約17公里，但海上和陸地上的分布不均勻，陸地上可能達(dá)33公里，海上卻只有6公里左右。當(dāng)年的“科拉超深鉆”只鉆到了陸殼的三分之一，距離“莫霍面”還有相當(dāng)遠(yuǎn)的距離。如果在海上鉆探同樣的深度，就非常容易鉆到莫霍面了。

2014年初，在中國第二次大洋科學(xué)鉆探起航前，張海彬登上了“決心”號(hào)參觀，從中國科學(xué)家那里得知：我國除了要繳納高昂的費(fèi)用，面臨上船名額受限外，還不能把鉆取的巖芯帶回自己的國家，只能在船上開展科學(xué)實(shí)驗(yàn)。這種受制于人的處境，讓張海彬有了研發(fā)我們自己的大洋鉆探船的夢(mèng)想。

彼時(shí)，張海彬已經(jīng)有了中國首座第六代深水鉆井平臺(tái)等海洋油氣開發(fā)裝備的研發(fā)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，但面對(duì)這艘中國科學(xué)界心心念念的大洋鉆探船，他依然感到壓力巨大。

“‘夢(mèng)想’號(hào)與油氣鉆井平臺(tái)不同，除了具備海洋油氣勘探功能之外，還具備天然氣水合物勘查試采、大洋科學(xué)鉆探取心和船載實(shí)驗(yàn)功能，作業(yè)系統(tǒng)更復(fù)雜，研發(fā)設(shè)計(jì)難度更大。并且，不像別的船可以有母型船借鑒，這艘船要走國內(nèi)獨(dú)立自主研制的路線，完全是從零開始自主研發(fā)。”張海彬說。

更重要的是，科學(xué)界對(duì)“夢(mèng)想”號(hào)的期待極高，希望同時(shí)實(shí)現(xiàn)運(yùn)營成本低和作業(yè)能力強(qiáng)的目標(biāo)。

要想讓鉆探深度達(dá)11000米，“夢(mèng)想”號(hào)必須攜帶1100多根9米多長(zhǎng)的鉆桿，同時(shí)，它要實(shí)現(xiàn)多種作業(yè)功能，作業(yè)能力更強(qiáng)。而且，大洋科學(xué)鉆探屬于公益性的科學(xué)研究活動(dòng)，出于控制運(yùn)營成本的考慮，船舶尺度規(guī)模要盡可能小，總噸要控制在33000，而且為減少補(bǔ)給次數(shù)，自持力要達(dá)到120天，可變載荷要超15000噸。這些矛盾的要求，堪稱“魚與熊掌兼得”。

面對(duì)“不可能完成的任務(wù)”，張海彬與團(tuán)隊(duì)成員迎難而上，用“十年磨一劍”的精神，從2015年啟動(dòng)立項(xiàng)論證，歷經(jīng)可行性研究、初步設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)、建造海試，再到2024年建成交付，“夢(mèng)想”號(hào)成功實(shí)現(xiàn)看起來“矛盾”的要求，成為全球最先進(jìn)的大洋鉆探船，有望助力科學(xué)家們首次實(shí)現(xiàn)“打穿地殼、進(jìn)入地球深部”的科學(xué)夢(mèng)想。

張海彬與團(tuán)隊(duì)成員。

精益求精，不留遺憾

中船七〇八所研究員、“夢(mèng)想”號(hào)副總設(shè)計(jì)師趙建亭從深水鉆井平臺(tái)開始就與張海彬并肩作戰(zhàn)，一起合作了20余年。他介紹，張海彬平時(shí)性格溫和，但在工作上卻死磕挑戰(zhàn)，精益求精，總想把事情做到最好。

這種精神在“夢(mèng)想”號(hào)的研發(fā)設(shè)計(jì)過程中屢屢展現(xiàn)出來。比如，光是船體高度這件事，就曾困擾團(tuán)隊(duì)兩年時(shí)間。

“夢(mèng)想”號(hào)的母港位于廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局科考碼頭，出海作業(yè)要通過深中大橋，因此水面以上的高度不能超過76.5米，這對(duì)于高度一般超過百米的鉆探船而言是巨大的挑戰(zhàn)。

在一次次的頭腦風(fēng)暴中，張海彬帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)在全球范圍內(nèi)首次提出兼具油氣勘探和巖芯鉆取功能的液壓鉆機(jī)配置方案，用液壓鉆機(jī)代替了傳統(tǒng)的電驅(qū)鉆機(jī)，不僅功能強(qiáng)大，更“削”低了井架高度。

同時(shí)，在一夜夜的輾轉(zhuǎn)反側(cè)中，團(tuán)隊(duì)成員大膽提出下沉式月池的設(shè)想。

“大洋鉆探船在極端情況下，要能承受海上的強(qiáng)臺(tái)風(fēng)，對(duì)船體強(qiáng)度要求極高，如船肚子是中空的，必然會(huì)影響結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，因此下沉式月池方案前所未有。通過數(shù)百次仿真模擬和海量數(shù)據(jù)分析，我們最終確定了下沉式連體雙月池設(shè)計(jì)方案，讓鉆臺(tái)高度再降20%。”張海彬說。

就在大家沉浸在攻克難題的喜悅中時(shí)，現(xiàn)實(shí)又給整個(gè)團(tuán)隊(duì)“當(dāng)頭一棒”——鉆探作業(yè)時(shí)可能會(huì)有可燃?xì)怏w冒出，井架頂端必須安裝數(shù)米長(zhǎng)的透氣管，但此時(shí)井架和鉆臺(tái)已“降無可降”，再加上這幾米，“夢(mèng)想”號(hào)又超高了。

“那時(shí)候確有‘山窮水盡’的感覺，團(tuán)隊(duì)里也有氣餒的聲音，覺得要求太高難以實(shí)現(xiàn)，甚至船東都表示，干脆減少井架內(nèi)預(yù)接存儲(chǔ)鉆桿的數(shù)量，從三根變?yōu)閮筛@樣會(huì)犧牲作業(yè)效率，但井架高度可以大幅降低。”張海彬回憶。

但作為總設(shè)計(jì)師，張海彬覺得不甘心：“如果妥協(xié)了，‘夢(mèng)想’號(hào)就不是全球最先進(jìn)的大洋鉆探船，此前所有追求作業(yè)效率的努力也會(huì)功虧一簣。”他告訴團(tuán)隊(duì)成員，再堅(jiān)持想想辦法，絕不在關(guān)鍵性能上留下遺憾。

他帶著團(tuán)隊(duì)成員翻閱船級(jí)社規(guī)范，以及鉆井作業(yè)的規(guī)程與要求，最終又找到了突破口，創(chuàng)新的點(diǎn)子靈光乍現(xiàn)——透氣管只有在作業(yè)時(shí)才需要，既然這樣，就做一個(gè)可折疊的設(shè)計(jì)，船舶在航行時(shí)就把透氣管收起來。通過這一方案，團(tuán)隊(duì)終于又迎來“柳暗花明”。

類似這樣的創(chuàng)意閃現(xiàn)還有很多：為了實(shí)現(xiàn)生活樓與實(shí)驗(yàn)樓之間的自然采光，借鑒景區(qū)玻璃棧道，創(chuàng)新設(shè)計(jì)了一種帶防水玻璃窗的格柵走道平臺(tái)，兼顧了自然采光、遮擋雨水和安全性需求；為了解決鋁質(zhì)直升機(jī)平臺(tái)防火難題，提出帶集油槽的鋼質(zhì)保護(hù)層設(shè)計(jì)方案，替代了百斤重的駕駛室窗防火窗蓋，永久免除了船員頻繁安裝和拆除鋼質(zhì)窗蓋的工作……

張海彬還提出“小噸位、多功能、模塊化”設(shè)計(jì)理念，他研究了不同作業(yè)系統(tǒng)的共性和個(gè)性需求，采用“共性系統(tǒng)固定搭載、個(gè)性系統(tǒng)機(jī)動(dòng)搭載”的技術(shù)路徑，國際上首次在同一艘船上實(shí)現(xiàn)了四種鉆探模式和三種取心方式，以“小噸位”實(shí)現(xiàn)了“多功能”，完美兼顧了大洋科學(xué)鉆探、深海油氣勘探和天然氣水合物勘查試采等多種作業(yè)功能。

在整個(gè)攻關(guān)過程中，張海彬帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)突破了十大類50余項(xiàng)關(guān)鍵核心技術(shù)。正如他所說：“限制條件從來不是枷鎖，而是創(chuàng)新的催化劑，正是這些看似無解的難題，逼著我們跳出思維定勢(shì)，找到更優(yōu)的解決方案。”

“夢(mèng)想”號(hào)。

青絲成雪，終有回報(bào)

今年50歲的張海彬，頭上已經(jīng)有了許多白發(fā)，但十多年前，他剛接手“夢(mèng)想”號(hào)項(xiàng)目時(shí)，還是滿頭黑發(fā)。

趙建亭告訴記者，“夢(mèng)想”號(hào)研發(fā)建造過程中，有150余家參研參建單位，在不同階段，不同單位都有不同的挑戰(zhàn)和難題需要克服。

“作為總設(shè)計(jì)師，張海彬每天要面對(duì)許多不同專業(yè)，每個(gè)專業(yè)每天都會(huì)遇到各種問題，這些問題會(huì)匯總到張海彬這里，由他協(xié)調(diào)解決。毫不夸張地說，他每天都要面對(duì)N個(gè)問題，要工作至深夜，是我們當(dāng)中最晚入眠的那個(gè)。”趙建亭說。

項(xiàng)目在不同階段有不同工作模式，比如初步設(shè)計(jì)和投資概算審查階段，張海彬經(jīng)常凌晨5點(diǎn)起床，乘坐最早的飛機(jī)前往北京與項(xiàng)目申報(bào)單位溝通，第二天又要趕到廣州與項(xiàng)目實(shí)施單位交流，聽取各方意見，然后連夜完善技術(shù)資料，一直工作到凌晨，再小瞇一會(huì)兒，然后就早起開會(huì)匯報(bào)。結(jié)束后，當(dāng)天他又乘最晚一班飛機(jī)飛回上海，因?yàn)楹竺孢€有工作等著他……

除了體力上的消耗，十年時(shí)間里，張海彬的心里一直壓著一塊大石頭——“夢(mèng)想”號(hào)重量重心控制能否達(dá)到預(yù)期。

重量重心關(guān)乎到“夢(mèng)想”號(hào)總體性能和作業(yè)指標(biāo)能否實(shí)現(xiàn)，對(duì)于沒有任何母型船可以借鑒的首制船，特別是配置了復(fù)雜作業(yè)系統(tǒng)的船舶來說，難度非常之大。國內(nèi)外有不少船舶重量重心控制失敗的案例，為了保持穩(wěn)性和作業(yè)能力，而不得不采取在船體上增設(shè)浮箱、配置壓鐵等措施，增加建造和運(yùn)營成本。

可以說，重量重心控制關(guān)乎著“夢(mèng)想”號(hào)的成敗。張海彬帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)協(xié)同船廠以及各系統(tǒng)設(shè)備供應(yīng)商，在研發(fā)設(shè)計(jì)、設(shè)備采辦和施工建造中采取了全過程精細(xì)化重量重心管控機(jī)制。

2024年6月，經(jīng)最終傾斜試驗(yàn)測(cè)定，“夢(mèng)想”號(hào)空船重量比控制目標(biāo)降低了1%，重心高度降低了2%，重心縱向和橫向位置偏差控制在千分之二以內(nèi)，這意味著實(shí)船重量重心控制比預(yù)期更好。那一刻，張海彬一直懸著的心才算落了下來。

2024年11月，“夢(mèng)想”號(hào)在廣州正式入列。看著陽光下熠熠生輝的“夢(mèng)想”號(hào)，張海彬心情非常激動(dòng)，在團(tuán)隊(duì)的共同努力下，中國人完全獨(dú)立自主研發(fā)設(shè)計(jì)和建造的大洋鉆探船終于成為現(xiàn)實(shí)，在那一刻感到付出的所有辛苦都非常值得，大家的努力終于換來了夢(mèng)想成真！

那天，中共中央總書記、國家主席、中央軍委主席習(xí)近平發(fā)來賀信，表示熱烈祝賀。這封賀信也讓張海彬與研發(fā)團(tuán)隊(duì)感到無比自豪，激發(fā)了他們繼續(xù)努力、在科技自立自強(qiáng)上取得更多突破的斗志。

如今，“夢(mèng)想”號(hào)已完成了鉆采系統(tǒng)、船載實(shí)驗(yàn)室與船舶平臺(tái)協(xié)同工作能力測(cè)試，接下來將按計(jì)劃執(zhí)行深海能源資源勘查、試采和大洋科學(xué)鉆探等任務(wù)。而張海彬在接手新項(xiàng)目的同時(shí)，還帶著原班人馬成立“夢(mèng)想”號(hào)運(yùn)維保障團(tuán)隊(duì)，將全力做好“夢(mèng)想”號(hào)運(yùn)維過程中的技術(shù)服務(wù)和保障工作，助力“夢(mèng)想”號(hào)在深海和深地科學(xué)研究領(lǐng)域產(chǎn)出重大科技成果，推動(dòng)海洋強(qiáng)國和科技強(qiáng)國建設(shè)。

• 信息來源：上觀新聞。

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