科技日報記者 代小佩
大洋鉆探船被譽為海洋科技領域的“航空母艦”。我國完全自主研發(fā)設計和建造的“夢想”號是目前全球最先進的大洋鉆探船。從順利完成首次試航到正式入列，再到被寫入2025年政府工作報告，“夢想”號引發(fā)了社會的廣泛關注。
這艘“航空母艦”的總設計師是中船集團高級專家、第七〇八研究所副總工程師張海彬。該船自2023年正式命名以來，歷經(jīng)兩次海試和深海鉆探試驗，即將啟航執(zhí)行深海能源資源勘查任務。日前，張海彬接受科技日報記者采訪，講述這一大國重器的研發(fā)歷程。
全球首創(chuàng)，集成四種作業(yè)模式
記者：“夢想”號由哪幾部分組成？
張海彬：“夢想”號總體由三大系統(tǒng)構成，即船舶平臺系統(tǒng)、鉆采系統(tǒng)和船載實驗室系統(tǒng)。在2023年和2024年兩次試航中，“夢想”號完成了各系統(tǒng)的海試驗證。
目前，“夢想”號正在開展深海鉆探試驗，通過優(yōu)化三大系統(tǒng)的協(xié)同作業(yè)能力，為接下來的深海能源資源勘查任務做準備。
記者：“夢想”號擁有目前全球面積最大、功能最全的船載實驗室。它能用于哪些實驗？
張海彬：“夢想”號配備了總面積超3000平方米的海洋領域全學科船載實驗室。實驗室內的溫度、濕度、磁場和潔凈度等關鍵環(huán)境參數(shù)均可以被精準調控，能夠滿足深海巖心樣品的苛刻實驗要求，在船上就可以實時檢測和分析鉆探獲取的巖心。
記者：“夢想”號不僅在實驗室功能上表現(xiàn)出色，整體性能也達到國際領先水平。與國外現(xiàn)役大洋鉆探船相比，“夢想”號的優(yōu)勢是什么？
張海彬：在“夢想”號問世前，國際上有兩艘運營的大洋鉆探船。它們分別是美國的“決心”號與日本的“地球”號。
“決心”號的噸位約為1萬總噸，運營成本較低，但船型和設備老舊，最大鉆深9150米，僅有一種鉆探作業(yè)模式。“地球”號的最大鉆深為10000米，有兩種鉆探作業(yè)模式，但噸位約5.7萬總噸，運營成本高昂。它每年用于大洋科學鉆探的時間十分有限，大部分時間需通過商業(yè)性油氣勘探來補貼成本。
“夢想”號噸位為3.3萬總噸，最大鉆深達11000米，集成全球獨有的四種鉆探作業(yè)模式，可以針對不同海域和地質情況選擇最優(yōu)鉆探作業(yè)方案。“夢想”號既具有“決心”號的“小噸位”特征，又具有比“地球”號更強的作業(yè)能力。
記者：“打穿莫霍面、進入上地幔”是地球科學界探索地球內部結構的終極目標之一。莫霍面是地殼與地幔的分界面，平均深度約17公里，但人類至今未通過鉆探直接觸及。“夢想”號如何助力實現(xiàn)這一科學夢想？
張海彬：要實現(xiàn)海底鉆穿莫霍面，需克服兩大核心挑戰(zhàn)，一是大洋鉆探船的鉆采系統(tǒng)需具備萬米級作業(yè)能力，二是大洋鉆探船需具有超高的作業(yè)效率。針對這兩點，“夢想”號從鉆采系統(tǒng)和鉆材存儲轉運兩方面實現(xiàn)了突破。
我們團隊集成研發(fā)了液壓舉升鉆采系統(tǒng)，其大鉤載荷907噸，能安全操作總長11000米的鉆桿。“夢想”號全球獨有的四種鉆探作業(yè)模式，可將綜合鉆探效率提升40%以上。
同時，我們設計了可拆式模塊化鉆材堆場，配合通用移運設施，可實現(xiàn)11000米鉆桿在甲板與井架間的無人化調度。井架內設三鉆桿立根存儲區(qū)，相當于為鉆桿打造出“立體車庫”，大幅縮短鉆材移運和連接時間，保障鉆探作業(yè)高效連續(xù)進行。
巧妙設計，“小噸位”實現(xiàn)“多功能”
記者：為什么提出“小噸位、多功能、模塊化”的設計理念？
張海彬：我們主要基于三方面考慮。一是控制船舶噸位規(guī)模，降低建造成本與日常運維支出；二是控制船舶吃水深度，提升其航道通行和碼頭停靠適應性；三是控制船舶高度，使其能夠滿足深中大橋的安全通行要求。
“多功能”目標旨在兼顧大洋科學鉆探、深海油氣勘探和天然氣水合物勘查試采等多種任務。“模塊化”目標則是通過可重構的鉆材堆場、通用移運設施及標準化接口設計，在有限噸位內集成四種鉆探作業(yè)模式。
可以說，“多功能”是“夢想”號的核心建造目標，而“模塊化”是以“小噸位”實現(xiàn)“多功能”的關鍵技術途徑。
記者：為使“小噸位”實現(xiàn)“多功能”，您和團隊做了哪些努力？
張海彬：我以控制船舶高度為例來說明。為了滿足深中大橋76.5米通航凈空限制要求，我們通過三大技術創(chuàng)新對“夢想”號的總高進行了精準控制。
首先是讓船體下沉。我們采用連體雙月池設計，在船體鉆臺區(qū)域下挖4米多的空間，使鉆臺高度降低20%以上。
其次是給井架“瘦身”。我們以液壓舉升鉆機替代傳統(tǒng)電驅鉆機，并通過優(yōu)化立根存儲區(qū)布置，在實現(xiàn)三鉆桿立根高效連接和存儲功能的基礎上，將井架高度壓縮至52.4米。
再次是透氣管的折疊設計。我們設計了液壓驅動可折疊式透氣管，其在“夢想”號航行過橋時放倒，作業(yè)時豎立，既滿足深中大橋通行需求，又可實現(xiàn)排放鉆探危險氣體功能。這一動態(tài)平衡設計使“夢想”號成為全球首艘兼具萬米鉆探能力和通航靈活性的大洋鉆探船。
記者：如何使“夢想”號能夠抵御16級臺風并在6級海況中作業(yè)？
張海彬：我們從穩(wěn)性安全、結構安全和運動控制三方面進行了突破。
在穩(wěn)性安全方面，我們通過風洞試驗準確測定了船舶的風載荷，并通過優(yōu)化船型尺度和控制重心高度來提升船舶穩(wěn)性性能，使“夢想”號即使遭遇16級超強臺風也不會傾覆。
在結構安全方面，我們采用水動力仿真與有限元分析技術，精準計算臺風海況下的波浪載荷，優(yōu)化船體應力分布，兼顧了結構安全與重量控制。
在運動控制方面，我們通過優(yōu)化船型和阻尼技術，使船舶運動固有周期遠離波浪周期，減少垂向運動。同時，“夢想”號搭載的DP-3級動力定位控制系統(tǒng)，融合了北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)、GPS（全球定位系統(tǒng)）及海中的超短基線聲學定位系統(tǒng)，可以實時調控推進器對抗風浪，即使在6級海況中也可以維持船舶的水平運動，確保鉆探作業(yè)順利進行。
記者：“夢想”號采用完全自主獨立研發(fā)模式，如何理解這一模式？
張海彬：可以簡單理解為“從方案構思到設計藍圖全部由中國人獨立完成”。在“夢想”號問世前，我國設計建造的最接近大洋鉆探船的項目是海洋油氣鉆井平臺，但其基本設計大部分依賴國外公司。
與海洋油氣鉆井平臺不同，“夢想”號大洋鉆探船除了具備深海油氣勘探功能外，還具備天然氣水合物勘查試采、大洋科學鉆探取心和船載實驗功能，作業(yè)系統(tǒng)更復雜，研發(fā)設計難度更大。
不過，研發(fā)團隊沒有被困難嚇倒。我們充分利用以往項目的技術積累，同時發(fā)揮參研和參建單位的技術力量，與全國150余家單位團結協(xié)作、開拓創(chuàng)新，攻克了一個又一個世界級技術難題，實現(xiàn)了我國超深水鉆探裝備從“依賴國外基本設計”到“完全獨立自主設計”的重大突破。
大膽放手，青年人才勇挑大梁
記者：“夢想”號研發(fā)團隊成員非常年輕。青年人才在設計中發(fā)揮了哪些作用？
張海彬：“夢想”號項目啟動立項論證時，我們團隊成員的平均年齡僅31歲。青年人才思路開闊、敢于創(chuàng)新，成為解決關鍵技術問題的重要力量。比如，他們提出的等效安全設計方案解決了鋁制直升機平臺與駕駛室防火安全公約沖突的難題。
按照國際公約，“夢想”號鋁制直升機平臺下方駕駛室19扇大型舷窗需配備鋼質防火窗蓋，但每次直升機起降都需裝卸重達100公斤的窗蓋，既耗時又影響航行視野。團隊里的青年科研人員轉換思路，在鋁制直升機平臺底部加裝帶集油槽的永久性鋼質保護層，從源頭控制燃油泄漏風險，既滿足防火安全要求，又避免頻繁拆裝。
記者：在培養(yǎng)青年人才上，您有哪些創(chuàng)新做法？
張海彬：我充分發(fā)揮中船集團第七〇八研究所研究生培養(yǎng)點的平臺優(yōu)勢，采用校企合作模式大力培養(yǎng)年輕人。在該模式下，青年學生在完成高校學位課程學習后，將圍繞工程實際問題開展研究工作并撰寫學位論文，實現(xiàn)理論與實踐的深度融合。目前，通過這一模式，我們團隊已培養(yǎng)出7名青年人才。
同時，我們根據(jù)船舶研發(fā)的多學科交叉特點，選拔具備總體、結構、舾裝等多專業(yè)背景的技術骨干，通過系統(tǒng)的專業(yè)培訓，助力他們成長為總師型人才。這些業(yè)務多面手掌握多領域知識，能夠組織團隊協(xié)同攻關，推動船舶研發(fā)設計取得突破。
此外，我主張打破資歷限制，破格任用優(yōu)秀青年人才，并為他們配備資深專家進行一對一指導。
記者：您覺得船舶行業(yè)在引進、培養(yǎng)、使用人才方面存在哪些亟待解決的問題？您對此有什么建議？
張海彬：首先是高技術復合型人才比較缺乏。如今，船舶行業(yè)向綠色化、數(shù)字化、智能化方向快速發(fā)展，迫切需要跨學科、跨專業(yè)復合型人才。其次是當前船舶行業(yè)吸引力稍顯不足，人才易流失。特別是船廠工作環(huán)境艱苦、工作強度大，一線人員普遍平均年齡較大，年輕人占比不足。行業(yè)薪資待遇缺乏競爭力，難以吸引高端人才。另外，國際化人才儲備不足，船舶行業(yè)對具備國際視野、跨文化交流能力的人才需求迫切，但現(xiàn)有培養(yǎng)體系難以滿足。
針對上述問題，建議加強校企合作，推動高校與企業(yè)共建產學研平臺，培養(yǎng)兼具理論素養(yǎng)和實踐能力的復合型人才；完善人才引進激勵機制，加大高端人才引進力度，吸引更多高技術人才投身船舶和海洋工程裝備領域；加強國內外高校合作，促進人才培養(yǎng)模式改革與創(chuàng)新，助力培養(yǎng)具有國際視野的高端人才。
【記者手記】
說話輕柔、慢條斯理，是很多人對張海彬的第一印象。這樣一位“慢”系總師卻帶領研發(fā)團隊實現(xiàn)了我國超深水鉆探裝備自主研發(fā)設計的重大突破。
在張海彬看來，科學研究主要有兩種驅動力：一是興趣，二是使命。如果說興趣領他走入深海裝備設計領域，那么使命則推動他走得更遠。
2004年，張海彬從哈爾濱工程大學船舶工程學院畢業(yè)。從大學本科到博士研究生階段，近9年的專業(yè)學習為他打下了堅實的理論基礎，讓他積累了深厚的專業(yè)知識。
20世紀90年代，我國加入國際大洋鉆探計劃，但只能“借船出海”，研究條件受限，科學家們渴望擁有自己的大洋鉆探船。這一現(xiàn)狀深深觸動了尚在求學的張海彬。2014年，在參觀美國“決心”號大洋鉆探船后，張海彬深感責任重大。他決心為中國科學家研發(fā)一艘用得起、用得好的大洋鉆探船。
正是這種使命感讓張海彬在面對“夢想”號自主研發(fā)難題時，勇于創(chuàng)新，努力突破技術瓶頸。
在“夢想”號研發(fā)過程中，張海彬秉承“小噸位、多功能、模塊化”的設計理念，在小噸位船型尺度限制下實現(xiàn)多種功能。“這好比在螺螄殼里造道場，是前所未有的挑戰(zhàn)。”他說。
不過，張海彬和研發(fā)團隊沒有退縮，而是迎難而上，最終突破了十大類五十余項關鍵核心技術，完成了多項國際首創(chuàng)設計。
“一定不要輕言放棄，如果一條路走到死胡同了，可以回到原點，尋找是否有更好的路；也不要抱怨各種限制條件，往往在各種限制條件下的創(chuàng)新才更精彩。”張海彬的話輕柔但有力。
海洋科技領域發(fā)展迅速，張海彬時刻關注技術變革趨勢。這使他能夠將新技術、新理念應用到“夢想”號研發(fā)設計中，如采用全球首創(chuàng)的DP-3級蓄能閉環(huán)電網(wǎng)，顯著提升了船舶電網(wǎng)和動力定位系統(tǒng)的經(jīng)濟性、穩(wěn)定性和可靠性。
功成不居，謙虛前行。在“夢想”號正式入列后，張海彬作為“夢想”號總設計師，不時接受采訪。面對如潮贊譽，他多次說，“夢想”號自主研發(fā)設計的成功是我國在船舶與海洋工程裝備領域精心策劃、持續(xù)投入的結果。
