深海海底蘊(yùn)藏的多金屬硫化物礦床、稀土金屬礦產(chǎn)等資源非常豐富，但要想在那里采礦卻非常困難，需要借助各種先進(jìn)的技術(shù)和設(shè)備。2024年7月底，我國自行研制的“開拓二號(hào)”深海多金屬硫化物采礦車工程樣機(jī)成功完成海試。這意味著我國深海采礦技術(shù)和設(shè)備已處于世界先進(jìn)水平，水晶宮的大門已向我們打開。

海底有個(gè)聚寶盆

“開拓二號(hào)”大致由行進(jìn)系統(tǒng)、鉆采系統(tǒng)、感知系統(tǒng)?、控制系統(tǒng)、布放回收系統(tǒng)、環(huán)境綜合監(jiān)測設(shè)備等部分組成。它長6米，寬3米，高2.5米，設(shè)計(jì)水深6000米，它在陸地上的重量約為14噸，在水中的重量約5.6噸。

此次海試，它連續(xù)在6級(jí)風(fēng)和4級(jí)海況的條件下成功完成了5次著底采礦，海試水深首次突破4000米，最深達(dá)到4102.8米，并且還順利取回了200多千克的深海多金屬結(jié)殼、結(jié)核和硫化物。

全世界的海洋海底大約有15%都被多金屬結(jié)核和結(jié)殼所覆蓋。多金屬結(jié)核又被稱為“錳結(jié)核”，是一種由包圍核心的鐵、錳氫氧化物殼層組成的核形石。它因?yàn)樾螒B(tài)為一層層的同心圓結(jié)核狀，并且富含鐵、錳、鎳、鈷、銅等多種金屬元素而得名。深海多金屬結(jié)殼則大多以“殼狀”的形態(tài)生長于大洋深處的硬質(zhì)基巖上，其內(nèi)富含錳、鈷、鉑、鎳、鉛、金、鈦、鈰等金屬元素。

我們?cè)谏a(chǎn)高級(jí)激光系統(tǒng)及激光設(shè)備、超導(dǎo)體、太陽能電池、航空航天器材等諸多方面都需要大量的金屬元素；而在陸地上，鈷、鉑等屬于較為稀缺的金屬元素。簡單地說，深海多金屬結(jié)核和結(jié)殼富含的這些金屬元素已經(jīng)讓它們成了重要的深海戰(zhàn)略性礦產(chǎn)資源。

定位布放不容易

在深海采礦，除了“開拓二號(hào)”采礦車本身之外，搭載在其上的各種光學(xué)、聲學(xué)探測設(shè)備及各種管線、接口等都需要耐受得住深海的巨大水壓力。

水的壓力（P）按照公式計(jì)算是等于水的密度（ρ）乘重力加速度（g）再乘水深（h）；但各個(gè)海區(qū)的海水密度并不相同，以潛艇為例，它下潛至1000米時(shí)，施加在潛艇表面上的壓力就有100個(gè)左右的標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，相當(dāng)于每平方厘米受到水壓超過100千克；而“開拓二號(hào)”到達(dá)4000米深海時(shí)，海水壓力理論上大約是39.2兆帕，約400個(gè)大氣壓的壓力。簡單地說，一個(gè)成人在4000米深的海底所受的壓力相當(dāng)于20個(gè)火車頭壓在他的身上。

顯而易見，即便是對(duì)于重達(dá)14噸的“開拓二號(hào)”采礦車進(jìn)行布放也并不是一件容易的事。此次海試，“開拓二號(hào)”由“向陽紅03”號(hào)科考船搭載出海。“向陽紅03”號(hào)雖然是一艘4500噸級(jí)，配置有船載操控支撐等高科技裝備的科學(xué)考察船；但是，在現(xiàn)實(shí)中并沒有現(xiàn)成的能夠承受數(shù)千米巨大水壓和十幾噸拉扯力的用于連接“開拓二號(hào)”和科考船的線纜。如果使用傳統(tǒng)鋼纜，按照設(shè)計(jì)要求，6000米的深度其鋼纜本身的重量就會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過“開拓二號(hào)”的自重，因此到達(dá)一定深度之后就基本無法實(shí)施布放。

于是，我國科研人員自主研發(fā)了一款“非金屬芳綸材料光電復(fù)合臍帶纜”。芳綸是一種合成纖維，具有優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性，能夠抵抗弱酸、弱堿及大部分有機(jī)溶劑的侵蝕。同時(shí)它還具有超高強(qiáng)度、高模量和重量輕等纖維特性，在航空航天領(lǐng)域被大量使用；而光電復(fù)合臍帶纜則是一種將電能傳輸、光纖通信功能綜合在一起的集成混合臍帶纜。簡而言之，這就是一種采用芳綸纖維制造的具有超高強(qiáng)度并集合了電能傳輸和光纖通信功能的復(fù)合纜繩。

實(shí)踐證明，在“開拓二號(hào)”的布放過程中科學(xué)家利用智能精細(xì)控制技術(shù)進(jìn)行了智能路徑規(guī)劃，完全實(shí)現(xiàn)了采礦車的深水精準(zhǔn)定位。

環(huán)境保護(hù)別忘了

眾所周知，深海海底的地形復(fù)雜情況要遠(yuǎn)超陸地。“開拓二號(hào)”不可避免地要遇到硬石、稀軟的工作環(huán)境，甚至還會(huì)面臨陡坡、崎嶇不平的工作環(huán)境。同時(shí)，多金屬結(jié)核等礦產(chǎn)又大多半埋在海底。因此，我國科學(xué)家要面臨的問題是既要讓“開拓二號(hào)”在硬石或崎嶇的海底安全行進(jìn)，又要使得它在稀軟的海床上不會(huì)出現(xiàn)打滑等情況，還需要它能夠跨越一定度數(shù)的陡坡。更重要的是，“開拓二號(hào)”還必須完成一邊行進(jìn)一邊采集礦產(chǎn)的任務(wù)。

為此，科學(xué)家給“開拓二號(hào)”設(shè)計(jì)了4條動(dòng)力強(qiáng)勁的智能履帶。它的每1條履帶都能自主根據(jù)海底實(shí)際地形實(shí)時(shí)調(diào)整方向和狀態(tài)，定位精度可達(dá)厘米級(jí)。遇到實(shí)在無法越過的障礙，“開拓二號(hào)”就會(huì)自行選擇路線繞行。

在全世界范圍內(nèi)，深海采礦可能對(duì)環(huán)境造成的不利影響越來越受到大家的重視。我國科學(xué)家特意將我們自主研發(fā)的深海環(huán)境監(jiān)測裝置搭載在“開拓二號(hào)”上并進(jìn)行布放。這樣，我們就獲得了深海采礦對(duì)海洋環(huán)境的擾動(dòng)、揚(yáng)塵、羽狀流等的第一手資料，對(duì)后續(xù)環(huán)境保護(hù)工作的開展意義重大。

所謂羽狀流，是指由河流、風(fēng)或海底地質(zhì)活動(dòng)攜帶的沉積物，在海洋或湖泊等水體中形成的懸浮顆粒物羽狀分布現(xiàn)象。當(dāng)然，在這里我們主要是指海底采礦形成的羽狀流。海底采礦自然會(huì)攪動(dòng)海底沉積物，使它們懸浮在海水中，形成羽狀流現(xiàn)象。它可能會(huì)改變海水的透明度、營養(yǎng)鹽和微生物分布等環(huán)境因素，從而對(duì)海洋生物的生長和繁殖產(chǎn)生影響。

“開拓二號(hào)”深海多金屬硫化物采礦車工程樣機(jī)成功完成海試，實(shí)際上只是我國實(shí)施商業(yè)化開采深海海底礦產(chǎn)資源的第一步。也就是突破了核心裝備，深海采礦設(shè)備的研發(fā)；但對(duì)于商業(yè)開采來說，除了深海采礦車之外，還需要超長距離的礦產(chǎn)輸送管道及完善的水面支持系統(tǒng)等。