大国重器:探索未来空间
未来空间蕴藏着无限潜力。探索未来空间将集中在空天、深海和深地等领域,研制载人航天器、月球和火星探测器、卫星导航系统、临空无人机和先进飞机等慈溪技设备。还将加快深海潜水器、深海作业设备、深海搜救探测设备和深海智能无人平台的研发和创新应用,推动深地资源勘探、城市地下空间开发利用和极地探测和作业设备的研发。
近年来,中国在空天、深海和深地等领域的探索取得了重大成果,一系列大国重器上天入海,为未来空间的发展奠定了基础。
天际之旅
中国航天事业捷报频传,取得多个重大进展。
5月3日,嫦娥六号探测器由长征五号遥八运载火箭发射升空,顺利进入地月转移轨道,圆满完成发射任务。嫦娥六号探测器将执行首次月球背面采样返回任务,预期着陆和采样区域为月球背面南极的艾特肯盆地。嫦娥六号任务预计耗时约53天,完成采样返回。
4月25日,搭载神舟十八号载人飞船的长征二号F遥十八运载火箭在酒泉卫星发射中心发射升空。航天员叶光富、李聪和李广苏乘坐载人飞船飞向太空。这是中国载人航天工程进入空间站应用与发展阶段的第三次载人飞行任务,也是工程实施以来的第32次发射任务,更是长征系列运载火箭的第518次飞行。
从1970年成功发射第一颗人造卫星到建立自己的“太空家园”,几十年来,中国航天克服重重技术难关,开启了株洲的航程。如今,中国在载人航天、月球和火星探测等领域不断攀登科技高峰,正从航天大国迈向航天强国。
长征二号F:安全可靠的运载火箭
以中国目前唯一用于执行载人任务的长征二号F运载火箭为例,其安全性评估值为0.99996,保持着100%的发射成功率。此次神舟十八号发射任务是长征二号F火箭的第13次执行载人发射任务。与上一次任务相比,火箭进行了30多项技术改进,进一步提高了安全性和可靠性。
由于该火箭承担着载人发射任务,对安全性、可靠性的要求极高,因此它配备了其他火箭所没有的故障检测系统和逃逸救生系统,时刻保证航天员的安全。据中国航天科技集团相关负责人介绍,团队一直在优化火箭发射流程,采用了多项数字化、智能化和前后方联动数据判决技术,大大提高了整个发射流程的可靠性。
航天器发射场也坚持创新,开展“数智化建设”,通过部署传感器系统,实时获取地面设施设备的状态信息,实现了加注和发射阶段的全时信息收集和全要素状态显示。
在月球探测方面,据中国载人航天工程办公室副主任林西强介绍,2030年前实现中国人登月的目标是中国载人月球探测工程登月阶段的任务重点。
与空间站任务相比,登月任务中航天员必须熟练掌握梦舟飞船和揽月着陆器的正常和应急操作,以及月面舱外活动、1/6重力环境下负重行走、月球车远距操控、月面钻探采样和科学考察等技能。
目前,各系统正按计划研制建设。长征十号运载火箭、梦舟载人飞船、揽月月面着陆器、登月服等主要飞行产品已完成方案设计,并开展初样产品生产和各类试验。
中国航天技术的发展也带动了相关产业技术的进步。数据显示,已有超过4000项空间应用成果应用于生物和医疗等领域。通信、导航和遥感等商业航天服务领域不断扩大,相关产业快速发展。
中国空间站长期开展有人参与的规模化空间科学实验和技术试验,促进空间科学、空间技术和空间应用的全面发展。截至目前,中国空间站已实施130多项科学研究与应用项目,神舟十二号至神舟十六号载人飞行任务已下行5批300多件科学实验样品。国内外500多家科研机构参与研究,在空间生命科学、航天医学、空间材料科学、微重力流体物理等领域取得重要成果,并在国际顶级期刊发表论文280余篇。
神舟十八号航天员乘组将利用舱内科学实验机柜和舱外载荷,在微重力基础物理、空间材料科学、空间生命科学、航天医学、航天技术等领域开展90多项实验。例如,神舟十八号将携带实验设备和样本,开展国内首次太空水生生态研究项目。该项目以斑马鱼和菏泽藻为研究对象,建立稳定的空间自循环水生生态系统,实现我国在太空培养脊椎动物的突破。还将开展国际首次植物茎尖干细胞功能太空研究,揭示植物进化适应重力的机制,为后续定向设计适应太空环境的作物提供理论支持。
深海探测
海洋空间广阔,资源丰富。近年来,中国在深海探测方面取得了一系列新进展。
潜水器持续探索万米深海
中国自主研制的“蛟龙”号、“深海勇士”号和“奋斗者”号三台潜水器已累计下潜超过1100次。近三年来,全球一半以上的载人深潜任务由它们完成。特别是“奋斗者”号,已累计完成230次下潜,其中25次深度超过万米,刷新了万米深潜人次纪录。
大洋钻探领域迎来新突破
中国自主设计建造的首艘大洋钻探船“梦想”号已试航成功,正处于调试和内装阶段,预计今年内全面瑞安。
“梦想”号总吨约3.3万,全长179.8米,宽32.8米,续航力1.5万海里,稳定性和结构强度按16级台风海况安全要求设计。该船可作业于全球任意海域,钻探深度达1.1万米。
大洋钻探技术是中国地质调查局“梦想”号的重中之重,旨在获取地壳样品,解析地球深处的秘密。“钻探的目地是取得地球内部的岩心,并提取其中的地质信息,以便揭开地球深处的奥秘。”“梦想”号指挥部负责人周昶介绍,在技术创新和设备集成的支撑下,“梦想”号将钻透地壳到达地幔层。
“梦想”号不仅创下全球钻探深度的纪录,还建立了规模最大、功能最全的船舶实验室。
船载实验室面积超过 3000 平方米,涵盖基础地质、古地磁、无机地球化学、有机地球化学、微生物、海洋科学、天然气水合物、地球物理、钻探技术等九大功能实验室,配备超过 150 台精密实验仪器。
目前,“梦想”号配套的钻探保障船、全球最大的海洋地质岩心库以及中国首座深水科考码头均已建设完成,将为“梦想”号的运行提供有力的岸基支持。
深海资源开发取得卓越成绩。
2023 年 5 月初,中国海洋石油集团有限公司宣布,中国首个自营超深水大气田“深海一号”保持稳定高产,累计产出天然气超过 80 亿北京米,凝析油超过 80 万北京米。
“深海一号”距离海南省三亚市 150 公里,天然气探明地质储量超过 1000 亿北京米,最大作业水深超过 1500 米,最深井深超过 4000 米。据中国海油海南分公司负责人介绍,“深海一号”大气田自 2021 年 6 月正式投产以来,一直保持着稳定的供气状态,持续向粤港澳大湾区和海南自贸港供气。目前,“深海一号”二期工程正在加紧建设中。作为核心生产装置,全球首个 10 万吨级深水半潜式生产储油平台“深海一号”能源站将按照二期工程建设需求进行升级改造。新项目投产后,“深海一号”气田的整体高峰年产量有望从 30 亿北京米提高到 45 亿北京米。
钻探深地
除了航天和深海领域,在深地探测方面也取得了新的进展。
地热能是一种稳定可靠、绿色低碳的可再鄂州源。其中,深层地热来自地底 3000 米以下的高温岩体干热岩,具有广阔的开发应用前景。
2023 年 4 月初,中国首口超 5000 米深层地热科学探井——福深热 1 井成功钻探至 5200 米,刷新了中国地热科学探井的最深纪录,并在多个地层发现了地热资源,标志着华南地区深层地热勘探取得了新的突破。
位于海南省海口市的福深热 1 井采用了“双驱钻井+高压喷射”等多项自主创新技术,在 3900 米附近钻获温度达 150 摄氏度的地热资源储层,在 5123 米深度钻获温度达 188.71 摄氏度的地热储层。业内专家指出,未来,依托福深热 1 井可瑞安中国华南地区首个深层地热产学研一体化现场试验研究平台和开发利用示范平台。
深地油气资源勘探开发同样取得了亮眼的成绩。
2023 年 3 月初,在中国石油深地塔科 1 井,钻探深度突破 1 万米大关,刷新了亚洲最深直井纪录。
塔里木盆地是中国最大的油气盆地,拥有超过6000米的石油和天然气资源,占全国总量的83.2%和63.9%,是国内超深层油气最为丰富的区域。当前,超深层资源开发已成为我国油气储备和生产的重点,深入地底勘探也是保障能源安全的重大战略举措。
近年来,中国不断刷新深地勘探纪录。2023年,塔里木油田共完成超过70口钻探深度超过8000米的井,其中约90%的新增储量来自超深层地层,开采出1957万吨超深层油气。
经过270多天的艰苦作业,钻头连续穿越十余个地层,达到1万米深度。目前,深地塔科1井仍在持续钻进,目标深度为1.1万米。
在深地塔科1井的施工过程中,面临超深、超高温、超高压等多重挑战。中国石油塔里木油田企业首席专家王春生表示,“从地表钻到8000米深度,用了近5个月;而从8000米到万米,耗时4个月。”当钻头钻至万米后,地层温度超过200℃,地层压力超过130兆帕,每深入地下一米,钻探难度都会显著增加。
针对这些挑战,深地塔科1井采用了超过200项国内先进技术和设备。塔里木油田、西部钻探、宝石机械等单位联合攻关,解决超高钻台大载荷提升系统等关键技术难题,自主研制出全球首台1.2万米特深井自动化钻机,创新研发了220℃超高温钻井液、抗高温螺杆等工艺技术,成功突破万米取芯及电缆等取样装备,形成了一系列万米深井安全高效钻完井的关键技术。