水下連接缺國(guó)產(chǎn)利器海底觀(guān)測(cè)網(wǎng)傍人籬壁

亟待攻克的核心技術(shù)

除了船舶、遙感衛(wèi)星，海底觀(guān)測(cè)網(wǎng)已成為第三種海洋觀(guān)測(cè)平臺(tái)——通過(guò)它，人類(lèi)可以深入到水下觀(guān)測(cè)和認(rèn)識(shí)海洋。

如果將各類(lèi)纜系觀(guān)測(cè)平臺(tái)比作胳膊、腿，水下連接器就好比關(guān)節(jié)，對(duì)海底觀(guān)測(cè)網(wǎng)系統(tǒng)的建設(shè)、運(yùn)行和維護(hù)有著不可替代的作用。

目前，北美、西歐和日本等十余個(gè)國(guó)家已擁有海底觀(guān)測(cè)網(wǎng)。2017年3月，我國(guó)最大規(guī)模的國(guó)家海底科學(xué)觀(guān)測(cè)網(wǎng)正式被批復(fù)建立，項(xiàng)目總投資超20億元，建設(shè)周期5年。該網(wǎng)將在我國(guó)東海和南海分別建立海底觀(guān)測(cè)子系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)東海和南海從海底向海面的全天候、實(shí)時(shí)和高分辨率的多界面立體綜合觀(guān)測(cè)，服務(wù)于科學(xué)前沿研究，并兼顧海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)、災(zāi)害預(yù)警、國(guó)防安全與國(guó)家權(quán)益等方面的需求。

遺憾的是，無(wú)論是國(guó)家海底長(zhǎng)期科學(xué)觀(guān)測(cè)網(wǎng)，還是短期實(shí)驗(yàn)觀(guān)測(cè)網(wǎng)，目前我國(guó)水下連接器市場(chǎng)基本被外國(guó)壟斷。

體積約2個(gè)易拉罐 最高售價(jià)80萬(wàn)元

水下連接器分為干插拔連接器和濕插拔連接器。

江蘇中天科技股份有限公司楊華勇博士告訴記者，干插拔連接器在陸上完成插拔操作，然后放入水下使用，我國(guó)已基本掌握該項(xiàng)技術(shù)。濕插拔連接器難度更高，過(guò)程好比充電插頭與手機(jī)在水下完成插合，充電完畢后直接在水中拔下插頭，目前仍沒(méi)有可用的國(guó)內(nèi)產(chǎn)品。

“濕插拔連接器為實(shí)現(xiàn)海底觀(guān)測(cè)網(wǎng)與海底電纜之間的可靠連接，以及觀(guān)測(cè)信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的設(shè)備擴(kuò)展與重組提供了解決方案。”國(guó)家海洋技術(shù)中心研究員羅續(xù)業(yè)說(shuō)，經(jīng)過(guò)幾十年發(fā)展，目前已經(jīng)形成不同電壓等級(jí)的系列濕插拔電連接器和不同芯數(shù)的系列濕插拔光纖連接器，甚至濕插拔光電復(fù)合連接器。

從外觀(guān)上看，濕插拔連接器與兩個(gè)易拉罐大小相當(dāng)。

“根據(jù)布放海域的水深、電壓的大小，以及多芯還是單芯，價(jià)格差別懸殊，最貴的售價(jià)約80萬(wàn)元，最便宜的也要20萬(wàn)元。”楊華勇說(shuō)。

更重要的是，實(shí)驗(yàn)觀(guān)測(cè)網(wǎng)要使用多個(gè)濕插拔連接器，并且連接器插拔次數(shù)壽命有限。

水下插合要滿(mǎn)足動(dòng)態(tài)密封要求

有些規(guī)模大的觀(guān)測(cè)網(wǎng)在海底綿延數(shù)千公里，供電電壓達(dá)1萬(wàn)伏甚至更高。

觀(guān)測(cè)網(wǎng)的電源被“裝”進(jìn)一個(gè)叫接駁盒的“房子”里。在主干光電復(fù)合纜與主接駁盒的電能、通信傳輸，以及次接駁盒與傳感器的電能及通訊傳輸中，都要通過(guò)濕插拔連接器這道“關(guān)卡”。

濕插拔連接器其實(shí)是一對(duì)公頭和母頭，母頭被固定。

“好比注射器，如果活塞與管壁結(jié)合嚴(yán)密，推動(dòng)活塞可以將注射器內(nèi)的液體全部排干凈。”楊華勇說(shuō)，濕插拔連接器不僅要滿(mǎn)足應(yīng)用時(shí)插合狀態(tài)的密封要求，還要滿(mǎn)足動(dòng)態(tài)密封要求——在插針未插入時(shí)閉合密封，插針插入和插合到位過(guò)程中也要保持密封。

但其工作環(huán)境往往在幾千米的水下，巨大的壓力下“活塞”與“管壁”難免變形。

水下壓力也讓內(nèi)部空腔與外表面形成巨大壓差，連接器很難被拔開(kāi)。

“我們將內(nèi)部腔體充滿(mǎn)液體，并通過(guò)彈性皮囊與外部海水接觸，海水壓力增加時(shí)，通過(guò)皮囊擠壓腔體內(nèi)部的液體，從而保證腔體內(nèi)外壓力平衡。”在楊華勇看來(lái)，壓力平衡技術(shù)為大深度水下插拔提供了解決方案，也給制造工藝和材料提出了很高要求。

連接器與配接纜間的連接和密封，與連接器的機(jī)械強(qiáng)度、耐水壓性能和信號(hào)傳輸性能直接相關(guān)。但水中插拔通常由水下機(jī)器人(ROV)完成，這對(duì)連接器機(jī)械強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出了高要求。

羅續(xù)業(yè)告訴記者，歷經(jīng)幾十年發(fā)展，這項(xiàng)技術(shù)才在歐美國(guó)家逐漸成熟。目前在建的海底觀(guān)測(cè)網(wǎng)系統(tǒng)使用的產(chǎn)品幾乎都來(lái)自美國(guó)Teledyne ODI，德國(guó)公司的產(chǎn)品在海上油氣開(kāi)采方面擁有較大份額。

我國(guó)尚處于實(shí)驗(yàn)樣機(jī)階段

“十二五”期間，在國(guó)家863計(jì)劃支持下，濕插拔連接器被正式列為水下組網(wǎng)項(xiàng)目的子課題。雖然科研經(jīng)費(fèi)量不大，但也意味著我國(guó)濕插拔連接器技術(shù)研究正式起步。

在羅續(xù)業(yè)看來(lái)，這是因?yàn)殡S著海上石油、天然氣開(kāi)采和海底觀(guān)測(cè)網(wǎng)建設(shè)，原來(lái)“小眾”的濕插拔連接器有了更多舞臺(tái)，一旦研發(fā)成功，將拓展水下設(shè)備、儀器的使用范圍，極大推動(dòng)海洋立體觀(guān)測(cè)網(wǎng)自主技術(shù)開(kāi)發(fā)。

由于起步晚，多名采訪(fǎng)對(duì)象表示，在濕插拔連接器領(lǐng)域我國(guó)與國(guó)外差距明顯。前幾年，一臺(tái)原理樣機(jī)在實(shí)驗(yàn)中被“擊穿”而喪失“武功”，并沒(méi)有在實(shí)際中應(yīng)用。

“曾有國(guó)內(nèi)油企明確和我說(shuō)，你們不要研制濕插拔連接器，研制出來(lái)我們也不敢用、不會(huì)用。”楊華勇理解，一旦連接器出現(xiàn)問(wèn)題，油企將遭受巨大的經(jīng)濟(jì)損失。“近幾年我們開(kāi)始自籌資金在‘啃難啃的骨頭’。因?yàn)橐坏┰撨B接器成為禁運(yùn)品，整個(gè)海底觀(guān)測(cè)網(wǎng)的建設(shè)和運(yùn)行將被迫中斷。”

多名采訪(fǎng)對(duì)象也表達(dá)了類(lèi)似的觀(guān)點(diǎn)：海底觀(guān)測(cè)網(wǎng)事關(guān)國(guó)家安全，必須得到國(guó)家的高度重視。

最新消息是，最近國(guó)家已組織專(zhuān)家對(duì)水下濕插拔開(kāi)展技術(shù)論證。

“目前我們基本掌握了原理，后續(xù)還要依靠市場(chǎng)和工業(yè)化手段來(lái)解決基礎(chǔ)材料、高精度加工工藝和深海應(yīng)用試驗(yàn)等問(wèn)題。”楊華勇建議，濕插拔技術(shù)研究一定不能為了研究而研究，務(wù)必要按照產(chǎn)業(yè)化的理念來(lái)布局技術(shù)攻關(guān)，盡可能加速研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。(記者 陳 瑜)

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