水下連接缺國產利器海底觀測網傍人籬壁
亟待攻克的核心技術
除了船舶、遙感衛星，海底觀測網已成為第三種海洋觀測平臺——通過它，人類可以深入到水下觀測和認識海洋。
如果將各類纜系觀測平臺比作胳膊、腿，水下連接器就好比關節，對海底觀測網系統的建設、運行和維護有著不可替代的作用。
目前，北美、西歐和日本等十余個國家已擁有海底觀測網。2017年3月，我國最大規模的國家海底科學觀測網正式被批復建立，項目總投資超20億元，建設周期5年。該網將在我國東海和南海分別建立海底觀測子系統，實現東海和南海從海底向海面的全天候、實時和高分辨率的多界面立體綜合觀測，服務于科學前沿研究，并兼顧海洋環境監測、災害預警、國防安全與國家權益等方面的需求。
遺憾的是，無論是國家海底長期科學觀測網，還是短期實驗觀測網，目前我國水下連接器市場基本被外國壟斷。
體積約2個易拉罐 最高售價80萬元
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，我國已基本掌握該項技術。濕插拔連接器難度更高，過程好比充電插頭與手機在水下完成插合，充電完畢后直接在水中拔下插頭，目前仍沒有可用的國內產品。
“濕插拔連接器為實現海底觀測網與海底電纜之間的可靠連接，以及觀測信息網絡系統的設備擴展與重組提供了解決方案。”國家海洋技術中心研究員羅續業說，經過幾十年發展，目前已經形成不同電壓等級的系列濕插拔電連接器和不同芯數的系列濕插拔光纖連接器，甚至濕插拔光電復合連接器。
從外觀上看，濕插拔連接器與兩個易拉罐大小相當。
“根據布放海域的水深、電壓的大小，以及多芯還是單芯，價格差別懸殊，最貴的售價約80萬元，最便宜的也要20萬元。”楊華勇說。
更重要的是，實驗觀測網要使用多個濕插拔連接器，并且連接器插拔次數壽命有限。
水下插合要滿足動態密封要求
有些規模大的觀測網在海底綿延數千公里，供電電壓達1萬伏甚至更高。
觀測網的電源被“裝”進一個叫接駁盒的“房子”里。在主干光電復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，都要通過濕插拔連接器這道“關卡”。
濕插拔連接器其實是一對公頭和母頭，母頭被固定。
“好比注射器，如果活塞與管壁結合嚴密，推動活塞可以將注射器內的液體全部排干凈。”楊華勇說，濕插拔連接器不僅要滿足應用時插合狀態的密封要求，還要滿足動態密封要求——在插針未插入時閉合密封，插針插入和插合到位過程中也要保持密封。
但其工作環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。
水下壓力也讓內部空腔與外表面形成巨大壓差，連接器很難被拔開。
“我們將內部腔體充滿液體，并通過彈性皮囊與外部海水接觸，海水壓力增加時，通過皮囊擠壓腔體內部的液體，從而保證腔體內外壓力平衡。”在楊華勇看來，壓力平衡技術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，與連接器的機械強度、耐水壓性能和信號傳輸性能直接相關。但水中插拔通常由水下機器人(ROV)完成，這對連接器機械強度和結構設計提出了高要求。
羅續業告訴記者，歷經幾十年發展，這項技術才在歐美國家逐漸成熟。目前在建的海底觀測網系統使用的產品幾乎都來自美國Teledyne ODI，德國公司的產品在海上油氣開采方面擁有較大份額。
我國尚處于實驗樣機階段
“十二五”期間，在國家863計劃支持下，濕插拔連接器被正式列為水下組網項目的子課題。雖然科研經費量不大，但也意味著我國濕插拔連接器技術研究正式起步。
在羅續業看來，這是因為隨著海上石油、天然氣開采和海底觀測網建設，原來“小眾”的濕插拔連接器有了更多舞臺，一旦研發成功，將拓展水下設備、儀器的使用范圍，極大推動海洋立體觀測網自主技術開發。
由于起步晚，多名采訪對象表示，在濕插拔連接器領域我國與國外差距明顯。前幾年，一臺原理樣機在實驗中被“擊穿”而喪失“武功”，并沒有在實際中應用。
“曾有國內油企明確和我說，你們不要研制濕插拔連接器，研制出來我們也不敢用、不會用。”楊華勇理解，一旦連接器出現問題，油企將遭受巨大的經濟損失。“近幾年我們開始自籌資金在‘啃難啃的骨頭’。因為一旦該連接器成為禁運品，整個海底觀測網的建設和運行將被迫中斷。”
多名采訪對象也表達了類似的觀點：海底觀測網事關國家安全，必須得到國家的高度重視。
最新消息是，最近國家已組織專家對水下濕插拔開展技術論證。
“目前我們基本掌握了原理，后續還要依靠市場和工業化手段來解決基礎材料、高精度加工工藝和深海應用試驗等問題。”楊華勇建議，濕插拔技術研究一定不能為了研究而研究，務必要按照產業化的理念來布局技術攻關，盡可能加速研發和產業化進程。(記者 陳 瑜)
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