在我國四大名著之一《西游記》里，孫悟空有一種神奇的法術叫“避水訣”，第43回寫到“（行者）捻了避水訣，分開波浪?！笨谀畲嗽E進入水中可以暢通無阻。
如今，神話中的情節正在變為現實。由中國科學院西安光學精密機械研究所（簡稱“西安光機所”）聯合中國科學院聲學研究所、沈陽自動化研究所、長春應用化學研究所、嶗山實驗室等多家單位研發的我國首套深海光電復合型水下濕插拔連接器近日通過驗收，并已在1620米的深海中正常試運行超過70天。這套濕插拔連接器可以根據要求實現“水密”，不懼海水的高壓和腐蝕干擾，念起“避水訣”，在深海中實現光電傳輸。
在深海中“裸奔”還能滴水不漏
為什么叫“濕插拔連接器”？設備研制負責人、西安光機所海洋光學技術研究室主任吳國俊介紹說，這套水下濕插拔連接器分為兩部分，相當于我們家里使用的電器插頭和插座。在進行水下工程建設時，不采取任何防水措施，通過接駁站等設施在水下將其中一頭固定，再將另外一頭插入，進行結合。
“在對接的過程中，要保證光和電的導通，并要保持‘水密’，也就是不能漏水，尤其在深海中。連接成功后，在這種狀態下要長期工作，同樣要一直保持‘水密’?！眳菄≌f。
如何確保連接器在深海中“裸奔”的情況下還能做到滴水不漏？由于連接器中光纖的芯徑很小，只有9微米，任何一個水中的懸浮顆粒物都可能會干擾光連接。哪怕誤差只有1微米，也會導致光纖的通信損耗很大，無法正常運行。怎樣保證多個光纖通道在深海實現同步高精度對接，是團隊要解決的核心問題。
吳國俊和團隊的做法是在整個對接過程中，建立一個通道，起到完全“水密”的作用，保證光纖可以從其中一側順利通過來，與另外一側的光纖形成對接。
西安光機所海洋光學技術研究室副主任吳亞風介紹，團隊采用了一種充油的方式。“我們首先在密封箱內充滿特殊的硅油，確保外界壓力和內部硅油產生壓力平衡，可以避開直接去承受深海的高壓。密封腔體充滿了硅油也有助于保護光纖和電插芯，不會跟海水直接接觸。”吳亞風說。
據介紹，一般水下的大型工程，不像我們平時蓋房子可以整體蓋起來。水下工程是一塊一塊“丟”下去。比如鋪設海底光電纜時，由于很多時候不只是鋪設一條纜，光纜上還會連接很多接駁站、主機站、接駁盒和潛標等裝置設備，所以只能分開布放。吳國俊告訴記者：“在布放的過程中，我們可以將帶上濕插拔連接器一端插頭的部分先布放，另一端后面再放，然后通過濕插拔連接器連接，就能通電來提供能源和信號的采集和傳輸。如果沒有它，我們很多大的深海工程就無法實現?！?span style="display:none">uO6流量資訊——探索最新科技、每天知道多一點LLSUM.COM
在人的指甲蓋上放一輛摩托車
相關資料顯示，人類在有裝備情況下可潛水的最深記錄是332米。濕插拔連接器在一千多米深海工作，已遠超人力實地接觸范圍，只能靠ROV機械手來操作。連接器進行濕插拔工作時，機械手可以通過在連接器一端預留的把手，將其推進連接器另一端，通過簡單的動作實現連接。
深海水下操作，難度比在陸地上要大得多。在連接過程中，除了要求“水密”，還需考慮到機械手的插拔力，不能過大。
困難不止于此，確保精度才是深海水下連接要面臨的最大難題。光纖實現的是9微米的連接精度，但操作手的精度沒有這么高，這就要求操作中要有較大的容余度，可以實現多級的導引，通過簡單的操作實現非常精確的對接過程。吳國俊介紹說：“目前實現的過程看起來很簡單，機械手只需要抓住連接器，直接‘懟’進去就可以了。實際上在插的過程中有多個動作，只不過通過一個簡單的‘推’的過程就全部實現了?！?span style="display:none">uO6流量資訊——探索最新科技、每天知道多一點LLSUM.COM
團隊一開始在淺水中觀察漏水情況，相對壓力小，風險比較低。但隨著壓力增大，摩擦力也會增加。連接器在水下是個“動密封”的過程，在深海中要同時解決壓力和摩擦力的問題，這是吳國俊和團隊都比較“撓頭”的地方。
淺水中無法模仿這個狀態，為了完成實驗，團隊開發了一套不同于機械手的插拔裝置。這套裝置將連接器固定在直線導軌上，保證了更高的對接精度，并可放在打壓罐中，模擬在一定壓力下的插拔過程。
吳國俊回憶說，在加壓罐中連接器的各方面狀態與淺水中完全不同。有一次在做測試時由于限位裝置出了問題，連接器在導軌上走過了頭，直接頂壞了，監測的所有信號都出了問題。“不是連接器出了問題，而是輔助設備出了問題，出現這樣的狀況讓人很‘郁悶’?！?span style="display:none">uO6流量資訊——探索最新科技、每天知道多一點LLSUM.COM
得益于之前在模擬實驗階段的“精雕細琢”，連接器在海試中進展順利，實現了深海1620米的成功插拔及電能、數據傳輸，目前已經正常運行近三個月。這個深度的壓力已經相當于在人的指甲蓋上承受一輛中型摩托車的重量，吳國俊和他的團隊做到了。
大幅降低我國深海工程建造成本
據了解，目前我國的深海連接器及相關產品幾乎全部依賴進口，國外公司1個光電復合型水下濕插拔連接器售價達80萬元人民幣，一項大型深海工程就需要數百個連接器。
我國在電連接方面已有一些研究基礎，但光連接方面幾乎是空白。這次吳國俊團隊研發的光電復合型連接器，同時解決了光和電兩方面問題，完全能夠滿足深海工作的需要，實現大數據量光電信號的傳輸。
既然一次性解決了光電傳輸的問題，這套濕插拔連接器是否已經處于國際領先地位？吳國俊坦言，國際上在濕插拔連接器領域已經研究了幾十年，很多問題是在使用過程中才逐漸暴露的，然后再不斷地去完善。
“我們研發的這套濕插拔連接器雖然到目前為止運行一切正常，技術原理也算走通了，一些核心指標也達到了國際先進產品的水平，但不代表可靠性問題就得到了徹底解決。”吳國俊告訴《中國科學報》。
吳國俊團隊這套濕插拔連接器可以滿足深海環境下的使用要求，但一般連接器的工作時間要達到20年。由于深海和陸地環境不同，高壓和鹽腐環境時刻都在考驗連接器的材料和結構，它的長期可靠性還需要進一步檢驗和完善，團隊也會在這方面持續研究。
吳國俊介紹，有了這套連接器，我國才有可能采用自主設備完成一些水下的大型工程，這其實就是一項“卡脖子”技術。“此次我們成功研制出國內首套光電復合型水下濕插拔連接器，將為我國大型深海工程提供關鍵基礎部件支撐，化解該類產品長期嚴重依賴國外的風險，同時大幅降低我國深海工程建造成本?！蔽靼补鈾C所所長馬彩文說。
未來我國海底觀測網等海洋探測和海上油氣資源、礦產資源等海洋開發領域的應用，濕插拔連接器都不可或缺。例如，海上鉆井平臺的采油樹也是通過連接器來傳遞信號和能源，在這些方面連接器的使用量非常大。
“目前該項目已通過驗收，評審會上幾乎所有專家都表示要加快產業化。產生了成果只是放在實驗室其實是沒有意義的，即使存在不足，可以在產業化產品化過程中去解決和完善?！眳菄≌f。
吳國俊（左二）和團隊在工作中。
海試布放。
海試布放。
海底實時照片。（圖片均由課題組提供）
本文鏈接：深海光電傳輸的“避水神器”http://m.lensthegame.com/show-11-2558-0.html
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