Глобальный спрос на стратегические металлы, такие как никель, кобальт и медь, резко возрастает, в то время как наземные ресурсы истощаются. Однако на глубине нескольких тысяч метров под океанским дном скрываются неисчерпаемые «сокровища»: около 3 миллиардов тонн кобальта и триллионы тонн марганцевых конкреций. Тот, кто первым откроет эту голубую сокровищницу, займет лидирующие позиции в международной борьбе в эпоху новых источников энергии.

Недавно глубоководный тяжелый горнодобывающий комплекс серии «Кайто», разработанный под руководством команды профессора Ян Цзяньминя из Шанхайского университета Цзяотун, совершил знаковый прорыв в области глубоководной добычи полезных ископаемых в Китае, проведя пробную добычу твердых рудных пород на максимальной глубине 4102,8 метра. Это не только сделало Китай одной из немногих стран мира, обладающих способностью к промышленной добыче твердых рудных пород на больших глубинах, но и открыло новые пути для развития будущей индустрии глубоководных технологий.

Два «гиганта» закладывают основу глубоководной добычи

В 2013 году, когда зарубежное оборудование для глубоководной добычи уже достигло определенного уровня, соответствующие разработки в Китае практически начинались с нуля. Под руководством главного научного сотрудника серии «Кайто», профессора-лектора факультета кораблестроения, океанотехники и гражданского строительства Шанхайского университета Цзяотун Ян Цзяньминя, команда инженеров-океанотехников начала тринадцатилетний путь самостоятельных исследований.

Достижения команды были последовательными и основательными:

«Кайто-1», предназначенный в основном для добычи полиметаллических конкреций, имел длину 5,6 метра и общий вес 9,0 тонн. В августе 2021 года он успешно прошел глубоководные испытания в районе островов Сиша в Южно-Китайском море, достигнув максимальной рабочей глубины 1305 метров, что было передовым уровнем в стране на тот момент и ознаменовало переход от нуля к единице.

«Кайто-2» был нацелен на более сложные для добычи твердые рудные породы, такие как полиметаллические корки и полиметаллические сульфиды. Его длина составляет 6,0 метра, общий вес — 14,5 тонны (5,6 тонны в воде), расчетная рабочая глубина достигает 6000 метров, что потребовало больших инвестиций в разработку и сопряжено с более серьезными техническими вызовами.

В июне 2024 года «Кайто-2» отправился в район залегания полиметаллических корок и конкреций в западной части Тихого океана. В ходе пятидневной непрерывной работы, в условиях сильного ветра (6 баллов) и волнения моря (4 балла), горнодобывающий комплекс успешно совершил 5 погружений на дно: 4 раза на глубину 2000 метров и 1 раз на глубину 4000 метров, уверенно зафиксировав максимальную глубину погружения в 4102,8 метра и доставив на поверхность более 200 кг образцов глубоководных полезных ископаемых, включая полиметаллические корки, полиметаллические конкреции и коренные породы дна.

Таким образом, команда Шанхайского университета Цзяотун решила пять ключевых технологических задач: высокоманевренное передвижение по сложному рельефу глубоководного дна, комбинированное бурение и добыча нескольких типов руд на больших глубинах, интеллектуальное точное управление тяжелыми работами на глубине, спуск и подъем тяжелых грузов с использованием неметаллических тросов на больших глубинах, а также мониторинг и оценка воздействия на глубоководную среду. Более того, впервые была преодолена отметка в 4000 метров по глубине морских испытаний горнодобывающего комплекса. В мае 2026 года этот проект был удостоен звания одного из «Десяти главных научно-технических достижений» Шанхайского университета Цзяотун шестого созыва.

Пять первых в мире технологий создают «подводного непобедимого воина»

Высокоманевренное передвижение по сложному рельефу дна: уверенное движение по крутым склонам и вязкому грунту

Полиметаллические корки часто прикрепляются к крутым подводным горам с уклоном более 30 градусов, в то время как полиметаллические конкреции «наполовину погребены» в вязком и рыхлом донном грунте.

Четыре независимые гусеницы «Кайто-2» могут в реальном времени автономно регулировать направление и положение в зависимости от фактического рельефа дна, обеспечивая точное позиционирование с точностью до сантиметра даже в условиях полной темноты на глубине. Будь то передвижение по твердым скалистым гребням или прохождение через рыхлые отложения, горнодобывающий комплекс успешно выполняет движение, подъем и разворот на месте, поистине «ступая по земле» на любом сложном рельефе дна.

Комбинированное бурение и добыча нескольких типов руд: многофункциональность одного комплекса, синхронный сбор

Заместитель директора отдела глубоководной геологии и полезных ископаемых Циндаоского института морской геологии Хуан Вэй, участвовавший в морских испытаниях на борту судна, с восхищением отметил: «Что касается полиметаллических корок, прикрепленных к коренным породам на склонах, режущая способность "Кайто-2" позволяет быстро отделить корку от породы и эффективно всасывать руду корки в коллектор; что касается полиметаллических конкреций, наполовину погребенных в рыхлом донном грунте, он может их выкапывать».

Один комплект оборудования способен одновременно адаптироваться к сбору двух разных типов руды, что значительно повышает эффективность глубоководной добычи и уровень использования оборудования.

Интеллектуальное точное управление тяжелыми работами на глубине: автономное восприятие, автономное принятие решений

Экстремальные условия глубоководных работ предъявляют высочайшие требования к искусственному интеллекту и автоматическому управлению. Интеллектуальная система управления, установленная на «Кайто-2», обладает способностями к автономному планированию траектории работ, отслеживанию целей и автономному избеганию препятствий. Даже в условиях темноты, высокого давления и неблагоприятной погоды она может выполнять работы на дне без вмешательства человека. Благодаря точному позиционированию с точностью до сантиметра, сложные операции по добыче на дне больше напоминают автоматизированный, запрограммированный «подводный балет».

Спуск и подъем тяжелых грузов с использованием неметаллических тросов: первая отечественная лебедка для больших глубин

Спуск и подъем тяжелого оборудования в условиях глубокого моря и сильного волнения являются «смертельным испытанием» для глубоководных горнодобывающих комплексов. Неметаллические тросы не только обладают более высокой удельной прочностью, но и значительно превосходят металлические тросы по способности передачи сигнала. Однако технические проблемы, такие как раскачивание крупнотоннажного оборудования на волнах и резкие изменения нагрузки, долгое время беспокоили команду. «Кайто-2» успешно подтвердил работоспособность системы спуска и подъема тяжелых грузов с использованием неметаллических тросов на больших глубинах, обеспечив ключевую инженерную возможность для входа и выхода китайского крупнотоннажного глубоководного оборудования.

Мониторинг воздействия на глубоководную среду: информационная основа для «зеленой» добычи

Экосистема глубоководья чрезвычайно хрупка, и потенциальное воздействие крупномасштабной добычи полезных ископаемых на донные «шлейфы», шум и другие факторы является центральным пунктом споров в международной глубоководной добыче. «Кайто-2» оснащен многопараметрической системой экологического мониторинга, которая проводит всесторонний мониторинг и оценку образования и распространения шлейфов, а также шума подводных работ, предоставляя первичные эмпирические данные для будущей «зеленой» глубоководной добычи.

Добывать ресурсы из глубокого океана, обеспечивать суверенитет через технологии

Решение проблемы «узкого места» в стратегических полезных ископаемых

Зависимость Китая от импорта ключевых металлов является серьезной: зависимость от импорта кобальта достигает почти 99%, меди — 77%, причем зависимость от импорта некоторых стратегических полезных ископаемых превышает зависимость от нефти. При этом содержание полезных компонентов в глубоководных месторождениях обычно на целый порядок выше, чем в аналогичных наземных месторождениях: стоимость полезных ископаемых, извлекаемых из 1 тонны донных конкреций, составляет около 6000–7000 юаней.

Прорыв серии «Кайто» означает, что Китай сделал решительный шаг к преодолению чрезмерной зависимости от отдельных наземных месторождений и обеспечению самостоятельного контроля над цепочкой поставок стратегических полезных ископаемых. Профессор Океанского университета Китая Чэнь Сюгуан отметил: «Глубоководная добыча имеет решающее значение для обеспечения самостоятельного контроля над цепочкой поставок стратегических минеральных ресурсов».

Захват инициативы в коммерциализации глубоководной добычи

По оценкам Международного энергетического агентства, к 2030 году мировой спрос на кобальт будет в 10 раз выше нынешнего, а возможно, и в 25 раз. Европейский Союз, Япония, Канада и другие страны уже ведут конкурентную разработку ключевых технологий и оборудования для глубоководной добычи. По прогнозам, разработка глубоководных минеральных ресурсов может быть коммерциализирована в ближайшие 10–15 лет.

Канадская компания TMC уже завершила испытания по подъему добытых глубоководных полезных ископаемых в 2022 году. Академик Китайской инженерной академии Лю Дахай подчеркнул: «Овладение технологиями глубоководной добычи означает, что страна обладает долгосрочной, систематической, контролируемой способностью вести работы и существовать в глубоководных районах. Это ключевой показатель перехода от прибрежных вод к открытому океану и незаменимая технологическая основа для морской державы». Успех серии «Кайто» вывел Китай в ряды мировых лидеров в этой будущей гонке за ресурсы.

Стимулирование формирования промышленного кластера глубоководного оборудования

Глубоководная добыча — это чрезвычайно сложная системная инженерия, объединяющая глубоководное зондирование, связь и навигацию, интеллектуальную робототехнику, надводное обеспечение и экологический мониторинг. Данный технологический результат системно стимулирует модернизацию многих промышленных областей, таких как глубоководные роботы, материалы, устойчивые к высокому давлению, прецизионные датчики, интеллектуальное управление, динамическое позиционирование и проектирование специальных судов, создавая новый двигатель для китайского высокотехнологичного машиностроения и морской информационной индустрии.

Успешные морские испытания «Кайто-2» были широко освещены более чем 300 отечественными и зарубежными СМИ, включая «Жэньминь жибао», информационное агентство Синьхуа и правительственный сайт Китая, став знаковым событием в области глубоководной добычи в Китае. В то время, когда глобальная разработка глубоководных ресурсов вот-вот вступит в стадию коммерциализации, серия «Кайто», несомненно, будет выступать в качестве пионера китайского глубоководного горнодобывающего оборудования, прокладывая путь в еще более отдаленных голубых владениях.