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導(dǎo)語：萬噸級(jí)遠(yuǎn)洋通信海纜鋪設(shè)船”龍吟9號(hào)”計(jì)劃在今年9月完成交付，該船在鋪纜作業(yè)系統(tǒng)、新型吊放設(shè)備、全船電力推進(jìn)和動(dòng)力定位控制系統(tǒng)等方面擁有國(guó)產(chǎn)核心技術(shù)專利，是我國(guó)首艘入級(jí)中國(guó)船級(jí)社的萬噸級(jí)DP-2（動(dòng)力定位二級(jí)）遠(yuǎn)洋光纜鋪設(shè)船。海底光纜有什么特殊之處？”龍吟9號(hào)”有什么過人之處，把它們敷設(shè)到數(shù)萬米深的海底？

一、海底光纜-全球互聯(lián)互通的“海底神經(jīng)”

與衛(wèi)星通信相比，海底光纜具有帶寬大、速度快、成本低等顯著優(yōu)勢(shì)，已成為目前全球跨海間通信的最主要方式。

截至2021年，全球正在商用的海底光纜共有426條，光纜總長(zhǎng)度超過135萬公里，可繞赤道約35圈。承載了95%以上的國(guó)際數(shù)據(jù)傳輸。海底光纜一旦出了故障，整個(gè)國(guó)家經(jīng)濟(jì)就會(huì)有癱瘓的危險(xiǎn)。

和我們家用平時(shí)常見的光纖寬帶線類似，海底光纜就像“海底神經(jīng)”也是靠光纖高速穩(wěn)定的傳輸數(shù)據(jù)。

光纖的主要原料是硅，也就是玻璃制成的，細(xì)如發(fā)絲非常易碎，應(yīng)用全內(nèi)反射原理來傳導(dǎo)光。由于反射時(shí)沒有光線的損失，因此信號(hào)可以傳輸?shù)綐O遠(yuǎn)的距離，激光能在光纖中傳輸數(shù)據(jù)超過數(shù)千公里。

光纖光通信離不開華人工程師高琨的貢獻(xiàn)，他在1966年首次提出把玻璃纖維作為光傳播介質(zhì)用于通信的理論：“造成信號(hào)損耗的主要原因是材料不純，而不是玻璃本身?！彼惨?yàn)閷?duì)光纖通信的杰出貢獻(xiàn)在2009年獲得諾貝爾物理獎(jiǎng)。

只有光纖還不行，海底光纜外圍必須包裹著層層的保護(hù)結(jié)構(gòu)，典型海底光纜的結(jié)構(gòu)包括：第一層是絕緣聚乙烯層，第二層是聚酯樹酯薄膜帶或?yàn)r青層，第三層是鋼絞線層，第四層是鋁制防水層，第五層是聚碳酸酯層，第六層是銅管或鋁管，這層通電可為光纜中繼器供電，電壓經(jīng)常超過1萬伏，第七層是石蠟，烷烴層，第八層才是核心傳遞光信號(hào)的光纖。

高防護(hù)的光纜主要用于淺海近岸。需要抵御堅(jiān)硬鋒利的巖石以及以及船錨、漁船拖網(wǎng)的傷害，而在環(huán)境相對(duì)平靜的深海，反而只需這種防護(hù)較低的輕型光纜即可。

我國(guó)研發(fā)的海底光電復(fù)合纜在海底電力電纜中加入具有光通信功能及加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的光纖單元，使其具有電力傳輸和光纖信息傳輸?shù)碾p重功能。

二、“龍吟9號(hào)”讓中國(guó)鋪纜船不掉隊(duì)！

有了光纜，接下來的問題就是如何把它們放到海里，接下來就該光纜鋪設(shè)船出場(chǎng)了。

海底光纜工程被世界公認(rèn)為是最復(fù)雜且困難的大型工程之一，這是由于海底環(huán)境復(fù)雜，而光纖非常脆弱、鋪設(shè)和維修要求很高。光纜鋪設(shè)船(Fibre Optic Cable Layer)主要從事海底光纜的鋪設(shè)、檢測(cè)及維修作業(yè)，其作業(yè)內(nèi)容與鋪管船(用于油氣田開發(fā)等)、海底電纜鋪設(shè)船(用于風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)等)均有所差異，專用性更強(qiáng)，船上配有用于海上光纜施工作業(yè)的特種設(shè)備。

全球光纜鋪設(shè)船隊(duì)運(yùn)營(yíng)市場(chǎng)由歐洲船東主導(dǎo)，根據(jù)克拉克森統(tǒng)計(jì)，截至2021年11月底，全球光纜鋪纜船船隊(duì)運(yùn)力規(guī)模僅為49艘，歐洲船東共持有全球近三分之二的光纜鋪纜船運(yùn)力(以艘數(shù)計(jì)為63.3%)，包括瑞士、芬蘭、英國(guó)、法國(guó)、挪威等國(guó)家，而出于國(guó)家國(guó)防安全考慮，近海的海底光纜敷設(shè)、維修維護(hù)工作，應(yīng)盡可能由本國(guó)企業(yè)、船舶、本國(guó)人員承擔(dān)。

說起我國(guó)的光纜鋪設(shè)船，就不能不提“郵電一號(hào)”，她是1976年七0八所專門為敷設(shè)我國(guó)第一條國(guó)際海底電纜而自行設(shè)計(jì)建造的。目前我國(guó)共有3艘光纜鋪纜船，但規(guī)模和噸位較小，在滿足長(zhǎng)距離、深水、大容量的海底電纜敷設(shè)工程方面尚存差距。

國(guó)際新一代萬噸級(jí)光纜鋪設(shè)船可以運(yùn)輸和安裝大量光纜，配備DP動(dòng)力定位系統(tǒng)，并且環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)極高。

“龍吟9號(hào)”正是可達(dá)到世界一流水平的遠(yuǎn)洋光纜鋪設(shè)船。它船長(zhǎng)155米，寬23.2米，從照片上看，它采用了國(guó)際主流的尾部作業(yè)的船形設(shè)計(jì)，好處在于足夠大的作業(yè)面積便于人員、設(shè)備的操作協(xié)調(diào)配合。

“龍吟9號(hào)”燃油艙配置滿足續(xù)航力1萬海里，續(xù)航天數(shù)約60天，一次性載纜量可達(dá)1萬噸，可進(jìn)行DP-2動(dòng)力定位，完全電力推進(jìn)系統(tǒng)，能耗低，可一次性完成從中國(guó)跨越太平洋的萬米級(jí)全海深光纜敷設(shè)作業(yè)。

根據(jù)水深，海底光纜的敷設(shè)可簡(jiǎn)單的分為三個(gè)場(chǎng)景：登陸敷設(shè)區(qū)，填埋敷設(shè)區(qū)和直接敷設(shè)區(qū)。

三、布纜船如何把光纜敷設(shè)到海底

1.登陸敷設(shè)區(qū)

首先要把船上的光纜和岸上的光纜登錄站連接，從地下將光纜連接到海里。

在登陸鋪設(shè)區(qū)通常需要將裝有光纜的鋪纜船停在近岸，由小型的駁船牽引著綁有浮筒的光纜開到岸邊從地下連接光纜登陸站，可以防止它在海底被拖拽損壞，然后剪掉浮筒讓光纜沉入海底。岸上的光信號(hào)傳遞到了船上，船上和岸上信號(hào)聯(lián)通之后。

再由遙控水下機(jī)器人（ROV）的高壓水流沖開海底泥土，將光纜埋至2-3米深左右。

2.填埋敷設(shè)區(qū)

在淺海敷設(shè)光纜需要一個(gè)核心機(jī)器-鋪設(shè)犁，它的作用有點(diǎn)像耕田的犁，在小于1000米的深度，都需要用它來敷設(shè)。

光纜經(jīng)過布纜機(jī)與船尾的鋪設(shè)犁相連，光纜鋪設(shè)船會(huì)通過牽引索拖著鋪設(shè)犁前進(jìn)。

與此同時(shí)鋪設(shè)犁利用下方會(huì)噴出高壓水流沖開泥沙，前后滑撬逐漸張開。讓后方的切割刀深入土層，挖出約3米深的壕溝，形成光纜溝；

光纜也順著放入其中，再推動(dòng)兩側(cè)的泥沙覆蓋在光纜上。它負(fù)責(zé)把光纜埋到海底一米深的地方，在淺水區(qū)這樣可以保護(hù)光纜不被船錨和漁網(wǎng)損壞。

埋完之后，還需要通過回聲探測(cè)器還原海床的三維圖像，如果發(fā)現(xiàn)仍有裸露在外的光纜，就需要出動(dòng)遙控潛水器。深入海底把光纜埋入泥土下方，完成填埋鋪設(shè)區(qū)的工作。

海底離開淺海下降直到1000米深，在這個(gè)深度以下，光纜被損壞的風(fēng)險(xiǎn)很低。所以，可以直接敷設(shè)在海床上。

3.直接敷設(shè)區(qū)

把光纜沉入海底，放在海床上，但這也沒有想象的那么容易，光纜敷設(shè)不能成直線，海底地形復(fù)雜多變，海底的巖石、珊瑚礁、裂縫，這些都會(huì)損壞光纜。如果長(zhǎng)度過大會(huì)讓光纜在海底彎折損壞。長(zhǎng)度過小則會(huì)使光纜橫在兩個(gè)支點(diǎn)上，增加受力磨損并有受洋流切割的危險(xiǎn)。

這就好比晾衣服的繩子，如果懸空起來，掛上重物，就容易斷裂；如果自然平放在地面上，不受力的情況下自然更耐用。

4.在流動(dòng)的海水中如何定位準(zhǔn)確

此外海水的流動(dòng)還會(huì)使光纜下水后隨時(shí)漂移，偏離設(shè)計(jì)好的預(yù)定位置。所以布纜船需要利用專業(yè)定位系統(tǒng)不斷調(diào)整船速、光纜鋪設(shè)傳送的速度等，來控制光纜垂放的長(zhǎng)度以及動(dòng)態(tài)調(diào)整船只的航行軌跡，讓光纜即便受海流影響，依然能落到預(yù)定位置。

“龍吟9號(hào)”搭載了DP2動(dòng)力定位系統(tǒng)（Dynamic Positioning，簡(jiǎn)稱DP）不需要拋錨，而由船載計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)控制推進(jìn)器來保持船舶或浮動(dòng)平臺(tái)位置的技術(shù)，具有靈活的船舶操控性和精準(zhǔn)定位功能；

它采用全電力推進(jìn)，由變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)，可使船不借助錨泊系統(tǒng)，利用自主研發(fā)的水聲設(shè)備和測(cè)深儀等船舶傳感器及位置，船的計(jì)算機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)計(jì)算出船舶運(yùn)動(dòng)狀態(tài)與位置變化，以及外界風(fēng)力、波浪、海流等擾動(dòng)力的大小與方向?？刂拼聂紓?cè)推與全回轉(zhuǎn)推進(jìn)裝置產(chǎn)生適當(dāng)?shù)耐屏εc力矩，以抵消擾動(dòng)力精準(zhǔn)定位，這是光纜可以按預(yù)定路徑準(zhǔn)確敷設(shè)的關(guān)鍵。

”龍吟9號(hào)”的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)使鼓輪機(jī)、直線布纜機(jī)、埋設(shè)機(jī)等作業(yè)控制系統(tǒng)與布纜船動(dòng)力定位系統(tǒng)協(xié)同，可以實(shí)現(xiàn)海纜建維作業(yè)的自動(dòng)化，降低船員勞動(dòng)強(qiáng)度。并提高了作業(yè)質(zhì)量。

四、光纜鋪設(shè)船不光會(huì)鋪，還要會(huì)修

“龍吟9”遠(yuǎn)洋光纜鋪設(shè)船除鋪設(shè)通信光纜外，還有很強(qiáng)的線路修復(fù)能力，修復(fù)這些光纜不是一件容易的事，因?yàn)楹苄〉膿p壞都會(huì)導(dǎo)致光纜癱瘓。而要在幾萬公里的光纜上找到一個(gè)小缺口需要耗費(fèi)許多人力物力。

修復(fù)光纜首先需要通過光時(shí)域反射儀（OTDR）對(duì)光纜發(fā)射信號(hào)確定受損大致位置，然后派出水下機(jī)器人精準(zhǔn)定位并切斷這段光纜，最后再將備用的光纜連接上去。但連接過程將在水面上完成，光纜會(huì)被拖曳船提到水面上，并由工程師連接修復(fù)，再放入海底。

“龍吟9”設(shè)置了更適應(yīng)海況條件變化的新型吊放設(shè)備，打撈海纜作業(yè)效率更高。船上裝配了大型鼓輪機(jī)，這是海纜維修的重要設(shè)備，從而保證在不同水深條件下，都能實(shí)施打撈和回收海纜的作業(yè);并裝備了能檢修海纜和進(jìn)行埋設(shè)作業(yè)的遙控水下裝置( ROV )，使海纜作業(yè)的水深可達(dá)到3000m。

結(jié)語：

“龍吟9”是我國(guó)實(shí)現(xiàn)萬噸級(jí)遠(yuǎn)洋通信光纜鋪設(shè)船的突破，拓展了海洋海底光纜、電力電纜、臍帶纜以及復(fù)合軟管的鋪設(shè)能力，是一艘多功能綜合性的可覆蓋海洋油氣、海上風(fēng)電、海上氫能、遠(yuǎn)洋通信、觀測(cè)網(wǎng)、大科學(xué)工程等多個(gè)海洋工程領(lǐng)域的核心裝備。

參考文獻(xiàn)：

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[2]洋流區(qū)海底布纜船，CN2013100744426A、謝永、周楓、王偉