向深海挑戰(zhàn)

2012年3月26日，著名電影導(dǎo)演詹姆斯·卡梅隆駕駛“深海挑戰(zhàn)者”號潛水器成為世界上第一個獨自潛入世界最深處的“挑戰(zhàn)者深淵”的人。該深淵位于太平洋，關(guān)島西南方100千米處。此前，人類僅有過一次成功深潛馬里亞納海溝的記錄。1960年，美國退役海軍上校沃爾什和瑞士工程師雅克·皮卡德曾乘坐海軍的潛水器完成了這一壯舉。卡梅隆此次深潛10898米，周圍水壓約達到1089個大氣壓。

世界第一潛

歷史上，第一個試著做深潛探險的人是著名的物理學(xué)家和發(fā)明家奧古斯特·皮卡德，也就是雅克·皮卡德的父親。20世紀(jì)30年代，他乘坐自己設(shè)計的熱氣球，飛到了22千米的高空，成為世界上首個到達如此高度的人。20世紀(jì)40年代，老皮卡德的注意力從大氣轉(zhuǎn)到了海洋，并自己動手制造了一艘潛水器。該潛水器吸取了熱氣球的靈感，可以自己提供動力。這在當(dāng)時是一個革命性的成就，因為潛艇從此再也無需由水面上的艦艇供給動力，拖著長長的電纜了，完全自由地在海底遨游。

1951年，老皮卡德和兒子一起造出了著名的“的里雅斯特”號深潛器。長15.1米，寬3.5米，一次可載3人。1953年9月，在地中海成功下潛到3150米。1955年，老皮卡德將“的里雅斯特”號賣給美國，同年老皮卡德和他兒子為美國建造新型的深潛器。新的“的里雅斯特”號于1958年建成，首次試潛就達到5600米，第二年達到7315米。1960年，美國利用新研制的深潛器首次潛入世界大洋最深處馬里亞納海溝，下潛深度為10916米，這也是目前人類涉足的海洋最深處。

1960年1月23日，雅克·皮卡德和美國海軍軍官沃爾什上校進行了世界上第一次對馬里亞納海溝的深潛。兩人花了4小時零43分鐘，一路吃著“好時”巧克力。潛水器緩緩降入深淵。雅克·皮卡德這樣記錄著當(dāng)時的海底景象：“這里有終極的平靜，巨大的神秘籠罩四周，魚類在黑暗中睜著貪婪的雙眼。”詹姆斯·卡梅隆則將這里形容為“像月球表面一樣荒涼，一個完全陌生的世界”在欣賞了頭頂長有圓眼、30厘米左右的魚和紅色的龍蝦后，雅克·皮卡德和沃爾什卸下“的里雅斯特”號攜帶的鉛球，浮上水面。

當(dāng)年皮卡德父子為了抗擊潛水器周圍強烈的水壓，使用了近乎蠻力的對策：他們用厚鋼板加固了球形船體，導(dǎo)致其質(zhì)量極重，出水時要借助岸上機械拖出。雅克·皮卡德在1960年8月的美國《國家地理》中曾這樣記錄：它“看上去更像是一個戰(zhàn)俘，而不是海底奧古斯特·皮卡德實驗室”。

留有遺憾的深潛

40年后，另一個熱氣球駕駛者也將目光投入海洋深處。此人名叫史蒂夫·福斯特，是一位成功的商人和著名的飛行員，曾創(chuàng)下一百多項世界紀(jì)錄，是世界上唯一一個僅靠飛機和熱氣球完成了連續(xù)環(huán)球航行的人。2007年9月，他在一次飛機失事中不幸去世，事故發(fā)生前，他正在秘密計劃獨自潛入深海挑戰(zhàn)深淵。

2000年初，一次偶然的機會，史蒂夫·福斯特接觸了著名的海洋工程學(xué)家格雷厄姆·霍克斯。霍克斯擁有在深海探險前沿的工作經(jīng)驗，卡梅隆在拍攝電影《深海異形》時使用的就是他設(shè)計的潛水器“深海漫游者”。這位出生于英國的工程師已經(jīng)開始研制新型海底巡航潛水器，并打破了由熱氣球為原型的設(shè)計思路，改為以飛機為原型吸取靈感。霍克斯于1994年4月，攜帶水下呼吸器創(chuàng)造了單人潛至水下305米的世界紀(jì)錄。福斯特對霍克斯說出自己想獨自潛入深海挑戰(zhàn)深淵的計劃時，霍克斯原本希望像前輩一樣，能同時享受自己設(shè)計、制造并駕駛潛水器的探險。但福斯特?zé)o意兩人組合深潛，他表示：“我不是乘客類型的人。”最終兩人達成了協(xié)議，福斯特將資助潛水器“深水飛行挑戰(zhàn)者”的研制，并將獨自駕駛它潛入大洋深處，打破人類紀(jì)錄。霍克斯則擁有潛水器的知識產(chǎn)權(quán)，該項目在完成前都會處于保密狀態(tài)。

在潛水器的設(shè)計中，包圍福斯特座位的壓力殼是最大的挑戰(zhàn)。幸運的是，霍克斯了解到，早在20年前，圣地亞哥國家深潛設(shè)施中心的海軍科學(xué)家杰里·斯塔仕已經(jīng)就此問題展開了秘密研究。當(dāng)時海軍對開發(fā)輕型、圓柱形殼體，并能潛入水下6096米之下的無人駕駛艦艇很感興趣，斯塔仕因此對很多復(fù)合材料都做過研究，包括陶瓷、玻璃和碳纖維。霍克斯隨即聯(lián)系了已經(jīng)退休的斯塔仕，請他擔(dān)任自己的項目顧問。在浮力問題上，霍克斯使用了專門訂制的泡沫型材料。他的承包商提供了一種由碳纖維編織的材料，用以制造圓柱形壓力殼。設(shè)計可在約11000米的海底深度24小時自動航行，潛水艇的“翅膀”和推進器能夠讓它在海底“飛行”10千米以上，同時拍攝視頻和收集數(shù)據(jù)。

最終，2007年5月，潛水器準(zhǔn)備就緒，即將迎來它的第一次全深度壓力測試。測試地點為賓夕法尼亞大學(xué)的應(yīng)用研究實驗室，該實驗室也為美國海軍提供魚雷測試（卡梅隆也在這里進行了他的潛水器測試）。“深水飛行挑戰(zhàn)者”通過了這次壓力測試。殼體抵抗住了模擬馬里亞納海溝底部的水壓，但結(jié)果并不十全十美：球形玻璃觀察窗上出現(xiàn)了一個小裂縫。雖然這是制造上的問題而并非設(shè)計的錯誤，項目還是因此推遲了幾個月。然而，在潛水器的首次公開下水幾周前的一個上午，福斯特駕駛著一架兩座超級迪卡斯龍飛機由內(nèi)華達州的農(nóng)場起飛，他再也沒有回來。

深潛還在繼續(xù)

正當(dāng)福斯特資助的項目組在霍克斯位于舊金山灣的車間進行著“深水飛行挑戰(zhàn)者”的研制工作時，卡梅隆的澳大利亞工程團隊也正秘密研制“深海挑戰(zhàn)者”。

今天大多數(shù)常規(guī)潛水器，都使用了較輕的鈦金屬殼體。但是鈦材料的抗壓能力最深只能到達水下6096米的地方。在制造“深海挑戰(zhàn)者號”潛水器時，工程師們將潛水員乘坐的艙室設(shè)計成球形，用薄鋼板鑄造，使其輕巧又堅固。相較之下，圓筒形的船體則需要厚度為前者3倍的鋼材。潛水器結(jié)構(gòu)的其他部分則大多是專門設(shè)計的抗壓泡沫組織，用以提供浮力。“深海挑戰(zhàn)者”最終經(jīng)受住了洋底的重壓，使得近一世紀(jì)來，工程師探尋深海景象的夢想成為現(xiàn)實。

研制中，他們發(fā)現(xiàn)中國有一種鋰電池與美國特斯拉電動車使用的電池非常相似。他們是通過特制的藍寶石晶體為電動車的翼燈供電。鋰因其質(zhì)量輕和自身的高電化電勢已經(jīng)被廣泛用于電池生產(chǎn)。與2伏特電壓的鉛酸電池和1.5伏特的鋅碳電池相比，鋰的高電化電勢可以產(chǎn)生3伏特以上電壓。目前的鋰電池可以產(chǎn)生大量的能量，按質(zhì)量計每千克每小時約400瓦，而堿性電池每千克每小時為100瓦，鉛酸電池每千克每小時為40瓦。現(xiàn)有科學(xué)家已經(jīng)研制出電量達到破紀(jì)錄的每千克每小時1300瓦特的電池。這樣可以讓深潛器的水下動力大大加強。

“深水飛行挑戰(zhàn)者”潛水器沉寂了幾年，之后被維珍集團創(chuàng)始人理查德·布蘭森再次帶回公眾面前。它被重新命名為“維珍海洋”號，并且正在準(zhǔn)備再次向世界最深處發(fā)出挑戰(zhàn)。其首席駕駛員克里斯·威爾士在自己的博客中提到，他和卡梅隆的深潛活動更趨向于互補而不是競爭。“維珍海洋”號可以在大洋底部航行19千米到24千米，在大范圍海域探險以及確認(rèn)哪些海域值得進行精密研究表現(xiàn)十分出色，而卡梅隆的潛水器能在指定的海域進行完美的精密研究。他寫道，我們的努力如果加起來，就可以實現(xiàn)更深入的聯(lián)合。期待著能夠在沃爾什、皮卡德和卡梅隆的基礎(chǔ)上，為實現(xiàn)真正的研究聯(lián)盟作出貢獻。