海中的“氣球”

佘毅仁

【極限探索·深海專題之五】

大家都知道，氣球能在空中向上飄。但有人卻偏偏將它往水里按。這到底是怎么一回事？一起來看看奧古斯特·皮卡爾德博士的故事。

百 折 不 撓

皮卡爾德博士一直在思考如何讓潛水器在水中自由航行。畢比-巴頓的深潛球優點和缺點都很明顯，但這些缺點往往都無法彌補，比如深潛球沒有自主水平運動的能力，而且萬一牽引鋼纜斷裂，深潛球和乘員將有去無回，這就阻礙了潛水器向更大的深度進發。

皮卡爾德有設計航空氣球的經驗。氣球在大氣層中飛行時，采用的是氣體不飽和填充的方式，隨著高度的變化，氣球里比空氣輕的氣體會減壓、膨脹上升，這樣氣球就可以順利上升了。

那么，潛水器能不能也使用這個原理呢？答案是肯定的，只是所需材料不同。在海中，潛水器當然要用耐壓材料來制造，這點和天空中相反。

不過，載人工作艙依然是球形，載人工作艙的上方可安置一個浮筒來代替氣球。這種結構和天空中飛行的氣球有異曲同工之妙，只是海中與天空中的介質有所不同，從密度小的空氣變成了密度大的海水，這樣便需要擁有巧奪天工的才思才能使這種“氣球”在海中遨游。

1937年，皮卡爾德向比利時國家科研基金會陳述了探索海洋的設想，基金會決定再次支持皮卡爾德完成這個偉大的夢想。皮卡爾德迅速組建了實驗室，并完成各種基礎實驗。當時，理論體系和制造技術已經基本成熟。

可是不久，第二次世界大戰爆發，皮卡爾德的工作被迫停了下來。戰后，皮卡爾德加倍努力，重拾已停滯近10年的工作，并改進了原先的設計，經過不懈的努力最終把能夠潛入深海的深潛器制造完成。研制期間，戰后的重建給深潛器的研制工作制造了重重的麻煩，但超人的毅力驅使他必須實現年少時的夢想。

設計巧妙的

深潛器

二戰時普通的潛水艇主要用于軍事，通常潛深只有數十米至100多米，極限潛深也不過200米。當時的技術和材料不足以保證潛水艇在大深度作戰環境中的穩定性能。潛水艇改變升降姿勢是通過向壓載水艙內注入海水，并調整升降舵來實現的。

當潛水艇想要上浮時，潛水艇使用高壓空氣將壓載水艙里的海水排出艇體，依據密度原理，密度較大的物體下沉，密度較小的物體上浮，潛水艇就這樣控制上浮或相對懸停在所需要的深度。

一般潛水艇被設計成全封閉結構，潛水艇的外殼為耐壓的鋼材，具備相應厚度的鋼材可以抵御極限設計潛深時的水壓，且保證艇體不會變形。潛水艇在水下只能通過聲吶規避障礙物航行。潛水艇的動力結構一般被設計成水面上使用柴油機行進，同時為蓄電池充電，水下使用蓄電池的電力驅動發電機前進。

最重要的是，全封閉潛水艇無法直接觀察水下周圍的情況。

而深潛器則與普通潛水艇完全不同。既然它是航行在海中的“氣球”，那所有的部件都必須要能抵抗住深海巨大的水壓。但如果使用與潛水艇一樣的鋼材，那整個深潛器將會超重。

既然說到氣球，那么浮筒內的介質便至關重要。到底使用什么介質來幫助載人艙自由游弋呢？皮卡爾德利用他超凡卓絕的物理學才能，決定使用汽油代替空氣放在浮筒里作為上浮的介質，問題就這樣簡單地被解決了。汽油和水同為液體，比重則遠比水小，因此，汽油在水中一定會快速上升。由于液體很難被壓縮，所以浮筒可以用較輕質的鋼板制造，其作用就像氣球球體一樣，防止汽油在水中逸散。

當然，載人艙必須保持常壓，而且要建造得結實可靠，足以抵御深海的高壓。

這種新穎的深潛器于1948年制造完成，即使用現在的眼光來看，這種設計無論工作原理還是外觀都十分超前。為了感謝比利時國家科研基金會的全力支持，他將這種深潛器命名為“弗恩斯- 2”。

當時的媒體立即尋找到了新聞主題：著名航空家——奧古斯特·皮卡爾德教授在完成大氣層氣球探空的實驗后，現在又將深入海洋，探測神秘的海底世界。此時，有人稱皮卡爾德為“天才浮力學家”。

“天才浮力學家”

這種深潛器，長約7米，寬約3.2米，高約5.8米。由于皮卡爾德身材高大，耐壓載人艙的外部直徑約為2.2米，壁厚9厘米。皮卡爾德想使用它遨游整個海洋，但由于經驗和材料所限，設計的潛深較為有限。

皮卡爾德的設計可謂煞費苦心，耐壓載人艙與汽油浮筒相連，中間設計安裝有套環支柱，把浮筒和耐壓載人艙連為一體。這個支柱還有一個重要的功能，就是在母船上的吊車將整個深潛器吊裝出入水時起到支柱的作用。

浮筒設計極有新意，為雙層結構，外壁由薄鋼板制成；內含多個分隔式油箱，油箱內承載高質量的航空汽油，共計20余噸重。

再說說耐壓載人艙吧。耐壓載人艙安裝了各種先進的科研設備，內部空間也被擴展到2米（直徑）。

就耐壓載人艙本身而言，材料的革新是令人耳目一新的亮點，比起畢比-巴頓的深潛球，耐壓載人艙不僅體積擴大了1/4，還最早使用了有機玻璃作為觀察窗的材料。有機玻璃又輕又堅固，結構均勻穩定，并具有相當的韌性，在大壓強環境下仍然不易碎裂。

皮卡爾德運用了圓棱臺的設計來制造觀察窗，這種觀察窗能有效解決窗邊緣滲水的問題。深潛球只有一排向前觀察的小直徑觀察窗，而耐壓載人艙安排了前后2個觀察窗，觀察效果大為改善。

和深潛球一樣，耐壓載人艙使用壓縮氧氣供乘員呼吸。深潛器裝有測深儀、溫度計、電池組等設備，耐壓載人艙額定乘員為2人。

另外，為了保證乘員的生命安全，深潛器還裝有新型照明燈和主動聲吶，不斷發出聲波，使母船能確定其所在位置，萬一發生意外時可及時救援。

氫氣球在天空中時，有萬有引力約束吊艙，使其在任意高度都可以自由落體的形式返回地面，那么深潛器用汽油作為介質提供了浮力，豈不是永遠浮在海面上無法下沉了嗎？

針對這個問題，皮卡爾德為深潛器掛裝了一個壓載鐵塊。當深潛器觸底時，可以控制壓載鐵塊與深潛器分離。這樣，深潛器便可以自動上浮完成整個作業流程。

1948年9月開始，皮卡爾德開始對“弗恩斯-2”進行測試。10月末，皮卡爾德親自駕駛深潛器進行載人海試，并輕松完成了淺深度的海試。

雖然海試非常順利，但也暴露出部分設計缺陷。所有成員必須在母船上先進入載人艙，確保萬無一失后，由吊車吊裝入海，再通過加油管向浮筒頂部的油箱開口內注入汽油。

加油完成后，最終在深潛器底部加上壓載配重鐵塊，深潛器開始下潛。

整個流程費時費力，極為麻煩。設計經驗的不足潛藏著隱患，最終發展成毀滅性的打擊。

1948年11月3日，在北非西側大西洋佛得角群島海域，皮卡爾德進行了一次無人深潛海試。深潛器上不僅擁有常用設備，還加裝了一個巧奪天工的裝置。這個裝置用于壓載鐵塊觸及海底時，通過力學傳導的方式自動與深潛器脫離，最終使深潛器自動上浮。這次海試完成了下潛約1400米的驕人成績，并創造出新的世界紀錄。

可也許是大自然想不斷地考驗皮卡爾德，在上浮至海面的過程中，突然變化的海況造成了狂風巨浪，嚴重地毀壞了深潛器的浮筒，致使深潛器徹底失去工作能力。

這次海試的挫折被媒體評價為“完全失敗”，各界對皮卡爾德深潛事業的前途提出了質疑，甚至連比利時國家科研基金會也決定停止對皮卡爾德的資助。

的確，紡錘狀的扁平浮筒不利于深潛器在海面上拖曳航行。畢竟皮卡爾德是科學家，缺乏造船經驗。機械設計能力的欠缺不可避免地導致了此種結果，似乎深潛事業也遇上了瓶頸。

不過，皮卡爾德的兒子雅克，此時已經成為父親的得力助手。

這對上陣的父子兵繼續運用驚人的才智和堅韌不拔的意志力，征服海洋的極限深度……