跟隨“奮斗者”號潛入深海

2020年11月10日，“奮斗者”號全海深載人潛水器成功坐底馬里亞納海溝10909米深處，刷新了中國載人深潛新紀錄。“奮斗者”號成為世界第一臺可搭載3名乘員、可長期科考作業的全海深載人潛水器，讓我國成為全世界第二個擁有進出萬米深淵“通行證”的國家。

拿到這個通行證并非易事，從“蛟龍”號到“深海勇士”號再到“奮斗者”號，中國載人潛水器一路走來并非坦途。

在前兩者的研發基礎上，“奮斗者”號于2016年開始建造，經過近百家科研院所、高校與企業的近千名科研人員的攻堅克難，在2020年研制完成并海試成功。研發團隊針對極端環境開展設計和建造，先后完成關鍵核心技術攻關、總體設計、集成建造和海上試驗，在潛水器超大潛深結構、系統調試與仿真以及深海作業等關鍵技術方面取得了一系列重大突破。

載人潛水器建造技術的難點主要在于深海嚴苛的環境特點，如高壓、高鹽、低溫、黑暗等。其中，深海超高的壓力是最大的障礙。在海洋中，水深每增加10米，壓力就會增加1個大氣壓，水深10000米的海底，壓力就達到1000個大氣壓，相當于一輛小汽車的重量全部壓在一個手指蓋上。在全球最深點——馬里亞納海溝的挑戰者深淵，深度接近11000米，要想抵達這里，潛水器所有暴露在海水中的裝備都要扛得住高壓。除此之外，制作裝備的材料還要能抵抗住風浪的沖擊，具備高強度、高韌性和較好的延展性等性能。

“奮斗者”號名片

母船：“探索一號”科考船

最大工作深度：11000米

尺寸：長10.26米，寬3.17米，高4.4米

重量：36噸

有效載荷：200千克（空氣中）

最大水下工作時間：12小時

可載人數：3人

水下最大航速：2.5節（1節相當于陸地上大約1.85千米/小時）

載人艙內徑：1.8米

觀察窗數量：3個

平均上浮、下潛速率：60 米/秒

“奮斗者”號去深海干什么？

“奮斗者”號作為目前我國唯一一臺可載人的萬米級潛水器，擁有廣闊的應用領域，對于深海科學考察、采集樣品、支撐多型國產儀器裝備海試、深海搜尋打撈、深海考古、海洋地質災害與深水油氣工程、深海電影拍攝等，都具有得天獨厚的優勢。

2022年，中國科學院深海科學與工程研究所牽頭發起“全球深淵深潛探索計劃”。在該計劃的支持下，“奮斗者”號先后完成了全球首個環大洋洲載人深潛科考航次、首次中國-印度尼西亞爪哇海溝聯合深潛科考航次、中-俄首次聯合深潛科考航次等任務，先后在克馬德克海溝、蒂阿曼蒂那深淵、瓦萊比-熱恩斯深淵、爪哇海溝、千葉-堪察加海溝和阿留申海溝等開展系統性載人深潛綜合科考，開啟了國際合作新征程。

有什么魔力，讓“奮斗者”號自由地下潛、上浮？

“奮斗者”號在空氣中重達36噸。它能浮在水面，也可以在水下靈活航行，這是怎么做到的呢？這里不得不提一種由玻璃微珠和環氧樹脂組成的高科技耐壓材料——浮力材。玻璃微珠非常小，直徑只有幾十微米，抓在手里就像抓一把面粉的感覺。這二者制作的浮力材具有耐高壓、高強度、低吸水率的性能，密度比海水小，安裝在潛器的支架上，能起到提供浮力的作用。潛水器的艏部、中段和艉部，都裝有推進器，它們提供動力使潛水器在水中可以自由地移動。

“奮斗者”號又是如何自由地大幅度上浮下潛的呢？水中很多硬骨魚類，有個叫“魚鰾”的器官。魚鰾內充滿氣體，魚可以通過調節魚鰾內氣體的體積來控制身體的比重，從而在游動時輕松自如地保持想要的狀態。潛水器中也有類似魚鰾的裝置，是由幾部分設備共同協作完成的。

·當潛水器被放入海里后，在浮力材料（向上）提供的浮力大于潛水器的重力（向下）時，是浮在海面的。

·準備下潛時，向壓載水箱中注水，幾分鐘后注滿，自身重量大于浮力，潛水器開始下潛。

·當潛水器下潛至指定的工作深度時，拋棄一組壓載鐵，使潛水器自身重力和浮力基本平衡，懸浮在水中。

·在作業過程中，如果需要對潛水器的浮力進行調節，海水泵通過向可調壓載水艙注水和排水，就可以發揮“四兩撥千斤”的作用。

·當完成作業后，潛水器再拋掉一組壓載鐵，浮力大于重力，潛水器開始向上返程。

·當潛水器到達水面時，壓載水箱向外排水，進一步增大浮力，潛水器便可以漂浮在水上啦！

隨“奮斗者”號入海，怎樣觀察外面的世界？

載人艙在“奮斗者”號的前部，是一個內徑1.8 米的鈦合金耐壓球殼，可以容納3個人在里面工作。之所以選用鈦合金，是因為它重量輕、強度大、耐腐蝕，是制造載人球艙的不二之選。球殼上方開了一個可供人進出的艙口，下半部分還開了3個圓形的觀察窗，里面的工作人員可以透過觀察窗看到潛水器外面的世界。

可別小看這3個觀察窗，這對生產工藝來說是個嚴苛的考驗，因為每多開一個觀察窗，都會對球殼的承壓和密封帶來極大挑戰。載人球艙的內部，配備有生命支持系統，以維持艙里的空氣成分、濕度、溫度、壓力和地表一致，保障工作人員在里面正常開展工作。

在海水的吸收作用下，可見光能穿透海水的深度一般在200米，再往下就是漆黑一片。下潛人員要觀察周圍環境、拍照錄像，只靠觀察窗是不夠的，要借助照明設備。潛水器的前部、后部和底部，都安裝了照明和攝錄設備，能夠從多個角度實時記錄周圍和機械手工作的情況。

在海底，“奮斗者”號有什么動力來源？如何與科考船聯系？

“奮斗者”號要在海里待12個小時。如果是下潛到萬米深海，下潛和上浮的速度約為每秒60米，那么下潛和上浮的過程分別要花3個小時左右，水下作業時間約6小時。潛水器在被科考船放到海里開始下潛后，就變成了完全自由的個體，與科考船之間沒有線路連接。潛水器在水下能長時間高效率工作，主要依靠自身攜帶的上噸重的鋰電池供電。

下潛后，水聲通信成了“奮斗者”號和科考船之間溝通的唯一橋梁。如果把潛水器比作一個人，那么聲學系統就是這個人的眼睛、耳朵和嘴巴，它能幫助在海底的潛水器向科考船實時傳輸文字、語音及圖像。此外，通過水聲通信，潛水器與母船之間還能完成自主數據收發，包括傳感器的位置等重要信息，這對水面工作人員把握潛水器的狀態和現場分析決策至關重要。

“奮斗者”號的成功研發和常態化科考應用，顯著提升了我國深海裝備技術的自主創新水平，使我國具備了在全球海洋最深處開展科學探索和研究的能力，是我國深海科技探索道路上的重要里程碑。如今，“奮斗者”號已累計下潛約300次，其中萬米級下潛25次，已有32人搭乘“奮斗者”號到達萬米海底，萬米深潛次數和人數均居世界首位。未來，“奮斗者”號還會將國內外更多的科學家帶到全球更多的深海深淵，也期待他們揭示更多深海的奧秘。

作者單位 中國科學院深海科學與工程研究所