◎開欄語
「十四五」規劃建議明確提出，強化國家戰略科技力量，打好關鍵核心技術攻堅戰，提高創新鏈整體效能。
從深空到深海，從能源到交通，從通信到製藥……長期以來，中國科學院在前瞻部署和牽頭組織完成國家重大科技任務的同時，還積極發揮科技和人才優勢，圍繞國家重大工程、重大基礎設施和重要行業的迫切需求，以「功成不必在我，功成必定有我」的奉獻和擔當精神，攻克了一系列關鍵核心技術難題，發揮了不可替代的戰略支撐作用。
本報今起開設「國之重器中的中科院力量」欄目，從若干國家科技重大專項、重大工程項目切入，展現中國科學院在國之重器中發揮的重要作用和擔當精神。
10909米！11日10日，「奮鬥者」號潛水器在馬裡亞納海溝成功坐底，創造了中國載人深潛新紀錄，也使我國成為世界上第二個實現萬米載人深潛的國家。
在此之前，世界上最先進的全海深潛水器是2019年完成萬米下潛的美國「極限因子」號，載人艙可搭載2人。「奮鬥者」號搭載了3名潛航員。要實現這一目標，原有技術已不適用，只能超越「極限」，發展創新技術。
「以前我們講國產化，還是在追趕別人，現在已經不僅是國產，而是國創了。」中國科學院金屬研究所（以下簡稱金屬所）研究員、全海深載人潛水器載人艙項目負責人楊銳告訴《中國科學報》。
實際上，「奮鬥者」號這個國之重器全身上下都是打破紀錄的「國創」技術。
向「無人區」進軍
萬米載人深潛計劃啟動時，最大的限定因素就是載人球艙。要想搭載3名潛航員，球形載人艙的體積就必須加大，對材料強度和韌性的要求已然超出傳統鈦合金材料的極限。
「所有載人艙過去30年用的都是Ti64，但我們必須研發新的合金。」楊銳說。
研發30年無人突破的材料，難度可想而知。這項向「無人區」進軍的重任落到了金屬所的肩上。實際上，開發新型金屬材料正是金屬所的強項，從1953年成立至今，他們已經為國家若干重大工程提供了關鍵材料。
「奮鬥者」號載人潛水器是「十三五」國家重點研發計劃「深海關鍵技術與裝備」專項支持的重大科技裝備，於2016年立項。早在2014年，金屬所就在中科院戰略性先導科技專項支持下，開始了關鍵技術預研。
基於在鈦合金方面長期的研究經驗，他們發明了新型鈦合金Ti62A，在韌性和可焊性與Ti64相當的前提下大幅度提升了強度，解決了載人艙球殼的材料難題。之後，這支由金屬所牽頭、多家企業和研究機構組建的「國家隊」，又接連攻克成形和焊接兩大「攔路虎」，逾越了許多過去認為「不可能」的障礙。
起步早、基礎好、團隊作戰，成就了鈦合金載人球艙提前5年完成的佳績。
載人艙保證「奮鬥者」號「下得去」，固體浮力材料則使其「上得來」。2012年我國第一臺載人深潛器「蛟龍」號下海時，固體浮力材料全部來自進口。中國科學院理化技術研究所研究員張敬傑在心中埋下夢想：將來一定要用國產材料取而代之。
2017年「深海勇士」號出徵時，首次實現了4500米級全國產固體浮力材料的應用，其技術正是來源於張敬傑團隊。而這一次，他們要挑戰10000米。
「這就要求浮力材料更輕更強，但是萬米深度沒有可借鑑的文獻資料和使用經驗，有些材料甚至達到極限。」雖然壓力很大，但張敬傑深知浮力材料的性能事關生命安全，決不能退縮。
最終，張敬傑團隊採用具有自主智慧財產權的軟化學製備技術，短時間內研製出了固體浮力材料核心原材料——高強空心玻璃微球，進而製備出了安全可靠的萬米級固體浮力材料。
為了確保萬米環境下的安全穩妥，幾千塊塊狀浮力材料逐一進行了壓力測試。
在三亞，有一臺國際上容積與工作壓力組合技術指標最高的超大型深海超高壓模擬試驗裝置，要下水的設備和材料，都必須進行充分的先期測試。這一工作由「奮鬥者」號業主單位——中國科學院深海科學與工程研究所（以下簡稱深海所）牽頭完成。
楊銳表示，金屬球殼不能拆分進行壓力測試，其挑戰之大在國內史無前例，深海所付出了巨大努力。
有勇有謀的「奮鬥者」
馬裡亞納海溝是海洋的最深淵，一片漆黑、地形複雜，「奮鬥者」號卻多次在這裡完成深潛作業，獲取了大量生物、地質等深淵海底樣品，還能同萬米之遙的母船通信，並實現電視直播。
這一切都離不開科技的力量。
針對深淵複雜環境下的航行操控、可靠運行等技術難題，中國科學院瀋陽自動化研究所（以下簡稱瀋陽自動化所）為「奮鬥者」號設計了智能控制系統，實現基於數據與模型預測的在線智能故障診斷、容錯控制和自主避碰，並採用基於神經網絡優化的算法實現了大慣量載體貼海底自動匹配地形巡航、定點航行及懸停定位等高精度控制功能，使得潛水器在萬米深淵也「如履平地」。
機械手同樣是瀋陽自動化所的傑作。這也是我國首次應用於萬米作業的全海深液壓機械手，具有7個關節，可實現六自由度運動控制，持重能力超過60公斤。
在11月16日的下潛作業中，藉助組合導航系統和聲吶設備，「奮鬥者」號潛航員僅用半小時便取回此前布放在萬米海底的3個水下取樣器，成功實現「海底撈針」。
中國科學院聲學研究所高級工程師、「奮鬥者」號聲學系統主任設計師劉燁瑤告訴《中國科學報》，相較於前兩代的「蛟龍」號與「深海勇士」號載人潛水器，「奮鬥者」號的聲學系統實現了完全國產化，突破了全海深難關，技術指標更高。
其中，水聲通信是「奮鬥者」號與母船之間溝通的唯一橋梁，可以實現潛水器從萬米海底至海面母船的文字、語音及圖像的實時傳輸。聲學系統還實現了探測、定位、導航等功能。
「從4500米到萬米，技術難度加大很多，但『奮鬥者』號水聲通信指標沒有下降，這得益於團隊多年來的研究積累和經驗傳承，核心骨幹成員連續完成『蛟龍』號、『深海勇士』號、『奮鬥者』號聲學系統設備研發，積累了很多經驗。」劉燁瑤說。
據悉，此次中國科學院所屬10餘家單位全面參與了「奮鬥者」號研製和海試工作，是研製任務的核心單位。
「只有崗位、沒有單位」
「親愛的觀眾們，萬米的海底妙不可言，希望我們能夠通過『奮鬥者』的畫面向大家展示萬米的海底。」11月10日，「奮鬥者」號坐底馬裡亞納海溝時，3位潛航員通過電視直播向全國觀眾分享海底畫面。
為了讓全國觀眾見證這一盛況，深海所聯合中國科學院西安光學精密機械研究所、長春光學精密機械與物理研究所、中國科學技術大學、上海矽酸鹽研究所等單位自主研製了「滄海」號著陸器和全海深視頻直播系統，帶動我國水下高清視頻採集、傳輸及處理技術發展。
全海深載人深潛作為一項複雜的系統工程，涉及多家單位近千名科技人員共同參與，其順暢實施離不開業主方深海所的努力。
在中科院戰略性先導科技專項支持之下，從2014年起，深海所聯合眾多單位組織完成了3個深淵綜合科考航次、2個載人深潛科考航次和49次萬米無人深淵探測，積累了豐富的作業經驗和精細的地形數據。通過一系列深淵航次，我國開啟了萬米深淵科考新時代，也逐漸建立起海鬥深淵科學研究體系。
同時，深海所打造了一支由15名潛航員組成的載人深潛運維隊伍，形成了「一名獨立主駕+兩名科學家」的人員組合和夜潛常態化作業模式。自2017年8月以來，「深海勇士」號已累計下潛超過300次，運維水平進入國際先進行列。
要完成這些壯舉，離不開一套高效的組織體系，為了團結和協調多方力量，深海所提出「只有崗位、沒有單位」的口號。如今，這一理念已經深入人心，在項目內形成了跨系統、跨單位、跨部門團結協作的氛圍。
深海所黨委副書記、副所長陽寧告訴《中國科學報》：「一旦形成隊伍，必須堅持『只有崗位、沒有單位』的出海文化，這是我們多年合作的默契，也是最行之有效的方法。」
（原載於《中國科學報》 2020-11-30 第1版 要聞）