作者：張鼎 楊陽（雲海科普團隊）王俊龍（天津大學海洋學院融媒體中心）
來源：《知識就是力量》雜誌
9998米，9999米，10000米！10909米！2020年11月10日早8時12分，隨著顯示器上的數字正式突破一萬大關，探索一號下潛指揮室中傳來了一陣短促又熱烈的掌聲，奮鬥者號深潛器突破了萬米大關，成功坐底馬裡亞納海溝！中國人首次在世界的最深處留下了自己的印記，在成功的背後，蘊含著的是中國船舶工程團隊、海洋科研工作者半個世紀的辛勞與汗水，這也是一段從追趕到超越的風雨荊棘路。
蹣跚前行——從無到有的突破
受限於科技水平，人類在20世紀30年代才正式展開對深海的探索。1932年，美國工程師巴頓和博物學家比伯乘坐他們自己設計的一個球狀潛水器下潛到了923米的深度，一時間吸引了來自社會各界好奇的目光。美國軍界迅速意識到深潛器所蘊含的巨大價值——失事潛艇救援、海底地形勘探、海洋資源開發……不管哪一項都有著巨大的經濟和軍事潛力。1970年，世界第一艘深潛救生艇神秘客號應運而生。
就在神秘客號下水的同年，時任中國海軍副司令員的周希漢將軍對哈爾濱工程大學下達指示，要研發中國自己的深潛救生艇。以羅培林為代表的老一輩船舶人不怕苦更不畏難，用15年的時間摸索、研究出了中國第一艘載人潛水器——7103救生艇。雖然它的下潛深度只有美國神秘客號1500米的五分之一，但它卻使中國深潛技術實現了從0到1的突破。
隨著「863計劃」（國家高技術研究發展計劃）的實施，海底豐富礦產資源的逐步發現，中國在20世紀90年代開始逐漸擁有了「潛得更深」的動力與科技條件，而聯合國批准15萬平方千米的多金屬結核開闢區給中國的消息更是進一步激勵了中國的有識之士。不過，之前「863計劃」為中國帶來的機器人多為有纜遙控水下機器人，受限於電纜的長度和強度，它們潛得不夠深，探索的範圍也不夠大。而太平洋的平均深度足足有3957米，海域廣闊程度更是世界之最。「863計劃」再次出馬，組織了一批科研院所，並請來了俄羅斯海洋技術研究所的專家當老師。經過6年的艱苦研發，最終在1994年，探索者號甩掉了與母船之間聯繫的電纜，實現了中國深潛器從有纜到無纜的飛躍。有了經驗，剩下的只需時間。
探索者號
(圖片來源/中國科學院瀋陽自動化研究所)
CR-01號深潛機器人
(圖片來源/中國科學院瀋陽自動化研究所)
1997年，在煙波浩渺的北太平洋上，大洋一號科考船將名為CR-01號的深潛機器人輕柔地放入水中，幾小時後，一面鮮豔的五星紅旗便在5179米深的太平洋海底靜靜飄揚，中國的潛水器第一次突破到如此深度。CR-01號的面世，標誌著中國成為世界上擁有潛深6000米自製水下機器人的少數國家之一，世界上關於深海的話語權中開始出現了中國人的聲音。
奮起直追——承上啟下的三龍探海
進入21世紀，「863計劃」在深潛器領域繼續發力。2002年，中國科技部將深海載人潛水器研製列為「863計劃」的重大專項，蛟龍號載人深潛器的研製啟動。載人深潛器的研發難度相較於之前的無人水下機器人完全不可同日而語：水下機器人不用擔心乘員安全問題，不需要載人艙和複雜的生命維持系統；此外由於機器人內部與海洋環境聯通，內外壓力平衡，一定程度上降低了深海巨大壓強的考驗，它所需要考慮的更多還是深海低溫高壓條件下如何做到電氣設備的密封和防水。
無數新課題、新挑戰擺在了科研人員的面前。經過近10年的潛心研製，蛟龍號項目取得了豐碩的成果：從2009年至2012年，蛟龍號接連取得1000米級、3000米級、5000米級和7000米級海試成功，尤其是在2012年6月，蛟龍號在馬裡亞納海溝創造了下潛7062米的世界同類作業型潛水器最大下潛深度紀錄，這意味著從此世界上99.8%的海域向中國敞開了大門。
為了應對7000米水深的複雜環境，蛟龍號在4個領域取得了突破：抗壓、續航、通訊以及浮力材料。抗壓方面，7000米的水深不僅意味著1.5℃的低溫，還意味著潛水器的外壁每平方米要承受7000噸的巨大壓力，在這麼大的高壓下，幾毫米厚的鋼製容器會像蛋殼一樣被壓碎。因此國際通用的潛水器製造材料是高強度、高韌性且十分耐腐蝕的特種鈦合金，蛟龍號也不例外，它的耐壓殼體由國內研究團隊設計，採用了先進的瓜瓣焊接技術，應對7000米的水深綽綽有餘。
續航能力方面，潛水器如果想要在7000米的深海中展開科研活動，算上下潛上浮的時間再加上為科研任務預留的時長，續航能力必須保持在10小時以上。蛟龍號由於使用了新型充油銀鋅蓄電池，它的水下工作時間可持續12個小時，是目前國際上同類型潛水器中最強的。
通信技術上，在7000米級的深潛器上要是繼續使用過時的通訊電纜毫無疑問是既不經濟又不安全。為此蛟龍號使用了一種名為「高速水聲通信」的技術，將電信號通過轉換器變為聲波頻率在4000赫茲左右、能在水中高速傳播的聲信號，最大程度上避免了海洋生物、複雜洋流以及過路船舶可能造成的幹擾，實現了與母船之間的實時通訊。
至於浮力材料，深潛器所使用的浮力材料不僅必須能承受住深海巨大的壓力，而且要求它的滲水率極低，以保證其密度不變，否則深潛器就有可能因為浮力喪失而沉入海底。蛟龍號採用了一種玻璃微珠聚合物，針對作業目標具有穩定的懸浮定位能力，再搭配上先進的懸浮作業技術和自動航行技術，蛟龍號在實現了完全依靠自身重量的無動力下潛與上浮這一技術突破的同時，還具備了無需固定支點就能在深海任意一點停留作業的本領。
具備了「十八般武藝」的蛟龍號固然是中國潛水設備中耀眼的明珠，但與它同時期的「潛龍」家族也值得大家的關注。
潛龍一號、二號兄弟倆繼承了CR-01號無纜自治水下機器人前輩的衣缽，成為了中國開發水下資源的利器。老大潛龍一號在2013年完成了海上試驗，它的外形像一根雪茄，最大工作水深超過6000米。與前輩CR-01號相比，潛龍一號具備更加先進、持久的水下巡航能力，可實現三維坐標下5個自由度的連續運動控制，自持時間長達24小時，其裝載的淺地層剖面儀等探測設備也讓它看得更細，海底微地形地貌的探測信手拈來。
潛龍一號
(圖片來源/中國科學院瀋陽自動化研究所)
潛龍二號（左），潛龍一號（右）
(圖片來源/中國科學院瀋陽自動化研究所)
潛龍二號2015年開始投入使用，算上細長的尾部只有3.5米長，與大哥4.6米的粗長體型相比迷你得多。不過塊頭小了本領卻一點也沒小，它的水下自持時間超過了30小時，所裝備的探索設備除了常見的前視聲納之外，還多了能夠探測精細地形地貌的測深側掃聲納以及一條長長的磁力探測儀「尾巴」，能夠探測多金屬硫化物和多金屬結殼資源。此外，潛龍二號還是世界上第一個採用非迴轉體立扁魚形設計的深潛器，這種構造極大地加強了它在複雜海底地形中的作業能力。因為這看上去有些呆萌的體型，科研人員還親切地給他起了一個「黃胖魚」的綽號。
更進一步——我們要去最深處看看
經過三代人半個世紀的努力，中國的載人深潛「功夫」愈發精湛，「內力」也越來越深厚，但還是欠缺了一些經驗與技術的積澱，蛟龍號許多關鍵零件與分系統裝備還要從國外購買，為了補短板、強弱項，性價比更高的深海勇士號應運而生。
有了之前蛟龍號10年研製的經驗，深海勇士號從立項到2017年12月完成驗收只用了8年的時間，關鍵零部件的國產化率也提升至91.3%，製造蛟龍號時還一定程度上需要藉助外國技術的鈦合金載人艙、水密接插件、浮力材料和機械手臂，在深海勇士號上已經實現了完全的國產化，不僅如此，各項性能也有了顯著的提升。原本的銀鋅電池被更耐用的鋰電池所取代，一塊電池的可使用次數從50次上升到500次。蛟龍號可以實現完全依靠自身重量的無動力下潛與上浮，深海勇士號則更進一步，不光具備「自動」浮沉的能力，還可以藉助更加充足的電力做下潛與上浮的輔助，縮短「趕路」時間極大提升在海底的作業效率……更高的國產化率，意味著深潛器造價的大幅降低；更高的工作效率，意味著中國未來深潛經驗以及對深海認識的迅速提升。雖然深海勇士號的下潛深度只有4500米，但這個深度已然足夠應對中國主要海域和國際海域資源可開發的深度，對於主打經濟實用性的深海勇士號來說已經完全足夠，更何況深海勇士號在設計之初就已經預留了深潛至11000米的能力，誰又能說將來在馬裡亞納海溝的底部就不會出現它的身影呢！
蛟龍號的下潛深度可探索全球海洋99.8%的廣闊區域，可海洋中最深的那0.2%對於我們依然是「禁地」。奮鬥者號的意義就在於此。2020年11月10日，奮鬥者號在馬裡亞納海溝成功坐底，深度達到10909米。不僅刷新了中國深潛器的紀錄，也是世界上首次同時將3人帶到地球最深處。
從蛟龍號的7000米級到如今奮鬥者號超過10000米，要下潛的深度增加了42%。所以，奮鬥者號與之前探索過馬裡亞納海溝的前輩們相比，擁有的鈦合金載人艙功能更為強悍：由中國寶鈦集團公司製造，直徑2米，能承受萬米深處的水壓，採用了整體衝壓加電子束焊接的技術，標誌著中國鈦合金材料技術和焊接加工技術，已經達到了國際先進水平，這種攻克極端環境要求時誕生的尖端技術，會逐漸擴散到各個加工領域，從而提升中國高級製造業整體工藝能力。此外，它的浮力材料、充油鋰電池等關鍵設備、子系統性能都有了更大的提升。最為值得一提的技術突破是奮鬥者號的先進導航技術，依靠慣性導航裝置的測算，奮鬥者號能夠清楚地感應自身的位置、速度、姿態和方向，即便偏移量只有一枚硬幣的厚度，也能馬上被檢測到，極大地保障了奮鬥者號在探索萬米深海時的安全。
從跟跑到陪跑再到領跑，中國深潛事業的發展歷程只是中國人百年來艱苦卓絕復興路上的一個縮影。對於浩瀚深海的探索，我們也將勇往直前。
（責任編輯 / 黃盈盈 美術編輯 / 李子夜）
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