圖為「深海勇士」號載人潛水器。 新華社記者 郭程 攝
本報記者 初英傑報導 遼闊浩瀚的海底世界,神秘而又豐富多彩,一直吸引著人類不斷探索。
習近平總書記指出:「深海蘊藏著地球上遠未認知和開發的寶藏,但要得到這些寶藏,就必須在深海進入、深海探測、深海開發方面掌握關鍵技術。」
載人深潛,就是實現第一步——「深海進入」的重要手段。
我國的深海載人深潛器發展經歷了怎樣的歷程?幾代載人深潛器分別有什麼特點?目前,我國載人深潛器在哪些方面領先?出徵深海的勇士——潛航員們在深海遭遇過哪些險情,又是怎樣克服的?
國家深海基地管理中心潛航員辦公室副主任,中國載人深潛「蛟龍」號首批潛航員、「載人深潛英雄」傅文韜8月15日在中國科協年會上作了主旨報告。會後,記者採訪了傅文韜。
蛟龍探海:從600米到1萬米
我們為什麼要探海?
海洋佔地球表面的71%,其中超過2000米深度的深海區域,佔據整個海洋面積的84%。也就是說,地球一半以上的區域是被深海環境覆蓋的。
豐富多樣的海底生物資源、儲量驚人的可燃冰等能源資源、種類繁多的礦產資源……深海是一個巨大的寶庫,也是一個科學研究的寶地,未來可能會對人類的生產生活產生極大影響。20世紀以來,深海日益成為人類解決資源短缺、拓展生存發展空間的戰略必爭之地。
傅文韜認為:「深海探測,既是海洋資源勘探、科學研究的需要,也是環境保護的需要。作為深海探測的重要一環,我國載人深潛事業的不斷發展,推動了海洋強國的建設,大大提升了我們的民族自信心和自豪感。」
他記得特別清楚,2012年6月24日,在深海,「蛟龍」號下潛突破了7000米;在太空,「神舟九號」成功完成了與「天宮一號」的手控交會對接。「『蛟龍』號與『天宮一號』互致祝賀。兩大壯舉在同一天完成,真正實現了中華民族「可上九天攬月,可下五洋捉鱉」的宏偉夙願。我們當時都特別高興,也由衷為國家感到自豪。」
我們通過什麼途徑來探海?
「主要通過三種深潛器,一是無人潛水器,二是載人潛水器,三是微型無人專用潛水器。」傅文韜介紹,無人潛水器體型比較小,可以對大範圍的海洋區域進行調查;深海載人潛水器用於搭載人員和設備深潛到海底作業,能夠在陌生複雜的深海環境中執行精準操控、精確定位和精細作業;微型無人專用潛水器介於前兩者之間,工作效率相對低一些,但精度也很好,作業範圍相對較小。
目前世界上只有5個國家擁有能下探到6000米深度以上的作業型載人潛水器,分別是中國、美國、法國、俄羅斯、日本。
與世界同類型的載人潛水器相比,我國的「蛟龍」號具有最大設計下潛深度——7000米,可在佔世界海洋面積99.8%的廣闊海域使用。2012年6月,「蛟龍」號在馬裡亞納海溝海域刷新「中國深度」,最大下潛深度達7062米,創造了世界紀錄。
與它們相比,「蛟龍」號還有什麼特點?傅文韜介紹,它是我國首臺自主設計、自主集成研製並且獨立完成海上實驗的作業型深海載人潛水器。其高精度定點懸停作業能力、綜合水聲通信技術均處於國際領先地位。此外,「蛟龍」號還具有優秀的近底自動航行技能,以及高精度搜尋目標作業能力、高解析度測深側掃聲吶技術和微地形地貌探測技術等。
海山、冷泉、熱液、洋中脊、海溝、海盆……「蛟龍」號作業覆蓋各種典型的海底區域,曾深入我國南海、東太平洋多金屬結核勘探區、西太平洋海山結殼勘探區、西南印度洋脊多金屬硫化物勘探區、西北印度洋脊多金屬硫化物調查區、西太平洋雅浦海溝區、西太平洋馬裡亞納海溝區等幾大海區,廣泛用於資源圈佔、礦區勘探、生態調查、深淵科考等領域。
「蛟龍」號之後,是4500米級載人深潛器的「深海勇士」號和萬米載人深潛器「奮鬥者」號。
「深海勇士」號2017年正式投入使用,目前已經下潛了100多次。作為我國自主研發的第二代載人深潛器,「深海勇士」號最大的亮點,是它的設計和製造都立足國內,國產化率達95%以上。其中,關鍵部件國產化率達91.3%,主要部件國產化率達86.4%!
「深海勇士」號的研發,進一步提升了我國載人深潛核心技術及關鍵部件自主創新能力,有力推動了深潛裝備譜系化發展和產業體系的建立,實現了我國載人深潛由集成創新向全面自主創新的歷史性跨越。
伴隨著「深海勇士」號的橫空出世,我國載人深潛同時具備了向最深海處進發和大面積勘探的雙重能力。
目前,萬米級的「奮鬥者」號也在緊鑼密鼓地進行海上實驗。而11000米級載人潛水器的研發也早已啟動。11000米級載人潛水器將填補「蛟龍」號覆蓋不到的那0.2%的海域,那裡有14條超過7000米深的海溝。有了國之重器的支撐,那裡將成為我國科學家研究深淵科學、揭示地球演化的舞臺。
「蛟龍」號之前,我國載人潛水器的下潛深度只有600米。從600米到7000米再到1萬米,從「蛟龍」號到「深海勇士」號到「奮鬥者」號,中國人的探海夢一步步實現。
勇士出徵:每次深潛都是歷險
出徵時跟大家揮手致意,歸來時收穫鮮花和掌聲。我們從電視畫面上看到的潛航員,外表光鮮、意氣風發,誰能想到他們工作中的艱辛?
「下五洋捉鱉」,這一想像瑰麗雄奇。潛航聽上去很美,但大洋深處不僅漆黑幽寂,而且變幻莫測,充滿未知危險,更何況還有巨大的水壓。在7000米深處,水壓高達700個大氣壓,相當於每平方米負重7000噸。空間狹小的載人潛水器內,密布著100多個複雜部件。一次下潛,要持續十幾個小時,潛航員要在不能休息和上廁所的情況下,聚精會神完成幾十項預定科目。這要求潛航員不僅要有高超的技能,還要有過硬的身體素質和超乎常人的心理素質。
從2009年的實驗,到2017年的應用航次和某專項航次的開展,「蛟龍」號累計下潛了158次。每次出徵,都是一次艱苦而又高度緊張的歷險。
2009年,「蛟龍號」第一次出海。傅文韜等人乘母船出去的第二天,就在海上遇到了熱帶低氣壓。船體晃得厲害,熱帶低氣壓所造成的缺氧和對身體的物理性影響,對新出海的人來講簡直難以忍受,整個人像在發燒。後來,起吊裝置壞了,他們在海上漂了一整夜,在海浪裡面顛簸了11個小時,有兩位同志嘔吐不止。
作為中國首批潛航員,傅文韜先後下潛了74次,也是「蛟龍」號下潛次數最多的潛航員之一。他參加了1000米、3000米、5000米、7000米的全部海試任務,一次次創造和打破了水下主駕駛時間、連續作業時間、下潛深度、獲取錳結核樣品和生物樣品等多項紀錄,先後2次將五星紅旗插到了我國海域最深處。
在下潛時,他和同志們曾多次遇到險情。
一次發生在2016年對7000米以下深淵區的下潛中。「我們做實驗都會挑比較平坦的地方,一般接觸的是4到5度的較平緩的坡。但是那次下潛遇到了陡坡。」回憶當時,傅文韜仍感到後怕。
「蛟龍」號的能量來源是電池。為節省能量,潛航員在下潛過程中會把所有的設備關掉,在離底200米左右的時候才打開燈光。那次一開燈,傅文韜往外一看就發現了異常。「正常情況下,外面應該是漆黑一片,什麼都看不到。但當時視野之內出現了物體,這說明物體離我們只有五到六米了。」
而此時,潛水器還在以每秒半米左右的速度下潛!
第一時間拋掉壓載,降速,打開推離器……終於成功撤離!如果晚一分鐘開燈,不能及時發現險情,碰撞翻滾而下,後果不堪設想。
還有一次,是在深海熱液區做實驗時。
深海熱液區,是與地球形成初期相似的環境,是地球科學、生命科學等領域探索生命之源及演化進程線索的最佳環境之一。
「那是『蛟龍』號第一次在深海熱液區做實驗。由於海底底流的影響,搭靠過去時位置偏了,右邊的觀察窗就被熱液體一直『燒』著。等大家從緊張的實驗中反應過來,窗玻璃差一點被380度左右的熱液體『燒』穿。」
還有一次,是上浮時遇到險情。「蛟龍」號的上浮採取的是減輕負重的方式。由於海底跟海面的海水有密度差,浮力是逐漸失去的。那次拋掉壓載時,有一側拋不了,「蛟龍」號停在離海面還有1000多米的位置,既上不來也下不去。傅文韜穩住心神,沉著冷靜地操作推離器,「蛟龍」號終於慢慢浮了上去。
滄海橫流,方顯英雄本色;海底探奇,足見壯士豪情。
「遇到險情之後,可能過幾天還要繼續下潛,那對我們來說是最難的。但是作為青年科技工作者,我們就是要擔當,就是要拼搏。」傅文韜說。
奮鬥不止:向海洋最深處挺進
「潛航工作中,支撐我最大的力量就是深潛精神——嚴謹求實、團結協作、拼搏奉獻、勇攀高峰。」傅文韜說,載人深潛,看似簡單地把科學家帶到深海去,完成一些任務後再回來;深海的駕駛,看似遵循固定的模式,但往往會面臨一些意想不到的難題,需要不斷開動腦筋去解決。
南海底流平緩,沉積物很厚。潛航員只要稍微往上打一點點推離器,就會把泥攪起來。如果等泥消散掉之後再作業、拍照,效率非常低。「我就跟團隊建議,能不能像雪橇滑行一樣去作業?這樣就不用一直浮起來,對海底的幹擾也是最低的。」傅文韜說,後來他們逐漸嘗試這種操作,大大提高了效率。
在深海搜索目標,是下潛的主要任務之一。在茫茫漆黑、漫無邊際的洋底,尋找一個小小的物體,簡直是「大海撈針」。
雖然難,但在多次下潛中,潛航員們也摸索出了一套根據不同海底地形、底流等情況進行綜合搜索的方法。依託高精度的搜尋目標作業能力,我國實現了海底深淵科學儀器的準確定點布放與回收。
傅文韜說:「2016年,我們在6700米深處放了一個海底綜合觀測儀器。在放置的時候,我就根據海底地形、底流等情況設置了一個來回的路線。一年以後,我們下潛到那裡,我又下去把它成功收回。這是全球首次在那樣的深海區域準確定點布放科學儀器並在同一地點回收。」
伴隨著我國載人潛水器關鍵技術的不斷創新、基礎材料的不斷突破和加工工藝的不斷提升,我國的潛航隊伍也不斷壯大,潛航經驗不斷累積。即便如此,仍有人發出疑問:在擁有各種類型的深海無人採樣觀測設備的今天,我們為什麼還要不斷推進載人深潛的發展?
傅文韜舉了個例子。自然資源部第二海洋研究所有位科學家跟他們下潛,回來後說,她之前經過多年研究推論的八項設想中,有三項得到了論證,有五項與實際下潛所發現的不一樣。
一組對比,也可以解答:2013年的一次下潛,3個多小時的近底觀察,科學家能發現20多種巨型底棲生物;而2012年海試的整個航次,所獲得的視頻和圖片資料分析出的巨型底棲生物僅有10多種。
科學家乘坐載人設備親臨深海現場所取得的成果,是坐在實驗室分析資料所無法替代的。
以在南海的下潛為例,看一下我國運用「蛟龍」號的成果:初步查明了南海冷泉區和海山區生物群落特徵,獲取了冷泉區的地球化學特徵,發現了6個新種和生物群落的3個優勢種,為我國科學家在深海大型底棲生物分類學和生物多樣性領域的研究提供了支撐;初步圈定了1000米級多金屬結核試採區的目標靶區,在試採區及參照區開展了多學科調查,獲得了高質量結核、結殼樣品及數據資料,為深入研究南海鐵錳成礦作用等科學研究提供了支撐,為後續開展採礦環境影響評價打下了基礎。在其他幾大海區的深海探測成果,也相當豐碩。
「載人深潛目前是我們國家海洋戰略的重要平臺,歡迎更多的科學家能夠帶著好的課題跟『蛟龍』號一起去深海。」傅文韜說。
向海洋更深處、最深處挺進!黨的十九大做出了「加快建設海洋強國」的部署。隨著載人深潛技術的繼續加速發展,以新一代人工智慧等先進技術為創新引領,載人與無人優勢互補、協同作業的潛水器共融體系的構建,相信我國全面實現全海深科學研究與資源勘查的目標指日可待。