■文/肖溪樹(shù)

2012年，我國(guó)的“蛟龍?zhí)枴?載人潛水器創(chuàng)造了我國(guó)最深的7 062米深潛紀(jì)錄。如今，歷經(jīng)3年多時(shí)間，我國(guó)萬(wàn)米級(jí)載人潛水器也研制成功并進(jìn)行了水池試驗(yàn)！這臺(tái)萬(wàn)米級(jí)載人潛水器將成為繼“蛟龍?zhí)枴薄吧詈Ｓ率刻?hào)”之后的又一“國(guó)之重器”。

下圖中這個(gè)外形近似于卵形，同時(shí)科幻感十足的大型設(shè)備，就是我國(guó)新一代萬(wàn)米載人潛水器的真身。全新一代萬(wàn)米載人潛水器也被稱為全海深載人潛水器，主要是因?yàn)槠渥畲罂蛇_(dá)10 000米級(jí)別的潛深，不僅相比“蛟龍?zhí)枴保? 000米級(jí)）有著極大的提升，更重要的一點(diǎn)在于，新一代萬(wàn)米載人潛水器可以幫助我們征服最大深度為海平面以下11 034米的馬里亞納海溝。

全新一代萬(wàn)米載人潛水器

入海難， 難于上青天

也許有同學(xué)會(huì)說(shuō)，無(wú)邊的海洋深度最多也不過(guò)1.1萬(wàn)米，如今飛天登月都已付諸實(shí)施，怎么走進(jìn)海洋就如此之難呢？要說(shuō)挑戰(zhàn)深海，還真的是比登天還難！相對(duì)于陸域和空域來(lái)說(shuō)，深海的環(huán)境要復(fù)雜得多，黑暗、高壓、寒冷、神秘、寧?kù)o……就拿海底的壓強(qiáng)來(lái)說(shuō)吧。海水深度每增加10米，壓強(qiáng)就會(huì)增加1個(gè)大氣壓。那么，1.1萬(wàn)米海底的壓強(qiáng)就是1 100個(gè)大氣壓，大約為110兆帕。

110兆帕是個(gè)什么概念呢？形象點(diǎn)來(lái)說(shuō)，相當(dāng)于1個(gè)手指甲蓋大小的面積上要承受1 100千克重的物體所產(chǎn)生的壓力。幾乎相當(dāng)于把一輛普通汽車壓在一個(gè)人的指甲蓋上，這是一個(gè)大得驚人的數(shù)字。

面對(duì)如此大的水壓，別說(shuō)人到深海會(huì)被壓扁，就連載人潛水器也面臨極限挑戰(zhàn)。難怪如今能上天的人不少，而能到海底的人卻屈指可數(shù)。

載人球艙 打造深?！氨尽?/h2>

挑戰(zhàn)深海，必須建造一個(gè)堅(jiān)不可摧的“堡壘”，以此來(lái)保護(hù)潛水員的生命安全。這個(gè)“堡壘”就是載人耐壓艙，這可是載人潛水器最核心的部件！

與大多數(shù)載人潛水器類似，新一代萬(wàn)米載人潛水器同樣也是以球形載人耐壓艙為核心，同時(shí)配備有包括動(dòng)力系統(tǒng)、生命支持系統(tǒng)、導(dǎo)航通信系統(tǒng)、觀察攝影記錄系統(tǒng)、作業(yè)機(jī)械臂乃至實(shí)現(xiàn)上浮/下潛的壓艙物在內(nèi)的各種必需設(shè)備。之所以將載人耐壓艙設(shè)計(jì)成球形，主要是為了更好地抵消來(lái)自海水中各個(gè)方向的壓力，從而保證下潛人員的安全。球形薄壁殼體結(jié)構(gòu)自身的幾何特性，決定了其具有質(zhì)量輕和承壓高的特點(diǎn)。在生活中，同學(xué)們也許有過(guò)這樣的體驗(yàn)吧，用手掌緊握雞蛋時(shí)，不容易把雞蛋捏壞，其中的道理就是如此。因?yàn)榈皻さ谋”诮Y(jié)構(gòu)在受到一個(gè)圍壓作用時(shí)，其拱形曲面可以分散外力的作用，使得結(jié)構(gòu)更加堅(jiān)固。

全新一代萬(wàn)米載人潛水器的球形載人耐壓艙直徑近2米，就大小而言，已經(jīng)是目前全球范圍內(nèi)體積和空間最大的。這一部分全部由被譽(yù)為“海洋金屬”的高強(qiáng)度鈦合金材料制成，其強(qiáng)度之大，足以承受1.1萬(wàn)米深海環(huán)境下高達(dá)1 100個(gè)大氣壓。

之所以選用鈦合金來(lái)制造載人耐壓艙，是因?yàn)殁伜辖鸩粌H強(qiáng)度高，而且彈性好，可以賦予載人球艙堅(jiān)固的外殼，即便在下潛和上浮的過(guò)程中，也能保持硬度而不變形。而且，在鈦表面形成的氧化膜可使鈦鈍化，從而不受海水腐蝕，進(jìn)而可以提高載人球艙的耐用性。鈦合金的密度較低，僅為鋼的60%，這樣可以用更小的結(jié)構(gòu)重量來(lái)滿足特定的功能要求。鈦合金還具有耐低溫、無(wú)磁性、抗沖擊等性能，并且透聲性和加工性很好，因此是一種優(yōu)秀的深潛器材料。

“深海勇士號(hào)”載人耐壓艙

浮力材料 托起“回家夢(mèng)”

你也許會(huì)問(wèn)，雖說(shuō)鈦合金的密度要比鋼鐵小，但還是比海水大不少，那載人潛水器潛入海底后怎么“回家”呢？

載人潛水器潛入深海，“回家”是必須的！這也是科學(xué)家需要解決的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。其實(shí)，自然界中的魚類就具有這樣的本領(lǐng)，在水里既下得去，也上得來(lái)。那魚類是如何做到的呢？對(duì)于大多數(shù)魚類來(lái)說(shuō)，魚鰾就是一個(gè)調(diào)節(jié)身體密度的器官。我們可以把魚鰾看作一個(gè)“空氣袋”，充氣多了就會(huì)變大，并使魚的體積增大。魚的體積變大了，密度自然就小了，這樣就能夠上浮了。反之，則會(huì)下沉。

同樣的道理，我們也可以通過(guò)改變潛水器的密度，來(lái)實(shí)現(xiàn) “下得去，上得來(lái)”的目標(biāo)。而配置低密度固體浮力材料就是一個(gè)很好的辦法。浮力材料的密度大約只有海水的一半，其作用就是把潛水器的密度降下來(lái)。一般情況下，浮力材料的質(zhì)量會(huì)占到潛水器總質(zhì)量的1/3左右，而占用的體積比例則會(huì)更大一些。

我國(guó)“萬(wàn)泉號(hào)”深淵著陸器采用國(guó)產(chǎn)深海浮力材料，最大下潛深度達(dá)到了10 901米,標(biāo)志著國(guó)產(chǎn)深海浮力材料達(dá)到了世界先進(jìn)水平，改變了我國(guó)深海浮力材料受制于人的局面。2017年，中國(guó)“微球”托起了“深海勇士號(hào)”載人深潛器的“回家夢(mèng)”。中國(guó)“深海勇士號(hào)”的海試成功，充分驗(yàn)證了國(guó)產(chǎn)固體浮力材料的優(yōu)秀品質(zhì)。

“蛟龍?zhí)枴陛d人潛水器采用的是無(wú)動(dòng)力自主下沉與上浮技術(shù)，以實(shí)現(xiàn) “下得去，上得來(lái)”的目標(biāo)。在下潛時(shí)，為了保證潛水器密度大于海水，需要在潛水器上配備一定質(zhì)量的壓載鐵。當(dāng)下潛至海洋深處時(shí)，潛水員可以根據(jù)情況拋掉一定數(shù)量的壓載鐵，以實(shí)現(xiàn)潛水器的懸?；蛘呱细?。而在完成深海作業(yè)之后，就需要把壓載鐵這個(gè)“包袱”全部拋掉，從而使得潛水器的密度小于海水，這樣才能產(chǎn)生向上的浮力。

走進(jìn)深海，離不開(kāi)固體浮力材料。萬(wàn)米載人潛水器更是需要高性能的固體浮力材料。

“萬(wàn)泉號(hào)”深淵著陸器

深潛員的 “擒拿利器”

我國(guó)萬(wàn)米載人潛水器的球形耐壓艙能滿足3位潛水員的工作需求。在深海，潛水員是不能出艙的，那么他們?nèi)绾芜M(jìn)行作業(yè)呢？

“蛟龍?zhí)枴陛d人潛水器有兩個(gè)機(jī)械臂，分別有多個(gè)“關(guān)節(jié)”，相當(dāng)于人的肩、肘、腕等?！吧詈Ｓ率刻?hào)”潛水器也擁有一雙靈巧的機(jī)械臂。這雙機(jī)械臂作為海底科考應(yīng)用作業(yè)的重要裝備，在深海探測(cè)中發(fā)揮了重要作用。

我國(guó)萬(wàn)米載人潛水器具有覆蓋全球海洋100%海域的作業(yè)能力，機(jī)械臂同樣也是其進(jìn)行水下作業(yè)的首選工具。據(jù)悉，我國(guó)萬(wàn)米載人潛水器的機(jī)械臂具有臂力強(qiáng)、手腕穩(wěn)、動(dòng)作滑等特點(diǎn)，并可以與其他工具配合開(kāi)展水下采樣、測(cè)量等作業(yè)。

“蛟龍?zhí)枴钡臋C(jī)械臂

有了這些高科技材料的保駕護(hù)航，萬(wàn)米載人潛水器將帶領(lǐng)中國(guó)人首次出發(fā)去萬(wàn)米海底探險(xiǎn)。同學(xué)們想象一下，坐在神秘的球形載人艙內(nèi)，將會(huì)遇到怎樣的景象呢？那里是萬(wàn)物叢生，還是一片荒蕪？深潛的過(guò)程中將會(huì)有哪些奇遇呢？所有的謎底，萬(wàn)米載人潛水器都將一一為我們揭開(kāi)，讓我們拭目以待吧！