全球深度大于6000米的海溝共有37條，這些海溝所在的區(qū)域被稱作海斗深淵，簡稱深淵。它們是迄今全球海洋中人類難以企及、知之甚少的地方。包括馬里亞納海溝在內(nèi)的9條最深的海溝分布在西太平洋，它們中的5條深度均超過萬米。海底萬米深淵可謂是科研的“無人區(qū)”。然而，隨著人們對深淵展開科學調(diào)查，一些認識正在被顛覆。

從陸地走向水池

2020年3月，萬米載人潛水器在中國船舶集團有限公司七〇二所完成總裝并開始全流程水池試驗。

水池試驗是在一個位于江蘇無錫的人工水池中進行的。水池試驗是潛水器從陸地走向水中的第一步，如果把萬米載人潛水器比作一輛新車，那么無論是對潛水器，還是將來要操作潛水器的潛航員來說，試驗的水池都相當于一個“試車場”。

所謂全流程水池試驗，就是要求潛水器在水池環(huán)境中，把將來在海洋中需要檢驗的事情，在水池環(huán)境中模擬開展測試，并且潛航員、潛水器調(diào)試人員也需要參與合練，熟悉相關操作預案，讓潛水器和潛航員都符合出海條件。

走向深海并不容易，第一個問題就是海水帶來的高壓。7000米級載人潛水器“蛟龍”號在7000米處受到的壓力是700個大氣壓，對萬米載人潛水器來說，再往下4000余米，還要再增加400余個大氣壓，相當于在一平方米的面積上要頂著一萬多噸的重物。這么大的壓力加在潛水器上，對潛水器的材料、結構設計等，都提出了巨大挑戰(zhàn)。

除了要承受巨大水壓，潛水器還要搭載相關人員、一系列科學設施等，在水中完成科考作業(yè)，進一步加大了萬米載人潛水器的制造難度。

從一九八六年沈陽自動化研究所研制出我國首臺水下機器人”海人一號”，到參與研制我國第一臺”蛟龍”號載人潛水器，再到研制“潛龍””探索””海翼””海星”等無人潛水器……三十四年來，我國水下機器人正游向更深更遠的大海。

中國船舶集團有限公司七〇二所副所長、萬米載人潛水器總設計師葉聰告訴記者，萬米載人潛水器具備覆蓋全球海洋100%海域的作業(yè)能力，這來源于九大關鍵技術的支撐，如載人潛水器球殼、浮力材料等。

比如作為潛水器主結構之一的載人潛水器球殼，可以說是極限設計、極限制造。萬米載人潛水器的載人球殼不僅選擇了鈦合金材料，除此之外，科研人員還大膽推翻原有的設計，改變了此前使用的瓜瓣焊接方法。所謂瓜瓣焊接方法，就是先制造西瓜瓣，再焊接為一個整球，但這種方法焊縫多、工期長。萬米載人潛水器采用了半球焊接，減少了焊縫數(shù)，工藝更難，但是可靠性顯著提高。

兩艘母船為潛水器護航

水池試驗之后，萬米載人潛水器將走出實驗室，進入海試階段。葉聰說，在嘗試萬米下潛的終極目標前，潛水器預計將首先開展淺海試驗。

但萬米載人潛水器無法自己抵達馬里亞納海溝并進行下潛，它需要“搭車”前往。

為確保海試工作順利進行，除母船“探索一號”外，還需要一條海試支持保障母船。2018年12月20日，海南省出資購置了福建馬尾船廠一條正在建造中的海洋工程船——也就是后來的“探索二號”。相比新造船，中國科學院深?？茖W與工程研究所用不到5折的低成本價就獲取了一條性能優(yōu)異的船舶，大大縮短了船舶建造和改造的工期，滿足了萬米載人潛水器海試時間窗口的要求。

2019年1月13日，“探索二號”在福建馬尾順利下水。該船采用電力推進，配置有兩個全回轉主推進器，一個槽道側推和一個伸縮槳測推，續(xù)航力超過15000海里。船舶配置了近10000馬力的主發(fā)動機組，具備2級動力定位（DP）能力，優(yōu)秀的動力性能可提高船舶在惡劣海況中的適用性和在航率。

同時，2級動力定位系統(tǒng)在船舶發(fā)生單個故障的情況下，能自動保持船舶的位置和艏向，使船舶具備靈活和精確的操控性能，提高船舶作業(yè)效率。兩艘船還布置了共計20個“深海移動實驗室”，覆蓋地質(zhì)、化學、生物等各專業(yè)方向。利用潛水器從萬米深海獲取的數(shù)據(jù)及采集的地質(zhì)、生物樣品，科學家可在現(xiàn)場實驗室進行樣品分析和數(shù)據(jù)處理，再通過船舶配置的低溫及超低溫樣品庫保存樣品，靠近碼頭后轉運到陸地進行進一步研究。

一般來說，去馬里亞納海溝“挑戰(zhàn)者深淵”海域進行海試需要至少提前6個月到外交部報備，獲得海試許可。因此按照正常取證流程，“探索二號”或無法參與今年下半年的萬米深潛試驗。獲悉相關情況后，中國船級社廣州審圖中心及船級社福州分社通過提前籌備，在滿足規(guī)范要求的前提下，加班加點，僅用3個工作日便完成了30份中國船級社（CCS）證書的取證工作。獲取CCS證書后，還需要獲取海事局的國籍證書。海南海事局以“探索二號”為試點，在全國開創(chuàng)首例船舶登記“一事通辦”，僅用一天時間便完成了外交部報備所需國籍證書的辦理工作。

中國科學院深?？茖W與工程研究所海洋裝備與運行管理中心主任唐古拉山告訴記者，取得船舶證書標志著船舶建造工作完成。由此，萬米載人潛水器海試期間，將配有“探索一號”母船以及“探索二號”支持保障母船兩條船舶，累計可以搭乘科考隊員120人。

憑深海裝備探索“無人區(qū)”

2016年7月，國家重點研發(fā)計劃“全海深載人潛水器總體設計、集成與海試”項目正式立項。

總有人問葉聰，為什么要越潛越深？這個問題的答案，他已經(jīng)講了多次：海底蘊藏了豐富的資源，探索海洋、保護海洋、經(jīng)略海洋，建設海洋強國，都與深潛密切相關，高技術深潛裝備可以幫助我們更好地繪制深?！安貙殘D”。

海底萬米深淵可謂是科研的“無人區(qū)”，全海深載人潛水器是“人無我無”的科考裝備。以深淵進入技術、深淵探測技術為代表的深海技術，代表了當前國際深海工程技術領域的頂級水平。放眼全球，到訪過萬米深淵的全海深潛水器屈指可數(shù)。

以前人們以為，由于超高的靜水壓力、缺乏陽光和食物供給，加之特殊的海底地形、劇烈的構造活動等多種極端環(huán)境因素，海面6000米以下應該是一片死氣沉沉、與世隔絕、毫無生命活力的世界。然而，隨著人們對深淵展開科學調(diào)查，這些認識正在被顛覆。以深淵地學、深淵生命科學為代表的深淵科學研究，代表了當前國際深?？茖W研究的最新前沿。

深海裝備是深海大洋調(diào)查的有力保障，隨著深海調(diào)查技術進步，全球近年來又陸續(xù)開展了多項大型深淵調(diào)查活動，發(fā)現(xiàn)了更多深淵新物種，深淵生物量和生命活力也遠超預期。

“中國的載人潛水器是中國深?？萍嫉募畜w現(xiàn)。此前已經(jīng)投入使用的‘深海勇士號、‘蛟龍?zhí)?，為全海深載人潛水器奠定了中國制造的基礎。全海深載人潛水器建成投入使用后，將會創(chuàng)造新的‘中國深度，進一步提升我國海洋探測能力與研究水平。”葉聰說。

“海斗一號”4次萬米深潛

5月26日，“海斗一號”在“挑戰(zhàn)者深淵”10863米的北坡區(qū)域著底，高清攝像觀測到周邊類似巖石狀的海底凸起?！昂６芬惶枴崩脵C械手完成了觸發(fā)采水樣、布放標志物、沉積物取樣和巖石狀物體的抓取，此次萬米海試和應用完美收官。

6月8日，由中國科學院沈陽自動化研究所主持研制的我國首臺作業(yè)型全海深自主遙控潛水器“海斗一號”載譽歸來?！昂６芬惶枴贝舜卧隈R里亞納海溝成功完成首次萬米海試與試驗性應用任務，填補了我國萬米作業(yè)型無人潛水器的空白，標志著我國無人潛水器技術跨入可覆蓋全海深探測與作業(yè)的新時代。

本次科考任務中，“海斗一號”在馬里亞納海溝實現(xiàn)了4次萬米下潛，在高精度深度探測、機械手作業(yè)、近海底工作時間、聲學探測與定位、聲學通信作用距離及高清視頻傳輸?shù)确矫?，?chuàng)造了我國潛水器領域多項第一。

據(jù)科考隊員介紹，“海斗一號”的萬米“首秀”完美軟著陸在深度為10884米的海底，之后的3次下潛深度分別為10907米、10802米、10863米，不僅順利完成了海試與科考應用，還在下潛深度、作業(yè)難度上取得突破。

“海斗一號”在國內(nèi)首次利用全海深高精度聲學定位技術和機載多傳感器信息融合方法，完成了對馬里亞納海溝“挑戰(zhàn)者深淵”最深區(qū)域的巡航探測與高精度深度測量，獲取了完整的全海深剖面與深淵海底的溫鹽深、深度剖面洋流變化等數(shù)據(jù)，為研究深淵水團特性的空間變化規(guī)律、深淵底層洋流結構等，提供了寶貴的數(shù)據(jù)資料。

同時，借助具有完全自主知識產(chǎn)權的全海深機械手，“海斗一號”多次開展了深淵海底樣品抓取、沉積物取樣、標志物布放、水樣采集等萬米深淵坐底作業(yè)，并利用高清攝像系統(tǒng)獲取了不同作業(yè)點的影像資料，為深入研究探索深淵地質(zhì)環(huán)境特點和生物演化機制提供了珍貴素材。

伴隨著光纖微纜的徐徐吐出，“海斗一號”無動力下潛至萬米以下深度，自動探測到距離海底80米后，自主拋下潛壓載，以近乎零浮力的狀態(tài)懸浮在萬米深淵近海底。

“從海面至萬米深淵，密度、壓力、溫度等環(huán)境參數(shù)的變化會導致潛水器產(chǎn)生幾十公斤的浮力變化，在沒有先驗數(shù)據(jù)支撐的條件下，依靠項目組精準的浮力模型計算和配置，實現(xiàn)了‘海斗一號萬米近海底的中性浮力狀態(tài)，這簡直是一個奇跡?！笨瓶既藛T介紹稱。

“未來10年，中國的水下機器人一定能到達馬里亞納海溝?！庇浾邘啄昵霸谏蜿栕詣踊芯克稍L時，科研人員曾作出這樣的預言。

2016年，在我國首次深淵科考任務中，沈陽自動化研究所自主研發(fā)的水下機器人“海斗”號就實現(xiàn)了這一預言。

如今，由沈陽自動化所聯(lián)合中國科學院聲學所、哈爾濱工程大學和中國科學院西安光學精密機械研究所等國內(nèi)10余家單位共同研制的“海斗一號”，成功完成萬米海試與試驗性應用任務，使我國萬米深淵科考再添利器，為我國深淵科學研究提供了一種全新的技術手段。

從1986年沈陽自動化研究所研制出我國首臺水下機器人“海人一號”，到參與研制我國第一臺“蛟龍”號載人潛水器，再到研制“潛龍”“探索”“海翼”“海星”等無人潛水器……34年來，我國水下機器人正游向更深更遠的大海。

◎ 來源|綜合科技日報、新華社