◆本刊綜合

在《山海經(jīng)》中，海底生活著眾多奇異的海獸；在《西游記》里，美輪美奐的水晶宮藏著很多神兵利器，蝦兵蟹將守護(hù)著海底龍宮，這些神奇的故事都是古人對海洋的奇幻想象。深海，一直是人類想要探索的地方。

2020年11月28日，我國自主研發(fā)的“奮斗者”號載人潛水器結(jié)束萬米海試任務(wù)凱旋。在這次任務(wù)中，它共完成13次下潛，并成功坐底海洋最深處——馬里亞納海溝，坐底深度達(dá)10 909米，打破了我國載人深潛紀(jì)錄，標(biāo)志著我國已具備在世界海洋最深處開展科學(xué)探索和研究的能力。

平靜或洶涌的海面下到底是怎樣的景象？潛入萬米海底是一段怎樣的旅程？“奮斗者”號載人潛水器又有哪些特殊本領(lǐng)？讓我們跟隨“奮斗者”號載人潛水器一起深入考察馬里亞納海溝，探秘萬米海底吧！

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馬里亞納海溝

馬里亞納海溝位于太平洋西部，是目前已知的海洋最深處，最深的地方達(dá)11千米，可容納陸地上第一高峰——珠穆朗瑪峰。

在海洋，越往深處水壓越高。在萬米多深的馬里亞納海溝底部，壓強(qiáng)相當(dāng)于2000頭非洲象踩在一個(gè)人的背上。由于距離海面較遠(yuǎn)，陽光難以到達(dá)，這里完全黑暗，溫度和含氧量都非常低，與南極、北極、珠穆朗瑪峰并稱為“地球四極”。

令人意想不到的是，在這片深?；哪幸灿猩?，它們以一種不可思議的形式存在著，神秘感十足。另外，這里自然資源豐富，那些隱藏在海洋深處的未知奧秘與巨大財(cái)富吸引著人類去探索。從1960年至2020年12月，除“奮斗者”號載人潛水器外，“的里雅斯特”號、“深海挑戰(zhàn)者”號、“極限因子”號等載人潛水器也成功抵達(dá)這里。

海溝示意圖

和“小伙伴”一起出海

“奮斗者”號載人潛水器這次出行可不是單打獨(dú)斗，科學(xué)家給它找了幾個(gè)好幫手，和它一起出海。

“雙母”護(hù)航

“雙母”即“探索一號”科考船（支持船）和“探索二號”科考船（保障船），它倆是“奮斗者”號載人潛水器的母船，為其保駕護(hù)航。

“探索一號”科考船長94.45米，型寬17.9米，排水量6250噸。它在海洋科考方面戰(zhàn)功卓越，經(jīng)驗(yàn)非常豐富，曾搭載無人潛水器“深海勇士”號和無人潛水器“海斗一號”等執(zhí)行科考任務(wù)。

新手“探索二號”科考船長87.2米，型寬18.8米，是我國專門為萬米深?？瓶即蛟斓?，其搭載的很多設(shè)備都是我國自主研發(fā)的。作為多功能海洋科考平臺(tái)，它可同時(shí)容納60個(gè)人，海上連續(xù)工作最遠(yuǎn)距離大于27 780千米，連續(xù)工作時(shí)間最長超過75天。

“雙潛”作業(yè)

“雙潛”指的是“雙潛水器”，即“奮斗者”號載人潛水器和“滄?！碧枱o人著陸器?！皽婧！碧枱o人著陸器是全球獨(dú)家的深海著陸器，擔(dān)任“攝影師”的工作，負(fù)責(zé)記錄“奮斗者”號載人潛水器的一舉一動(dòng)和拍攝海底的狀況，并實(shí)時(shí)傳輸畫面至海面。

在深海區(qū)，陽光沒辦法到達(dá)，因此“燈光師”必不可少，“滄?！碧枱o人著陸器的助理“凌云”號便擔(dān)任這一“職務(wù)”。它能在海底自由活動(dòng)，提供多角度照明服務(wù)。

“滄?！碧枱o人著陸器先行一步到達(dá)海底，喚醒助手“凌云”號并將其從內(nèi)部釋放出來。等到主角——“奮斗者”號載人潛水器到來，它們一起為主角服務(wù)。

“探索一號”科考船與“探索二號”科考船（圖/新華社）

身披利器去潛海

“奮斗者”號載人潛水器色彩十分鮮艷。它的“肚子”被涂成了綠色，因?yàn)樵诤Ｋ?，綠光衰減較慢，科學(xué)家可以在伸手不見五指的深海中追蹤它的身影。頂部的橘色十分醒目，也是為了方便母船及時(shí)快速地發(fā)現(xiàn)浮上水面的它。

除了外形靚麗，“奮斗者”號載人潛水器上還有不少不可小覷的科技利器。

世界上最大的全海深載人艙

載人潛水器的核心部件是載人艙。“奮斗者”號載人潛水器的載人艙直徑2米，能容納3名潛航員，是世界最大、搭載人數(shù)最多的全海深載人艙。能做到這一切，都要?dú)w功于我國自主研制的高強(qiáng)度、高韌性和可焊接的新型鈦合金。用它來做艙體“鎧甲”材料，配合巧妙的設(shè)計(jì)和焊接工藝，載人艙不僅可以扛住海底的壓力和沖擊，還克服了鈦合金材料固有的尺寸效應(yīng)——尺寸和厚度越大，其均勻性和力學(xué)性能的穩(wěn)定性越難保證，為載人艙容量的擴(kuò)大提供了條件。

之前的載人潛水器為了控制重量，載人艙都設(shè)計(jì)得非常小，根本無法搭載很多科學(xué)家和科研設(shè)備。2012年，著名導(dǎo)演詹姆斯·卡梅隆只身乘坐“深海挑戰(zhàn)者”號深潛器探險(xiǎn)馬里亞納海溝，為了適應(yīng)載人艙狹窄的空間，他甚至專門練習(xí)瑜伽。

“奮斗者”號載人潛水器的載人艙完成電子束焊接（圖/《科技日報(bào)》）

超長續(xù)航的“能量包”

在這次深海作業(yè)中，“奮斗者”號載人潛水器能持續(xù)工作6個(gè)小時(shí)，鋰電池功不可沒。為了穩(wěn)定供電和保證用電安全，這些鋰電池在使用前都經(jīng)過了嚴(yán)格的安全檢驗(yàn)，如撞擊、穿釘、海水浸泡、短路等。此外，它們還必須進(jìn)行高壓環(huán)境下的安全測試。只有順利通過了所有測試的鋰電池，才有資格成為“奮斗者”號載人潛水器的“能量包”。

上百塊單體鋰電池排列成若干組，模塊之間充滿了油，這些油的作用可大了。如果某個(gè)模塊溫度升高，熱量會(huì)傳遞給這些油，再通過電池箱體傳遞給外部海水，從而起到散熱作用。

下潛上浮的神器

為了完成上浮下潛，“奮斗者”號載人潛水器的“肚子”兩邊裝配了與下潛深度相匹配的“鐵塊”——總重量近2噸的4塊壓載鐵。下潛時(shí)，壓載鐵幫助“奮斗者”號載人潛水器依靠重力往下潛；上浮時(shí)，“奮斗者”號載人潛水器會(huì)將壓載鐵拋出。

在“奮斗者”號載人潛水器返航的過程中，外層的浮力材料也會(huì)助它一臂之力。這種特殊的材料由無數(shù)顆納米級的玻璃微珠構(gòu)成，以部件的形式像積木一樣搭建在一起，由螺栓連接。作為“救生衣”，浮力材料不僅能讓潛水器獲得足夠的浮力，還特別結(jié)實(shí)，能經(jīng)受住海底的巨大水壓。即使變形了，也能隨壓力的減小恢復(fù)原狀。

千里傳“聲”的通信系統(tǒng)

在漆黑一片的深海，無線電波被海水屏蔽，但“奮斗者”號載人潛水器居然能正常航行和通信，它是如何辦到的呢？秘密就是聲波。聲波在海水中傳播時(shí)，衰減程度遠(yuǎn)小于無線電波，在深海通信導(dǎo)航方面作用巨大。依靠聲學(xué)系統(tǒng)，“奮斗者”號載人潛水器能與伙伴們實(shí)時(shí)“溝通”，實(shí)現(xiàn)水下定位導(dǎo)航。

“奮斗者”號載人潛水器與伙伴們還通過光信號交流。相比其他顏色的光，藍(lán)綠光不易被海水吸收和散射，可作為“滄?！碧枱o人著陸器和“奮斗者”號載人潛水器準(zhǔn)確定位的指示信號。此外，“奮斗者”號載人潛水器還通過閃爍的藍(lán)色激光傳送信息，將拍攝畫面編碼后傳送給“滄海”號無人著陸器。

這次深潛，“奮斗者”號載人潛水器還當(dāng)起了“主播”，來了一場全球直播?！皽婧！碧枱o人著陸器身上有一根極細(xì)的光纜與“探索二號”科考船相連，可實(shí)時(shí)傳輸拍攝到的畫面。傳輸畫面后，再通過船載天線經(jīng)由衛(wèi)星傳至演播室，經(jīng)過處理后呈現(xiàn)給觀眾。

萬米海底通信原理圖（圖/星宇飄零）

除此之外，“奮斗者”號載人潛水器還有靈巧的機(jī)械手，能夠360°旋轉(zhuǎn)，操作精度高達(dá)1厘米，能輕輕松松完成水下布放、拾取等操作。2020年11月16日，它只花了約30分鐘的時(shí)間便找回了先前布放的3個(gè)取樣器，可謂現(xiàn)實(shí)版的“大海撈針”。

“逐夢深?！毙袆?dòng)指南

從出發(fā)至海底，再到平安“歸家”，“奮斗者”號載人潛水器的深海之旅每一步都被規(guī)劃好了。

1.布放

布放指“奮斗者”號載人潛水器從母船“探索一號”科考船轉(zhuǎn)移到海面的過程。在“探索一號”科考船的后甲板上，巨大的A形架、拖曳絞車、輸運(yùn)軌道等組成了布放系統(tǒng)，負(fù)責(zé)“奮斗者”號載人潛水器的日常存放、保養(yǎng)和檢修等工作。

“奮斗者”號載人潛水器布放入水（圖/新華視點(diǎn)）

2.下潛

蛙人脫鉤解開攬繩后，“奮斗者”號載人潛水器便注水潛入水中。隨著水下深度加深，海水的顏色從碧藍(lán)到深藍(lán)，逐漸變暗。臨近海底時(shí)，“奮斗者”號載人潛水器會(huì)拋下第一組壓載鐵讓自己懸浮在水中并保持平衡。

3.坐底

在綜合考慮速度、姿態(tài)和地質(zhì)情況后，潛水員會(huì)操控“奮斗者”號載人潛水器，使其完全下潛到海床上。

“奮斗者”號載人潛水器坐底海底的瞬間，大量沉積物揚(yáng)起，它們的密度非常小，類似黏土質(zhì)的顆粒，直徑不足2微米，也是采集目標(biāo)之一。

4.巡航作業(yè)

安全著陸后，“奮斗者”號載人潛水器開始工作。它要完成拍攝、巡航等任務(wù)，同時(shí)采集海洋生物、底層海水等。

5.上浮

完成工作后，在壓載鐵和浮力材料的幫助下，“奮斗者”號載人潛水器會(huì)上浮至海面。

6.回收

經(jīng)過蛙人掛攬、起吊等操作后，“奮斗者”號載人潛水器重新回到“探索一號”科考船的懷抱。

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我國載人潛水器發(fā)展歷程

1986年，中國第一艘載人潛水器——7103救生艇研制成功。它下潛300米，拉開了我國載人深潛的序幕。

2010年7月，中國第一臺(tái)自主設(shè)計(jì)和集成研制的載人潛水器——“蛟龍”號下潛3759米，標(biāo)志著我國步入掌握3500米以上深度載人深潛技術(shù)的國家行列。

2012年6月，“蛟龍”號載人潛水器完成終極挑戰(zhàn)，最大下潛深度達(dá)到7062米，刷新了同類型載人潛水器最大下潛深度紀(jì)錄。

2017年10月3日，載人潛水器“深海勇士”號海試成功。

“蛟龍”號載人潛水器（圖/新華網(wǎng)）

“深海勇士”號載人潛水器（圖/新華網(wǎng)）

“奮斗者”號載人潛水器海底之旅收獲滿滿，不僅驗(yàn)證了潛水器的各項(xiàng)性能，還采集了沉積物、礦物、生物等樣品。另外，潛航員拍攝到了由于地球板塊俯沖產(chǎn)生的巖石破碎帶，對其蝕變作用的研究有可能解開地球生命的起源之謎。

“萬米的海底，妙不可言！希望我們能夠通過‘奮斗者’號的畫面向大家展示萬米海底?！?名中國潛航員在萬米海底向我們發(fā)出了這樣的感慨。這些話的背后，承載了人類對海洋的無限向往與科學(xué)家的艱辛付出。我國是海洋大國，實(shí)現(xiàn)“海洋強(qiáng)國”戰(zhàn)略，我們還有漫漫長路要走！