跟著深?！暗氖俊比?/h1>
2022-06-16 21:41:15張真源
知識(shí)就是力量 2022年6期
張真源
不僅是深潛
以前深海探測(cè)，對(duì)海底情況的很多了解往往是在母船上，依靠一系列的操作和探測(cè)的設(shè)備來完成的，不能面對(duì)面、像陸地上的調(diào)查一樣。奮斗者號(hào)載人潛水器（以下簡稱“奮斗者號(hào)”）可以對(duì)整個(gè)海底的礦產(chǎn)資源直接進(jìn)行探測(cè)，使得探礦的效率大大提高，同時(shí)也提升了中國在國際深?？臻g治理的話語權(quán)。奮斗者號(hào)還將進(jìn)一步助推國際深淵科學(xué)研究的進(jìn)展，加速深海生物基因產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，特別是在抗癌、抗菌方面，深海生物基因可以為提高人類生命健康水平作出新的貢獻(xiàn)。
萬米海底有多妙
對(duì)于人類來說，深海陌生而神秘?？蒲腥藛T通過搭乘奮斗者號(hào)下潛至深海觀察到，深海生物有著不同于淺海的、非常特別的、適應(yīng)深海生存的機(jī)制和策略，主要表現(xiàn)在不依賴陽光。
奮斗者號(hào)在深?？梢砸劳懈呔忍綔y(cè)設(shè)備和機(jī)械手等裝置，取得大量數(shù)據(jù)資料和樣本等，還發(fā)現(xiàn)一些深海生物不通過光合作用、只是借助硫化物就提供能量等奇妙現(xiàn)象。
目前，奮斗者號(hào)還在持續(xù)進(jìn)行萬米深淵的探索性下潛，科學(xué)家圍繞深淵生態(tài)、地球物理等課題的研究也都在持續(xù)推進(jìn)，相信未來還會(huì)有更多新的發(fā)現(xiàn)展現(xiàn)給世人。
奮斗者號(hào)本領(lǐng)大
可以下潛至萬米海底的載人潛水器，究竟是如何下潛和上浮的？它在深海的工作原理又是什么樣的呢？
奮斗者號(hào)采用無纜無動(dòng)力上浮下潛技術(shù)，可以在海底連續(xù)作業(yè)6小時(shí)。專用固體浮力材料是它獲取水下凈浮力、實(shí)現(xiàn)無動(dòng)力上浮和懸浮定位的核心結(jié)構(gòu)部件，需要兼具密度小和抗壓強(qiáng)度高兩個(gè)相對(duì)立的特性。
到達(dá)萬米深海后，奮斗者號(hào)采用左右兩套主從伺服液壓機(jī)械手開展作業(yè)，可實(shí)現(xiàn)6 自由度運(yùn)動(dòng)控制（指操作有6 個(gè)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)的關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)，能在其工作空間中實(shí)現(xiàn)抓取物件的任意位置和姿態(tài)），持重能力超過60 千克，可順利完成巖石、生物抓取等作業(yè)任務(wù)。
奮斗者號(hào)還擁有智能故障診斷以及海底自主避碰等功能，能夠在海底自動(dòng)匹配地形巡航、循跡航行以及懸停定位。依靠這些技術(shù)，奮斗者號(hào)就可以對(duì)海底標(biāo)志物進(jìn)行精準(zhǔn)的科學(xué)探測(cè)作業(yè)和返回。
實(shí)現(xiàn)萬米連通——水聲通信技術(shù)
我們知道，光和無線電信號(hào)在深海中的衰減是非常快的，所以潛水器與工作母船之間很難實(shí)現(xiàn)通信。奮斗者號(hào)在茫茫深海深潛，如同一粒芝麻撒進(jìn)大海，如何確定它的位置？此時(shí)，聲音成為最有效的信息傳遞方式。
聲音在空氣中的傳播速度是340米/ 秒，在海里可以達(dá)到1500 米/ 秒。因此，高速水聲通信是奮斗者號(hào)與母船探索一號(hào)之間溝通的唯一橋梁，可以實(shí)現(xiàn)從萬米海底至海面的文字、語音以及圖像的實(shí)時(shí)傳輸。奮斗者號(hào)將聲音信號(hào)通過調(diào)制解調(diào)，攜帶相關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸，就達(dá)到傳播信息的目的了。
但是，水聲通信可用的工作頻率窄導(dǎo)致其數(shù)據(jù)率比較低，能夠傳輸?shù)男畔⒘勘容^少。為此，奮斗者號(hào)采用了一項(xiàng)關(guān)鍵的核心技術(shù)——相干通信技術(shù)，它是一整套從信號(hào)編碼調(diào)制到信道自適應(yīng)均衡和糾錯(cuò)編解碼等技術(shù)構(gòu)成的整體解決方案，可以克服遠(yuǎn)距離傳輸帶來的信號(hào)損耗，在信號(hào)微弱的情況下提取出有效信息。
奮斗者號(hào)聲學(xué)系統(tǒng)，包含了自主研發(fā)的全海深水聲通信機(jī)、地形地貌探測(cè)聲吶、多波束前視聲吶、多普勒測(cè)速儀、避碰聲吶，以及定位聲吶和慣性導(dǎo)航設(shè)備的系統(tǒng)集成，實(shí)現(xiàn)了從萬米海底傳聲傳影。由多普勒測(cè)速儀、定位聲吶及慣性導(dǎo)航等設(shè)備集成的組合導(dǎo)航系統(tǒng)，還為奮斗者號(hào)的巡航作業(yè)提供了高精度的水下定位導(dǎo)航。
深潛的法寶——載人艙球殼
大家都知道，萬米深潛需要克服巨大的壓力。奮斗者號(hào)設(shè)計(jì)下潛深度為1.1 萬米，在這個(gè)深度它要承受的壓力，相當(dāng)于2000 頭非洲象踩在一個(gè)人的背上。那么，奮斗者號(hào)是如何“抗壓”的呢？答案就是——載人艙。載人艙作為奮斗者號(hào)載人潛水器的核心關(guān)鍵部件，是人類進(jìn)入萬米深海的硬件保障和安全屏障，可搭載3 人的載人艙球殼，是目前萬米深度以下世界最大、搭載人數(shù)最多的潛水器載人艙球殼。
為了抵御沉重的壓力，奮斗者號(hào)采用了更加耐壓的高強(qiáng)度、高韌性、可焊接的鈦合金載人球艙，在耐壓結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論方法及安全性評(píng)估、鈦合金材料制備及電子束焊接方面實(shí)現(xiàn)多項(xiàng)重大突破，并通過了反復(fù)試驗(yàn)驗(yàn)證，以確保艙內(nèi)人員的安全。
在深海開直播
2020 年11 月，奮斗者號(hào)在海試過程中進(jìn)行了全球首次萬米深海電視直播?？缭饺绱舜笊疃鹊闹辈?，是如何實(shí)現(xiàn)的呢？
原來，海底電視直播是利用預(yù)先布放好的著陸器完成的。著陸器與探索二號(hào)保障船之間有微細(xì)光纜相連接，當(dāng)奮斗者號(hào)下潛到預(yù)定海域后，著陸器就可以對(duì)奮斗者號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)拍攝，依托水下激光技術(shù)將奮斗者號(hào)艙內(nèi)畫面?zhèn)魉偷街懫?，著陸器再將畫面通過微細(xì)光纜傳輸?shù)教剿鞫?hào)保障船，保障船再利用衛(wèi)星將直播信號(hào)傳送到電視臺(tái)，至此大家就可以在電視上看到奮斗者號(hào)在萬米海底的優(yōu)美身姿了。
萬米深?！按箫@身手”
截至2021 年底，奮斗者號(hào)共完成21 次萬米下潛，已有27 位來自中國9 家高校、科研院所和企業(yè)的科學(xué)家通過奮斗者號(hào)到達(dá)全球海洋最深處，萬米深潛次數(shù)和人數(shù)居世界首位。這樣的成績令人自豪和振奮。
2021 年12 月，探索一號(hào)科考船搭載奮斗者號(hào)，在馬里亞納海溝“挑戰(zhàn)者深淵”最深區(qū)域進(jìn)行了科考作業(yè)。航次期間，奮斗者號(hào)共下潛23 次，其中6 次超過萬米， 進(jìn)行了包括悟空號(hào)全海深A(yù)UV（自主水下航行器）、全海深玻璃球和聲學(xué)釋放器等深海儀器裝備的萬米海試。
基于奮斗者號(hào)大深度、高精度的作業(yè)優(yōu)勢(shì)，本航次采集了一批珍貴的深淵水體、沉積物、巖石和生物樣本，為對(duì)比開展不同深淵特種環(huán)境、地質(zhì)與生命等多學(xué)科研究提供了寶貴的數(shù)據(jù)和樣本。61A70FDC-A326-47A8-AEFB-1ADEDED50FDB
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萬米海底有多妙
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奮斗者號(hào)在深?？梢砸劳懈呔忍綔y(cè)設(shè)備和機(jī)械手等裝置，取得大量數(shù)據(jù)資料和樣本等，還發(fā)現(xiàn)一些深海生物不通過光合作用、只是借助硫化物就提供能量等奇妙現(xiàn)象。
目前，奮斗者號(hào)還在持續(xù)進(jìn)行萬米深淵的探索性下潛，科學(xué)家圍繞深淵生態(tài)、地球物理等課題的研究也都在持續(xù)推進(jìn)，相信未來還會(huì)有更多新的發(fā)現(xiàn)展現(xiàn)給世人。
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到達(dá)萬米深海后，奮斗者號(hào)采用左右兩套主從伺服液壓機(jī)械手開展作業(yè)，可實(shí)現(xiàn)6 自由度運(yùn)動(dòng)控制（指操作有6 個(gè)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)的關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)，能在其工作空間中實(shí)現(xiàn)抓取物件的任意位置和姿態(tài)），持重能力超過60 千克，可順利完成巖石、生物抓取等作業(yè)任務(wù)。
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聲音在空氣中的傳播速度是340米/ 秒，在海里可以達(dá)到1500 米/ 秒。因此，高速水聲通信是奮斗者號(hào)與母船探索一號(hào)之間溝通的唯一橋梁，可以實(shí)現(xiàn)從萬米海底至海面的文字、語音以及圖像的實(shí)時(shí)傳輸。奮斗者號(hào)將聲音信號(hào)通過調(diào)制解調(diào)，攜帶相關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸，就達(dá)到傳播信息的目的了。
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深潛的法寶——載人艙球殼
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基于奮斗者號(hào)大深度、高精度的作業(yè)優(yōu)勢(shì)，本航次采集了一批珍貴的深淵水體、沉積物、巖石和生物樣本，為對(duì)比開展不同深淵特種環(huán)境、地質(zhì)與生命等多學(xué)科研究提供了寶貴的數(shù)據(jù)和樣本。61A70FDC-A326-47A8-AEFB-1ADEDED50FDB
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