2020年11月10日，“奮斗者”號(hào)全海深載人潛水器成功坐底馬里亞納海溝10909米深處，刷新了中國(guó)載人深潛新紀(jì)錄。“奮斗者”號(hào)成為世界第一臺(tái)可搭載3名乘員、可長(zhǎng)期科考作業(yè)的全海深載人潛水器，讓我國(guó)成為全世界第二個(gè)擁有進(jìn)出萬米深淵“通行證”的國(guó)家。

拿到這個(gè)通行證并非易事，從“蛟龍”號(hào)到“深海勇士”號(hào)再到“奮斗者”號(hào)，中國(guó)載人潛水器一路走來并非坦途。

在前兩者的研發(fā)基礎(chǔ)上，“奮斗者”號(hào)于2016年開始建造，經(jīng)過近百家科研院所、高校與企業(yè)的近千名科研人員的攻堅(jiān)克難，在2020年研制完成并海試成功。研發(fā)團(tuán)隊(duì)針對(duì)極端環(huán)境開展設(shè)計(jì)和建造，先后完成關(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān)、總體設(shè)計(jì)、集成建造和海上試驗(yàn)，在潛水器超大潛深結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)調(diào)試與仿真以及深海作業(yè)等關(guān)鍵技術(shù)方面取得了一系列重大突破。

載人潛水器建造技術(shù)的難點(diǎn)主要在于深海嚴(yán)苛的環(huán)境特點(diǎn)，如高壓、高鹽、低溫、黑暗等。其中，深海超高的壓力是最大的障礙。在海洋中，水深每增加10米，壓力就會(huì)增加1個(gè)大氣壓，水深10000米的海底，壓力就達(dá)到1000個(gè)大氣壓，相當(dāng)于一輛小汽車的重量全部壓在一個(gè)手指蓋上。在全球最深點(diǎn)——馬里亞納海溝的挑戰(zhàn)者深淵，深度接近11000米，要想抵達(dá)這里，潛水器所有暴露在海水中的裝備都要扛得住高壓。除此之外，制作裝備的材料還要能抵抗住風(fēng)浪的沖擊，具備高強(qiáng)度、高韌性和較好的延展性等性能。

“奮斗者”號(hào)名片

母船：“探索一號(hào)”科考船

最大工作深度：11000米

尺寸：長(zhǎng)10.26米，寬3.17米，高4.4米

重量：36噸

有效載荷：200千克（空氣中）

最大水下工作時(shí)間：12小時(shí)

可載人數(shù)：3人

水下最大航速：2.5節(jié)（1節(jié)相當(dāng)于陸地上大約1.85千米/小時(shí)）

載人艙內(nèi)徑：1.8米

觀察窗數(shù)量：3個(gè)

平均上浮、下潛速率：60 米/秒

“奮斗者”號(hào)去深海干什么？

“奮斗者”號(hào)作為目前我國(guó)唯一一臺(tái)可載人的萬米級(jí)潛水器，擁有廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域，對(duì)于深?？茖W(xué)考察、采集樣品、支撐多型國(guó)產(chǎn)儀器裝備海試、深海搜尋打撈、深?？脊拧⒑Ｑ蟮刭|(zhì)災(zāi)害與深水油氣工程、深海電影拍攝等，都具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)。

2022年，中國(guó)科學(xué)院深?？茖W(xué)與工程研究所牽頭發(fā)起“全球深淵深潛探索計(jì)劃”。在該計(jì)劃的支持下，“奮斗者”號(hào)先后完成了全球首個(gè)環(huán)大洋洲載人深潛科考航次、首次中國(guó)-印度尼西亞爪哇海溝聯(lián)合深潛科考航次、中-俄首次聯(lián)合深潛科考航次等任務(wù)，先后在克馬德克海溝、蒂阿曼蒂那深淵、瓦萊比-熱恩斯深淵、爪哇海溝、千葉-堪察加海溝和阿留申海溝等開展系統(tǒng)性載人深潛綜合科考，開啟了國(guó)際合作新征程。

有什么魔力，讓“奮斗者”號(hào)自由地下潛、上??？

“奮斗者”號(hào)在空氣中重達(dá)36噸。它能浮在水面，也可以在水下靈活航行，這是怎么做到的呢？這里不得不提一種由玻璃微珠和環(huán)氧樹脂組成的高科技耐壓材料——浮力材。玻璃微珠非常小，直徑只有幾十微米，抓在手里就像抓一把面粉的感覺。這二者制作的浮力材具有耐高壓、高強(qiáng)度、低吸水率的性能，密度比海水小，安裝在潛器的支架上，能起到提供浮力的作用。潛水器的艏部、中段和艉部，都裝有推進(jìn)器，它們提供動(dòng)力使?jié)撍髟谒锌梢宰杂傻匾苿?dòng)。

“奮斗者”號(hào)又是如何自由地大幅度上浮下潛的呢？水中很多硬骨魚類，有個(gè)叫“魚鰾”的器官。魚鰾內(nèi)充滿氣體，魚可以通過調(diào)節(jié)魚鰾內(nèi)氣體的體積來控制身體的比重，從而在游動(dòng)時(shí)輕松自如地保持想要的狀態(tài)。潛水器中也有類似魚鰾的裝置，是由幾部分設(shè)備共同協(xié)作完成的。

·當(dāng)潛水器被放入海里后，在浮力材料（向上）提供的浮力大于潛水器的重力（向下）時(shí)，是浮在海面的。

·準(zhǔn)備下潛時(shí)，向壓載水箱中注水，幾分鐘后注滿，自身重量大于浮力，潛水器開始下潛。

·當(dāng)潛水器下潛至指定的工作深度時(shí)，拋棄一組壓載鐵，使?jié)撍髯陨碇亓透×酒胶?，懸浮在水中?/p>

·在作業(yè)過程中，如果需要對(duì)潛水器的浮力進(jìn)行調(diào)節(jié)，海水泵通過向可調(diào)壓載水艙注水和排水，就可以發(fā)揮“四兩撥千斤”的作用。

·當(dāng)完成作業(yè)后，潛水器再拋掉一組壓載鐵，浮力大于重力，潛水器開始向上返程。

·當(dāng)潛水器到達(dá)水面時(shí)，壓載水箱向外排水，進(jìn)一步增大浮力，潛水器便可以漂浮在水上啦！

隨“奮斗者”號(hào)入海，怎樣觀察外面的世界？

載人艙在“奮斗者”號(hào)的前部，是一個(gè)內(nèi)徑1.8 米的鈦合金耐壓球殼，可以容納3個(gè)人在里面工作。之所以選用鈦合金，是因?yàn)樗亓枯p、強(qiáng)度大、耐腐蝕，是制造載人球艙的不二之選。球殼上方開了一個(gè)可供人進(jìn)出的艙口，下半部分還開了3個(gè)圓形的觀察窗，里面的工作人員可以透過觀察窗看到潛水器外面的世界。

可別小看這3個(gè)觀察窗，這對(duì)生產(chǎn)工藝來說是個(gè)嚴(yán)苛的考驗(yàn)，因?yàn)槊慷嚅_一個(gè)觀察窗，都會(huì)對(duì)球殼的承壓和密封帶來極大挑戰(zhàn)。載人球艙的內(nèi)部，配備有生命支持系統(tǒng)，以維持艙里的空氣成分、濕度、溫度、壓力和地表一致，保障工作人員在里面正常開展工作。

在海水的吸收作用下，可見光能穿透海水的深度一般在200米，再往下就是漆黑一片。下潛人員要觀察周圍環(huán)境、拍照錄像，只靠觀察窗是不夠的，要借助照明設(shè)備。潛水器的前部、后部和底部，都安裝了照明和攝錄設(shè)備，能夠從多個(gè)角度實(shí)時(shí)記錄周圍和機(jī)械手工作的情況。

在海底，“奮斗者”號(hào)有什么動(dòng)力來源？如何與科考船聯(lián)系？

“奮斗者”號(hào)要在海里待12個(gè)小時(shí)。如果是下潛到萬米深海，下潛和上浮的速度約為每秒60米，那么下潛和上浮的過程分別要花3個(gè)小時(shí)左右，水下作業(yè)時(shí)間約6小時(shí)。潛水器在被科考船放到海里開始下潛后，就變成了完全自由的個(gè)體，與科考船之間沒有線路連接。潛水器在水下能長(zhǎng)時(shí)間高效率工作，主要依靠自身攜帶的上噸重的鋰電池供電。

下潛后，水聲通信成了“奮斗者”號(hào)和科考船之間溝通的唯一橋梁。如果把潛水器比作一個(gè)人，那么聲學(xué)系統(tǒng)就是這個(gè)人的眼睛、耳朵和嘴巴，它能幫助在海底的潛水器向科考船實(shí)時(shí)傳輸文字、語音及圖像。此外，通過水聲通信，潛水器與母船之間還能完成自主數(shù)據(jù)收發(fā)，包括傳感器的位置等重要信息，這對(duì)水面工作人員把握潛水器的狀態(tài)和現(xiàn)場(chǎng)分析決策至關(guān)重要。

“奮斗者”號(hào)的成功研發(fā)和常態(tài)化科考應(yīng)用，顯著提升了我國(guó)深海裝備技術(shù)的自主創(chuàng)新水平，使我國(guó)具備了在全球海洋最深處開展科學(xué)探索和研究的能力，是我國(guó)深?？萍继剿鞯缆飞系闹匾锍瘫?。如今，“奮斗者”號(hào)已累計(jì)下潛約300次，其中萬米級(jí)下潛25次，已有32人搭乘“奮斗者”號(hào)到達(dá)萬米海底，萬米深潛次數(shù)和人數(shù)均居世界首位。未來，“奮斗者”號(hào)還會(huì)將國(guó)內(nèi)外更多的科學(xué)家?guī)У饺蚋嗟纳詈Ｉ顪Y，也期待他們揭示更多深海的奧秘。

作者單位 中國(guó)科學(xué)院深?？茖W(xué)與工程研究所