[科普中国]-从百米浅海到万米深海，看中国载人深潜事业披荆斩浪

在小说里，尼摩船长驾着鹦鹉螺号穿过五大洋的海底已经过去了154年；而现实中，人类的双脚“站”在海底的次数不过一巴掌的数量。

一、“海底无人区”

正如我们所知，地球表面有70%的面积被海洋所覆盖。国际海洋科学界根据海水的深度不同，将“海”划分为浅海、半深海和深海，其中水深超过2000米的深海占据总数量的40%。除此之外，还存在着比深海还要深的海(水深约6000-11000米)，也就是所谓的“深渊”。据统计，地球上共有46个深渊带，其中最深的便是马里亚纳海沟的“挑战者深渊”。它的最大深度能达到11034米，相当于珠穆朗玛峰顶叠加一座华山的海拔高度，它也是世界上已知的海洋最深处——然而全世界登上珠穆朗玛峰的探险家大概有4000余人，甚至有来自41个国家的566人进入过太空(其中有12人在月球上进行了行走)，可是抵达过海洋最深处的却只11人。

人类第一次进入“挑战者深渊”是在1960年。当时，瑞士探险家雅克·皮卡德和美国海军中尉唐·沃尔什乘坐“德里亚斯特号”首次探险“生命禁区”。在此之前，由于200米以下海洋世界的高压、绝对黑暗等“可怕”属性，人类将其称之为“生命绝缘”的“暗世界”。

“德里亚斯特”号载人潜水器由两大部分组成，上面是个装满汽油的容器，用来提供浮力和动力，下面部分是用以栖身的圆形密封舱。在装置经过9000米海域的时候，因巨大的海水压强，潜水器舱身出现裂痕，而探险者们冒着必死的决心坚持下沉，对深渊一探究竟——虽然没能有摄影设备随行，但是他们还是用眼睛看到了海底游荡着宛如小虾的生物——这是人类第一次在“暗世界”里证明了生命的存在。

但是在其后的52年里，由于技术、政治等影响，人类探索海底的脚步有所减缓。无人深潜器成为了人类的眼睛，时不时下去“凝视”一下“深渊”。直至2012年，著名导演卡梅隆才成功深潜到海面以下10898米的地方。随后在2019年，美国探险家维克多·维斯科沃连续两次下潜至海底10928米的地方，刷新了人类深潜的记录。而他所乘坐的深潜器“限制因子”也成为了世界上第一个商用且可重复使用的载人潜水器。

与此同时，我国首艘万米级载人潜水器“奋斗者”号也在进行着最后的技术突破——2020年11月10日8时12分，一个值得铭记的时刻。国产化率超96.5%的“奋斗者”号，装载着3名科研人员成功坐底马里亚纳海沟，其深度达到10909米。这个数字不但刷新了中国载人深潜的记录，也让中国成为继美国之后，第二个实现万米深潜的国家。

二、勇往直“潜”

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图源：央视新闻

从外观上看，“奋斗者”号的肚子呈现绿色，这是由于绿光在海水中衰减较小，便于在深海中对其进行观测；而它的头顶则呈现醒目的橘黄色，这是便于在它在上浮到水面时，能够被“母船”快速发现。

作为一艘作业能力覆盖全球海洋百分之百海域的科考利器，“双船双潜”是“奋斗者”号海试任务的关键词。“双船”是指为其护航的两艘母船——“探索一号”(支持船)和“探索二号”(保障船)，它们像母亲一样全力保障着“奋斗者”号的下潜任务；“双潜”指的是双潜水器，“奋斗者”号和它的“跟拍摄影师”——“沧海”号。

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图源：央视新闻

“探索一号”是一艘经验丰富的科考船，它也是2017年在中国南海成功下潜4500米的“深海勇士”号的功勋母船。而“探索二号”则是2020年6月才出坞的首艘为万米深海科考打造的科考船。从伸缩折臂吊放装置、CTD(温盐深仪)吊放装置，到全海深地质绞车、6000米光电缆绞车，再到水声通信、水声定位、多波束等深海声学设备，“探索二号”共增装14台全国产化科考装备，彻底摆脱了长期以来被国外“卡脖子”的情况，标志着我国在全海深科考作业装备能力上又进一步。

作为“幕后英雄”的“沧海”号，坐底时间其实要比“奋斗者”号还要早。它是全世界唯一一台深海着陆器，可以进行全海深4K超高清视频的拍摄、采集和传输处理。“沧海”号搭载着全海深高清相机下潜至海底，成为水下拍摄的主机位，运行预先设置的自动程序，唤醒“打光助理”——内部移动机器人“凌云”号。待到“工作人员”一切就位后，主角“奋斗者”号再缓缓下潜，坐底后通过声学通讯定位和探测雷达，在漆黑的海底找到“沧海”号，并从“沧海”号的上方缓缓驶入画面中央，开始进行直播实时回传。

自2016年立项开始，由七零二所牵头，20家科研院所、13家高校、60余家企业、近千名科研人员为“奋斗者”号的国产化日夜攻关——

超过110兆帕的水压，意味着需要大强度、更高韧性的材料，而我国以往深潜器常用的Ti64材料远远不足以达到需求。经过无数次的实验，具有良好热加工成形和焊接成形性能的钛合金Ti62A被发明应用为载人舱球壳材料。

有了材料，还要进行极其精密的制造、冷弯和焊接，来保障载人舱的可靠性。我们原来经常使用的“瓜瓣焊接”有着焊缝多、工期长等等缺点，但是在数千次的优化测试后，焊缝少、可靠性高的“半球焊接”被试验性应用。“奋斗者”号，这个载人球舱直径达2米的大家伙的制造成功，标志着我国的钛合金材料技术和焊接加工技术已经达到了国际领先水平！

在海底的作业任务中，“奋斗者”号进行生物、岩石、沉积物等抓取工作的两套主从伺服液压机械手更是具有7个关节，可实现6自由度运动控制，其持重能力超过了60公斤，彻底填补了我国在全海深液压机械手开展万米作业领域的空白。

而帮助“奋斗者”号返回水面、顺利“回家”的关键材料：固体浮力材料，一直是众多深海科学考察装备及实现海洋资源开发的核心材料。由于其制备技术难度大，世界范围内只有少数国家掌握核心技术，且对我国实行技术封锁。但是这次在缺少文献和经验借鉴的情况下，科研团队再次采用具有自主知识产权的软化学制备技术，短时间内研制出了固体浮力材料核心原材料高强空心玻璃微球，真正实现了我国浮力材料研究的突破。

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图源：央视新闻

从1971年，我国开始研制第一艘载人潜水器7103救生艇开始，50年的筚路蓝缕终成一剑。从无到有，由浅入深。高压、密封、腐蚀、绝缘等等难题，一个个被攻克。从下潜300米到10909米，不仅是我国对技术领域做出的探索，更是对自然科学界做出的贡献！

审稿丨张一帆 天津大学海洋科学与技术学院海洋融媒体中心

作者丨温廷宇 同济大学深海科学科普基地

文章由腾讯“全民爱科学”团队推出

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