奮進(jìn)的“阿基米德號”

佘毅仁

【極限探索·深海專題之九】

相傳古希臘國王召見阿基米德，請他鑒定工匠制作的純金王冠是否摻假。阿基米德冥思苦想，一籌莫展，直到他用澡盆洗澡時，發(fā)現(xiàn)水位上升甚至有水溢出，由此想到通過比較王冠與等重量純金塊入水后的排水量來解決這一難題。阿基米德定律也就這樣誕生了。那么，法國為了穩(wěn)固其海洋研究大國的地位而傾力打造的“阿基米德號”，又會有怎樣的傳奇故事呢？

新 的 需 求

自1954年“弗恩斯- 3”完成4050米深的科考后，這個深潛器已達(dá)到了設(shè)計的可承受最大潛深——4000米左右。而這一潛深的確定，主要是因?yàn)槭澜绺鲊J(rèn)地球海洋的平均深度約為3800米，而4000米足以在世界上大部分海洋的深處進(jìn)行探索了。

到了1955年，法國海洋聯(lián)合研究開發(fā)委員會籌劃建造新型的高性能深潛器，用來取代“弗恩斯- 3”，因?yàn)椤案ザ魉? 3”有限的能力嚴(yán)重阻礙了法國人向全世界海洋深處進(jìn)軍的步伐。這也迫使法國當(dāng)局決定一步到位——新的深潛器必須能適應(yīng)全世界所有深海環(huán)境，哪怕超過4000米深的海溝僅占2%的海洋面積。

然而，這是一項涉及多個學(xué)科的系統(tǒng)工程，迫于當(dāng)時各方面條件的限制，他們準(zhǔn)備先將“弗恩斯- 3”的功用發(fā)揮到極致。法國深潛科研的金牌組合——喬治·奧特和皮埃爾·韋爾姆當(dāng)仁不讓地?fù)?dān)任了這個項目的測試和研發(fā)工作。

對海溝的進(jìn)一步認(rèn)知

20世紀(jì)50年代是全球海洋地理大發(fā)現(xiàn)的時代，一大批海洋地理學(xué)理論和新發(fā)現(xiàn)陸續(xù)發(fā)表，這和世界各國廣泛開展大范圍的海洋科考有著直接的關(guān)系。特別是以蘇聯(lián)“勇士號”科考船為代表的各國科考船，不僅探明了馬里亞納海溝是海洋的最深處，而且獲悉全球超越萬米的海溝都在太平洋中，如：最深點(diǎn)11 034米的馬里亞納海溝、最深點(diǎn)10 882米的湯加海溝、最深點(diǎn)10 682米的日本海溝、最深點(diǎn)10 542米的千島—勘察加海溝、最深點(diǎn)10 497米的菲律賓海溝、最深點(diǎn)10 047米的科馬德克海溝。其他大洋雖也有很深的海溝，如最深點(diǎn)9219米的波多黎各海溝（大西洋中），但比起太平洋的海溝來，都稍遜一籌。

海溝是如何形成的呢？地球大陸和海洋都由各大地質(zhì)板塊形成，板塊的交融、擠壓和沖撞，使得大陸板塊和海洋板塊之間相互影響。密度較大的海洋板塊俯沖到大陸板塊的下方，板塊間相互作用，營造出溝壑縱生的低洼地帶，這種地貌一般呈現(xiàn)出V型結(jié)構(gòu)，這就構(gòu)成了海溝。

有了對世界海溝分布的更進(jìn)一步了解，法國人自然不愿意放棄考察深海的良機(jī)。自1953年開始，他們將“弗恩斯- 3”用于全世界各大洋的深海科考探索。此后的數(shù)年，“弗恩斯- 3”大多在大西洋海域進(jìn)行深海科考。

1958年，“弗恩斯- 3”來到了日本。日本的地理環(huán)境非常特殊，它位于亞歐板塊與太平洋板塊的交界處。作為島弧地形，其東側(cè)邊緣海洋內(nèi)存在大量的海溝。日本雖然擁有著深海科考的這種天然地理優(yōu)勢，但是當(dāng)時卻并沒有深海科考的能力。因此，法國決定與日本合作。“弗恩斯- 3”在日本周邊的海底進(jìn)行了科考，積累了豐富的深海科考經(jīng)驗(yàn)。同時，日本的地理學(xué)家、物理學(xué)家、生物學(xué)家，還有新聞記者也登上了“弗恩斯- 3”，體驗(yàn)了一把深海科考。“弗恩斯- 3”的到來，推動了日本深海科技的發(fā)展。

同年秋季，法國正式啟動了新型深潛器的研發(fā)、制造工作，他們不僅提出了一系列嚴(yán)格的技術(shù)要求，同時也密切關(guān)注著美國“的里雅斯特號”項目的進(jìn)展，準(zhǔn)備與美國一較高下。法國的這一設(shè)計制造過程繁復(fù)，進(jìn)展緩慢，直到1961年，他們才把新深潛器制造出來。此時“的里雅斯特號”已經(jīng)成功探索到地球海洋的最深處。

然而，這一切的努力都是值得的，法國人制造出的這臺深潛器，全重達(dá)196噸，比“的里雅斯特號”重50噸，是“弗恩斯- 3”全重的2倍有余，堪稱輕油浮力源深潛器中的頂峰之作。

這臺新深潛器從外形上看，更像一艘船型潛水艇。其球形載人艙不同于“的里雅斯特號”吊裝在艇體下方的設(shè)計，而是被安置在艇體前下方，并與艇身融合。這臺新深潛器體形龐大，只能由支援船拖曳到目標(biāo)區(qū)域后，再進(jìn)行下潛作業(yè)。這樣的設(shè)計可以減少阻力，以較快的速度拖曳航行，并能提高抵御海面大浪的沖擊能力。另外，乘員的出入通道被安排在了載人艙頂部，比起安排在載人艙后方的“的里雅斯特號”，艙內(nèi)的空間利用率顯著提高，可同時容納3名工作人員。

同時，新深潛器載人艙的性能也使其他對手無法望其項背，其直徑達(dá)到了2.4米，采用含有稀有金屬的合金鋼材制造，艙壁厚達(dá)15厘米，足以抵御全球海洋任何深度的水壓。

相較于“的里雅斯特號”僅有的一個觀察窗，新深潛器設(shè)計有左、中、右三個并列一排的觀察窗，有效改善了目視觀察的效果。新深潛器的浮筒結(jié)構(gòu)與“弗恩斯- 3”類似，分為上下兩層，擁有大于170立方米的輕質(zhì)油容積艙。為了提高其使用壽命，水線以下全部涂上了紅色的防銹涂料，而水線以上的部分使用極易辨認(rèn)的檸檬黃色，作為在不同色彩的海水中可通用的識別手段。新深潛器的壓載系統(tǒng)則完全參照“的里雅斯特號”的設(shè)計，使用電磁鐵控制壓載鐵珠來提供配重。其實(shí)，此前法國另有一個團(tuán)隊研制了“水瓶座Ⅰ號”和“水瓶座Ⅱ號”深潛器，其壓載系統(tǒng)創(chuàng)新性地使用了液態(tài)氣體作為浮力源，然而效果并不是很理想。因此，新深潛器的壓載系統(tǒng)依舊采用了成熟的技術(shù)。

此外，新深潛器采用封閉艙安放電動機(jī)和電池為推進(jìn)系統(tǒng)提供動力，不僅在后方設(shè)置推進(jìn)槳，在浮筒頂部也安裝了一個推進(jìn)槳，這樣便可以在水平和垂直操作中獲得更多的靈活性。為了提高乘員的舒適性，出入口圍殼被設(shè)計成全封閉狀態(tài)，乘員出入深潛器就不會被海水濺成“落湯雞”了。

最后，新深潛器裝備了先進(jìn)的機(jī)械采樣設(shè)備，方便采集、帶回海底的研究樣本。這些超前的設(shè)計理念，成為日后深潛器設(shè)計參考的標(biāo)桿。鑒于其出類拔萃的性能，以及法國人對于古代科學(xué)家的崇敬，這臺新深潛器被命名為“阿基米德號”。

游 歷 全 球

自1961年7月28日下水起，“阿基米德號”便開始了為期13年，探索全球海溝、海槽的探索歷程。至1974年退役時，它共計完成了226次深潛作業(yè)。多年來，法國、美國、比利時、日本等多國科學(xué)家、工程師搭乘“阿基米德號”進(jìn)行了各種不同類別的科學(xué)探索和考察工作。他們的航跡覆蓋太平洋、大西洋的眾多海域。出于安全、便捷、經(jīng)濟(jì)等多方面的綜合考慮，其主要工作區(qū)域是太平洋的日本周邊海溝、地中海的希臘海槽、大西洋中美洲附近的波多黎各海溝、葡萄牙亞速爾群島附近的海溝等。

“阿基米德號”的探潛深度從數(shù)百米至9560米不等，特別是在1962年和1967年，探索日本附近的海溝時，它連續(xù)多次突破9000米。1962年7月25日，由駕駛員奧貝恩、工程師德勞茲和日本生物學(xué)家佐佐木忠義共同組成的科考小組，歷時約9個小時完成了9560米的深海科考工作。然而，“阿基米德號”最輝煌的功績不僅僅在其深潛的深度，而是它參與了20世紀(jì)70年代國際海洋地理聯(lián)合科考計劃。該計劃對地球海洋地質(zhì)研究有著深遠(yuǎn)的影響，其中“阿基米德號”功不可沒。不僅如此，“阿基米德號”還在生物學(xué)研究方面獲得了前人難以企及的突破性進(jìn)展，它發(fā)現(xiàn)了眾多新物種。法國也由此成為當(dāng)時除美國以外唯一有能力派遣載人深潛器探索地球海洋最深處的國家。

世道必進(jìn)，后勝于今。“阿基米德號”服役后不久，國際上對深潛器的發(fā)展產(chǎn)生了新思路。人類在成功探索地球海洋最深處后，逐漸轉(zhuǎn)向探索海洋中更為廣袤的其他深度層次……