海洋深處的探險家——“蛟龍號”

作者簡介：葉聰，中國船舶重工集團有限公司第七○二研究所副所長、水下工程研究開發部主任，“蛟龍號”深海載人潛水器首席潛航員，全海深載人潛水器總設計師，“奮斗者號”總設計師、萬米海試總指揮。他被譽為“中國載人深潛第一人”，24歲時就成為“蛟龍號”的主任設計師，陪同“蛟龍號”一次一次突破3000米、5000米、7000米，歷經數次磨煉和調整，可謂是見證了“蛟龍號”的出生和成長。

上有航天“遠征”，下有海底“蛟龍”

如今，人類的航天事業發展欣欣向榮，對于海洋的探索又處于何種階段呢？海洋是生命的搖籃，所有生命的祖先都誕生在海洋之中，地球表面約71%是海洋，海底蘊藏著豐富的資源，礦物和能源儲量都超過陸地。遠古時期，甚至有人嘗試坐在罐子里去水下看一看。2012年，電影《阿凡達》的導演詹姆斯·卡梅隆，乘坐潛水器下潛到了10898米。不過這些嘗試，都只是在深度上進行探索，并未實現海底作業。2012年，我國自主研發的“蛟龍號”載人潛水器海試成功。作為載人潛水器，它首度開創了世界作業類載人潛水器最大下潛深度7062米的歷史，并先后在南海、東太平洋、西南印度洋、馬里亞納海溝等七大海區開展了152次下潛，獲得了彌足珍貴的地質與生物樣品3800余件。

那么，“蛟龍號”是怎樣安排工作，與航天工作又有何不同呢？

下潛工作與同學們經常看到的航天工作是不一樣的。在時間安排上，航天員被送入太空，會在太空停留一段時間，短則幾天，長至一年半載，衛星在軌道上的運行更是一種長期的工作。而潛水器的工作模式則是，在出海的時間里，每天下潛一次，下潛時長和工作時長取決于下潛深度。下潛深度越深，下潛所花的時間就越多，工作時間就相對減少;下潛深度越淺，下潛的時間就越少，花在工作上的時間就增加了。就像一個人的精力是有限的，假如每天有5個小時用來學習數學和語文，花掉2個小時學習數學，那么學習語文就只剩下3個小時。“蛟龍號”每次下潛時長，最長達到12個小時，下潛到7000米深度的工作時間設計為3個小時。

乘坐“蛟龍號”下潛看到的景象

法國作家凡爾納的小說《海底兩萬里》曾為我們描述了一個奇幻的海底世界，主人公乘潛艇深入大洋海底，看到了許多珍貴的海洋生物。我們乘坐"蛟龍號"下潛是一種怎樣的體驗呢？會看到許多海洋生物嗎？

在下潛過程中，有時候會有動物清晰地從"蛟龍號"的窗口游過，是非常美的。但下潛是一個光線逐漸變暗的過程，所以，往往看到的都是像水母一樣能夠自己發光的生物。下潛深度超過1000米后，就很難看見大型動物了。

深海工作幾乎就是在黑暗中摸索，有一個對于深海工作的比喻非常貼切∶"3個小時的工作就像是在黑夜里坐了3個小時的觀光電梯。"總的來說，深海中的生物非常少，給人的第一感覺像一片荒漠，但有時，溫度或者食物會吸引一些在寒冷又黑暗的海水里潛伏的獅子魚、小蝦子等生物。

“蛟龍號”與潛艇的區別

在科幻小說《海底兩萬里》中，主人公跟隨尼摩船長，乘坐一艘名為“鸚鵡螺號”的潛艇，進行了一場海底奇幻旅行?！胞W鵡螺號”內部寬敞舒適，甚至有博物館和圖書館。同學們都知道潛艇是一種在水下運行的艦艇，那么載人潛水器和潛艇有什么區別呢？

最早的潛艇，是為了作戰任務而誕生的，強調作戰能力和軍事用途。潛艇像一條瘦長的魚，重達幾千噸到上萬噸。它的耐壓殼體是一個連續的圓柱體，分很多個艙室，有武備艙室、指揮艙室、人員住宿艙室、動力艙室等。

潛水器強調的是下潛深度和作業能力，服務于深海探索和科學研究。深海下潛考驗的是耐壓結構，下潛深度往往是以千米級為單位，像潛艇一樣巨大的連續圓柱體就不是最佳的形狀結構。所以，潛水器往往是采用球形或者半球形的結構，這樣可以對變形有非常規則的預測和密封保證。像“蛟龍號”，就是分散和獨立的布局。載人艙、計算機艙、電池艙等分開布局，隔開艙室空余的部分，則用浮力材料來填充。

“蛟龍號”的誕生歷程

潛水器的重量一般為幾十噸，便于母船拖帶和在特殊地形進行下潛機動定點作業。“蛟龍號”7000米級載人潛水器，曾被國外視為天方夜譚。而在當時，國外只有6000米級的載人潛水器。這個技術當時在我國是一片空白，經過十幾年反復打磨，才成就這一大國重器。從畫出第一張草圖，到成功下潛至深海7000米，這個過程中發生了什么？

研究團隊花了很長的時間在試驗，從入水到實現最大深度7000米，花了四年的時間。在試驗過程中，研究團隊也在不斷調整設計思路，調整潛水器。從潛水器2009年的照片和2012年的照片的對比中，可以發現很多變動，例如攝像機、云臺、機械手、采樣籃等。

另外，研究團隊也非常珍惜這種試驗的機會。四年的時間，除了調試、改進潛水器，研究團隊也做了科學應用的工作。世界上有很多海域，我們國家的潛水器沒有去探索過，這些年的多次試驗，也在那些地方采集了樣品和數據。

科研工作，不像電影里那么炫酷。科研不是即興的，而是一個非常科學、嚴謹、復雜，且時間較長的積累、驗證、調整的過程。這才是科研工作的主旋律。牛頓也不是因為蘋果一落就想到了萬有引力，而是在后續付出了很多時間和精力來研究，才有了后來的萬有引力定律。

“蛟龍號”探索極端環境

“蛟龍號”載人潛水器凝聚了結構耐壓密封、運動控制、通信定位、操縱、探測等多種技術，它的使命自然不僅是潛入幾千米的深度，更重要的是去收集樣品、采集數據、布放設備以及在海底現場開展科學實驗。它在深海環境中會怎樣工作呢？有哪些高難度的作業？

海底除了像沙漠一樣色彩單調，還有一些其他極端環境，比如熱液黑煙囪、可燃冰冷泉、海溝、海山等。這些環境對應的是比較奇特的生物、化學、地質、物理現象。

我曾經在溫度為300多攝氏度的高溫熱液環境中作業，探測黑煙囪。探測設備上會布設很多傳感器，然后操作探測設備，準確地進入到300多攝氏度的黑煙囪盆口中央，進行探測、采集、取樣。如果過于接近高溫區域，傳感器就會感應到，然后回饋給系統，提醒我們返回。這是一個需要同時兼顧探測需求和自我防護的復雜過程。

提到海底黑煙囪，同學們可能想到火山噴口，濃煙滾滾，巖漿從里面流淌出來。其實不是這樣的，黑煙囪是指海底富含硫化物的高溫熱液活動區，因熱液噴出時形似黑煙而得名，高度從十幾厘米到一百多米不等。

深海帶來的挑戰

“蛟龍號”的研制，為我國深水載人潛水器的發展奠定了基礎。如今，我國已擁有了不同型號的載人和無人潛水器，在深海作業中各有側重、相互配合，可以更高效地幫助我們去探索海洋。

未來我們的深海探測器還將實現哪些突破呢？

首先是深度，我們還將向著更深的海域出發。越深意味著壓強越大，目前已知地球最深處——馬里亞納海溝最深處約1.1萬米。在這個深度的壓強相當于一個人的身體要承受1.6萬噸壓力，想象一下：有2500頭非洲象同時站在你的背上是何種感覺？（一頭成年非洲象重6噸左右）所以，這對于潛水器的耐壓外殼材料、焊接技術、浮力材料等要求就會更高。

深海潛水器帶來的技術挑戰是多方面的，除了解決壓強問題外，隨著科學技術的進步，潛水器也將升級各種部件配置。因為在未來，水下的作業會越來越復雜，科學家要求探測的數據種類、數量越來越多，需要獲取的樣品質量越來越高。為了滿足這些需求，就要配備不同的作業工具、不同的系統。例如更加安全穩定、動力強大的能源系統，超清相機也會同步升級，還包括運動控制、通信定位、操縱、探測等方面。

海洋對于我們拓展活動空間、探尋海洋資源及科學探索都有著重要的意義?！膀札執枴睂崿F了在占世界海洋面積99.8%的廣闊海域中使用，剩下的0.2%被稱為“深淵”。2020年5月9日，我國的“海斗一號”首次成功在深度為10884米的海底用高清視頻探測深淵海底及底棲生物，實現了機械手觸發釆集萬米海底水樣、機械手抓取插管進行海底沉積物取樣等全部作業內容，遙控拋載上浮，安全回收?？瓶贾?，“海斗一號”在馬里亞納海溝實現4次萬米下潛，最大下潛深度達10907米，刷新了中國潛水器最大下潛深度紀錄。

而關于海洋的秘密，人類只探尋到5%，面對茫茫大海，我們的探索還遠遠不夠。希望對深海感興趣的同學們，能夠把自己的學習、將來的工作，和深海聯系起來，未來深海的藏寶圖等你們來繪制！

（整理陳哲怡

編輯文墨）