跟著深海“的士”去尋寶

張真源

不僅是深潛

以前深海探測，對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的設備來完成的，不能面對面、像陸地上的調查一樣。奮斗者號載人潛水器（以下簡稱“奮斗者號”）可以對整個海底的礦產(chǎn)資源直接進行探測，使得探礦的效率大大提高，同時也提升了中國在國際深海空間治理的話語權。奮斗者號還將進一步助推國際深淵科學研究的進展，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。

萬米海底有多妙

對于人類來說，深海陌生而神秘。科研人員通過搭乘奮斗者號下潛至深海觀察到，深海生物有著不同于淺海的、非常特別的、適應深海生存的機制和策略，主要表現(xiàn)在不依賴陽光。

奮斗者號在深海可以依托高精度探測設備和機械手等裝置，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，奮斗者號還在持續(xù)進行萬米深淵的探索性下潛，科學家圍繞深淵生態(tài)、地球物理等課題的研究也都在持續(xù)推進，相信未來還會有更多新的發(fā)現(xiàn)展現(xiàn)給世人。

奮斗者號本領大

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？

奮斗者號采用無纜無動力上浮下潛技術，可以在海底連續(xù)作業(yè)6小時。專用固體浮力材料是它獲取水下凈浮力、實現(xiàn)無動力上浮和懸浮定位的核心結構部件，需要兼具密度小和抗壓強度高兩個相對立的特性。

到達萬米深海后，奮斗者號采用左右兩套主從伺服液壓機械手開展作業(yè)，可實現(xiàn)6 自由度運動控制（指操作有6 個獨立驅動的關節(jié)結構，能在其工作空間中實現(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。

奮斗者號還擁有智能故障診斷以及海底自主避碰等功能，能夠在海底自動匹配地形巡航、循跡航行以及懸停定位。依靠這些技術，奮斗者號就可以對海底標志物進行精準的科學探測作業(yè)和返回。

實現(xiàn)萬米連通——水聲通信技術

我們知道，光和無線電信號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現(xiàn)通信。奮斗者號在茫茫深海深潛，如同一粒芝麻撒進大海，如何確定它的位置？此時，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，在海里可以達到1500 米/ 秒。因此，高速水聲通信是奮斗者號與母船探索一號之間溝通的唯一橋梁，可以實現(xiàn)從萬米海底至海面的文字、語音以及圖像的實時傳輸。奮斗者號將聲音信號通過調制解調，攜帶相關的數(shù)據(jù)進行傳輸，就達到傳播信息的目的了。

但是，水聲通信可用的工作頻率窄導致其數(shù)據(jù)率比較低，能夠傳輸?shù)男畔⒘勘容^少。為此，奮斗者號采用了一項關鍵的核心技術——相干通信技術，它是一整套從信號編碼調制到信道自適應均衡和糾錯編解碼等技術構成的整體解決方案，可以克服遠距離傳輸帶來的信號損耗，在信號微弱的情況下提取出有效信息。

奮斗者號聲學系統(tǒng)，包含了自主研發(fā)的全海深水聲通信機、地形地貌探測聲吶、多波束前視聲吶、多普勒測速儀、避碰聲吶，以及定位聲吶和慣性導航設備的系統(tǒng)集成，實現(xiàn)了從萬米海底傳聲傳影。由多普勒測速儀、定位聲吶及慣性導航等設備集成的組合導航系統(tǒng)，還為奮斗者號的巡航作業(yè)提供了高精度的水下定位導航。

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。奮斗者號設計下潛深度為1.1 萬米，在這個深度它要承受的壓力，相當于2000 頭非洲象踩在一個人的背上。那么，奮斗者號是如何“抗壓”的呢？答案就是——載人艙。載人艙作為奮斗者號載人潛水器的核心關鍵部件，是人類進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，奮斗者號采用了更加耐壓的高強度、高韌性、可焊接的鈦合金載人球艙，在耐壓結構設計理論方法及安全性評估、鈦合金材料制備及電子束焊接方面實現(xiàn)多項重大突破，并通過了反復試驗驗證，以確保艙內人員的安全。

在深海開直播

2020 年11 月，奮斗者號在海試過程中進行了全球首次萬米深海電視直播。跨越如此大深度的直播，是如何實現(xiàn)的呢？

原來，海底電視直播是利用預先布放好的著陸器完成的。著陸器與探索二號保障船之間有微細光纜相連接，當奮斗者號下潛到預定海域后，著陸器就可以對奮斗者號進行實時拍攝，依托水下激光技術將奮斗者號艙內畫面?zhèn)魉偷街懫鳎懫髟賹嬅嫱ㄟ^微細光纜傳輸?shù)教剿鞫柋Ｕ洗Ｕ洗倮眯l(wèi)星將直播信號傳送到電視臺，至此大家就可以在電視上看到奮斗者號在萬米海底的優(yōu)美身姿了。

萬米深海“大顯身手”

截至2021 年底，奮斗者號共完成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)的科學家通過奮斗者號到達全球海洋最深處，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，探索一號科考船搭載奮斗者號，在馬里亞納海溝“挑戰(zhàn)者深淵”最深區(qū)域進行了科考作業(yè)。航次期間，奮斗者號共下潛23 次，其中6 次超過萬米， 進行了包括悟空號全海深AUV（自主水下航行器）、全海深玻璃球和聲學釋放器等深海儀器裝備的萬米海試。

基于奮斗者號大深度、高精度的作業(yè)優(yōu)勢，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，為對比開展不同深淵特種環(huán)境、地質與生命等多學科研究提供了寶貴的數(shù)據(jù)和樣本。61A70FDC-A326-47A8-AEFB-1ADEDED50FDB