張鼎 楊陽(yáng) 王俊龍

蹣跚前行——從無到有的突破

受限于科技水平，人類在20世紀(jì)30年代才正式展開對(duì)深海的探索。1932年，美國(guó)工程師巴頓和博物學(xué)家比伯乘坐他們自己設(shè)計(jì)的一個(gè)球狀潛水器下潛到了923米的深度，一時(shí)間吸引了來自社會(huì)各界好奇的目光。美國(guó)軍界迅速意識(shí)到深潛器所蘊(yùn)含的巨大價(jià)值——失事潛艇救援、海底地形勘探、海洋資源開發(fā)……不管哪一項(xiàng)都有著巨大的經(jīng)濟(jì)和軍事潛力。1970年，世界第一艘深潛救生艇神秘客號(hào)應(yīng)運(yùn)而生。

就在神秘客號(hào)下水的同年，時(shí)任中國(guó)海軍副司令員的周希漢將軍對(duì)哈爾濱工程大學(xué)下達(dá)指示，要研發(fā)中國(guó)自己的深潛救生艇。以羅培林為代表的老一輩船舶人不怕苦更不畏難，用15年的時(shí)間摸索、研究出了中國(guó)第一艘載人潛水器——7103救生艇。雖然它的下潛深度只有美國(guó)神秘客號(hào)1500米的五分之一，但它卻使中國(guó)深潛技術(shù)實(shí)現(xiàn)了從0到1的突破。

◎探索者號(hào)（圖片來源/中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所）

CR-01號(hào)深潛機(jī)器人（圖片來源/中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所）

隨著“863計(jì)劃”（國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃）的實(shí)施，海底豐富礦產(chǎn)資源的逐步發(fā)現(xiàn)，中國(guó)在20世紀(jì)90年代開始逐漸擁有了“潛得更深”的動(dòng)力與科技條件，而聯(lián)合國(guó)批準(zhǔn)15萬平方千米的多金屬結(jié)核開辟區(qū)給中國(guó)的消息更是進(jìn)一步激勵(lì)了中國(guó)的有識(shí)之士。不過，之前“863計(jì)劃”為中國(guó)帶來的機(jī)器人多為有纜遙控水下機(jī)器人，受限于電纜的長(zhǎng)度和強(qiáng)度，它們潛得不夠深，探索的范圍也不夠大。而太平洋的平均深度足足有3957米，海域廣闊程度更是世界之最?！?63計(jì)劃”再次出馬，組織了一批科研院所，并請(qǐng)來了俄羅斯海洋技術(shù)研究所的專家當(dāng)老師。經(jīng)過6年的艱苦研發(fā)，最終在1994年，探索者號(hào)甩掉了與母船之間聯(lián)系的電纜，實(shí)現(xiàn)了中國(guó)深潛器從有纜到無纜的飛躍。有了經(jīng)驗(yàn)，剩下的只需時(shí)間。

1997年，在煙波浩渺的北太平洋上，大洋一號(hào)科考船將名為CR-01號(hào)的深潛機(jī)器人輕柔地放入水中，幾小時(shí)后，一面鮮艷的五星紅旗便在5179米深的太平洋海底靜靜飄揚(yáng)，中國(guó)的潛水器第一次突破到如此深度。CR-01號(hào)的面世，標(biāo)志著中國(guó)成為世界上擁有潛深6000米自制水下機(jī)器人的少數(shù)國(guó)家之一，世界上關(guān)于深海的話語權(quán)中開始出現(xiàn)了中國(guó)人的聲音。

奮起直追——承上啟下的三龍?zhí)胶?/h3>

進(jìn)入21世紀(jì)，“863計(jì)劃”在深潛器領(lǐng)域繼續(xù)發(fā)力。2002年，中國(guó)科技部將深海載人潛水器研制列為“863計(jì)劃”的重大專項(xiàng)，蛟龍?zhí)栞d人深潛器的研制啟動(dòng)。載人深潛器的研發(fā)難度相較于之前的無人水下機(jī)器人完全不可同日而語：水下機(jī)器人不用擔(dān)心乘員安全問題，不需要載人艙和復(fù)雜的生命維持系統(tǒng);此外由于機(jī)器人內(nèi)部與海洋環(huán)境聯(lián)通，內(nèi)外壓力平衡，一定程度上降低了深海巨大壓強(qiáng)的考驗(yàn)，它所需要考慮的更多還是深海低溫高壓條件下如何做到電氣設(shè)備的密封和防水。

蛟龍?zhí)柦Y(jié)構(gòu)圖（繪圖/飛飛）

無數(shù)新課題、新挑戰(zhàn)擺在了科研人員的面前。經(jīng)過近10年的潛心研制，蛟龍?zhí)栱?xiàng)目取得了豐碩的成果：從2009年至2012年，蛟龍?zhí)柦舆B取得1000米級(jí)、3000米級(jí)、5000米級(jí)和7000米級(jí)海試成功，尤其是在2012年6月，蛟龍?zhí)栐隈R里亞納海溝創(chuàng)造了下潛7062米的世界同類作業(yè)型潛水器最大下潛深度紀(jì)錄，這意味著從此世界上99.8%的海域向中國(guó)敞開了大門。

為了應(yīng)對(duì)7000米水深的復(fù)雜環(huán)境，蛟龍?zhí)栐?個(gè)領(lǐng)域取得了突破：抗壓、續(xù)航、通訊以及浮力材料。抗壓方面，7000米的水深不僅意味著1.5℃的低溫，還意味著潛水器的外壁每平方米要承受7000噸的巨大壓力，在這么大的高壓下，幾毫米厚的鋼制容器會(huì)像蛋殼一樣被壓碎。因此國(guó)際通用的潛水器制造材料是高強(qiáng)度、高韌性且十分耐腐蝕的特種鈦合金，蛟龍?zhí)栆膊焕猓哪蛪簹んw由國(guó)內(nèi)研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)，采用了先進(jìn)的瓜瓣焊接技術(shù)，應(yīng)對(duì)7000米的水深綽綽有余。

潛龍一號(hào)（右）和潛龍二號(hào)（左）

續(xù)航能力方面，潛水器如果想要在7000米的深海中展開科研活動(dòng)，算上下潛上浮的時(shí)間再加上為科研任務(wù)預(yù)留的時(shí)長(zhǎng)，續(xù)航能力必須保持在10小時(shí)以上。蛟龍?zhí)栍捎谑褂昧诵滦统溆豌y鋅蓄電池，它的水下工作時(shí)間可持續(xù)12個(gè)小時(shí)，是目前國(guó)際上同類型潛水器中最強(qiáng)的。

通信技術(shù)上，在7000米級(jí)的深潛器上要是繼續(xù)使用過時(shí)的通訊電纜毫無疑問是既不經(jīng)濟(jì)又不安全。為此蛟龍?zhí)柺褂昧艘环N名為“高速水聲通信”的技術(shù)，將電信號(hào)通過轉(zhuǎn)換器變?yōu)槁暡l率在4000赫茲左右、能在水中高速傳播的聲信號(hào)，最大程度上避免了海洋生物、復(fù)雜洋流以及過路船舶可能造成的干擾，實(shí)現(xiàn)了與母船之間的實(shí)時(shí)通訊。

潛龍一號(hào)（圖片來源/中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所）

至于浮力材料，深潛器所使用的浮力材料不僅必須能承受住深海巨大的壓力，而且要求它的滲水率極低，以保證其密度不變，否則深潛器就有可能因?yàn)楦×适Ф寥牒５?。蛟龍?zhí)柌捎昧艘环N玻璃微珠聚合物，針對(duì)作業(yè)目標(biāo)具有穩(wěn)定的懸浮定位能力，再搭配上先進(jìn)的懸浮作業(yè)技術(shù)和自動(dòng)航行技術(shù)，蛟龍?zhí)栐趯?shí)現(xiàn)了完全依靠自身重量的無動(dòng)力下潛與上浮這一技術(shù)突破的同時(shí)，還具備了無需固定支點(diǎn)就能在深海任意一點(diǎn)停留作業(yè)的本領(lǐng)。

具備了“十八般武藝”的蛟龍?zhí)柟倘皇侵袊?guó)潛水設(shè)備中耀眼的明珠，但與它同時(shí)期的“潛龍”家族也值得大家的關(guān)注。

潛龍一號(hào)、二號(hào)兄弟倆繼承了CR-01號(hào)無纜自治水下機(jī)器人前輩的衣缽，成為了中國(guó)開發(fā)水下資源的利器。老大潛龍一號(hào)在2013年完成了海上試驗(yàn)，它的外形像一根雪茄，最大工作水深超過6000米。與前輩CR-01號(hào)相比，潛龍一號(hào)具備更加先進(jìn)、持久的水下巡航能力，可實(shí)現(xiàn)三維坐標(biāo)下5個(gè)自由度的連續(xù)運(yùn)動(dòng)控制，自持時(shí)間長(zhǎng)達(dá)24小時(shí)，其裝載的淺地層剖面儀等探測(cè)設(shè)備也讓它看得更細(xì)，海底微地形地貌的探測(cè)信手拈來。

潛龍二號(hào)2015年開始投入使用，算上細(xì)長(zhǎng)的尾部只有3.5米長(zhǎng)，與大哥4.6米的粗長(zhǎng)體型相比迷你得多。不過塊頭小了本領(lǐng)卻一點(diǎn)也沒小，它的水下自持時(shí)間超過了30小時(shí)，所裝備的探索設(shè)備除了常見的前視聲納之外，還多了能夠探測(cè)精細(xì)地形地貌的測(cè)深側(cè)掃聲納以及一條長(zhǎng)長(zhǎng)的磁力探測(cè)儀“尾巴”，能夠探測(cè)多金屬硫化物和多金屬結(jié)殼資源。此外，潛龍二號(hào)還是世界上第一個(gè)采用非回轉(zhuǎn)體立扁魚形設(shè)計(jì)的深潛器，這種構(gòu)造極大地加強(qiáng)了它在復(fù)雜海底地形中的作業(yè)能力。因?yàn)檫@看上去有些呆萌的體型，科研人員還親切地給他起了一個(gè)“黃胖魚”的綽號(hào)。

更進(jìn)一步——我們要去最深處看看

經(jīng)過三代人半個(gè)世紀(jì)的努力，中國(guó)的載人深潛“功夫”愈發(fā)精湛，“內(nèi)力”也越來越深厚，但還是欠缺了一些經(jīng)驗(yàn)與技術(shù)的積淀，蛟龍?zhí)栐S多關(guān)鍵零件與分系統(tǒng)裝備還要從國(guó)外購(gòu)買，為了補(bǔ)短板、強(qiáng)弱項(xiàng)，性價(jià)比更高的深海勇士號(hào)應(yīng)運(yùn)而生。

國(guó)內(nèi)外潛水器下潛深度示意圖

有了之前蛟龍?zhí)?0年研制的經(jīng)驗(yàn)，深海勇士號(hào)從立項(xiàng)到2017年12月完成驗(yàn)收只用了8年的時(shí)間，關(guān)鍵零部件的國(guó)產(chǎn)化率也提升至91.3%，制造蛟龍?zhí)枙r(shí)還一定程度上需要借助外國(guó)技術(shù)的鈦合金載人艙、水密接插件、浮力材料和機(jī)械手臂，在深海勇士號(hào)上已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了完全的國(guó)產(chǎn)化，不僅如此，各項(xiàng)性能也有了顯著的提升。原本的銀鋅電池被更耐用的鋰電池所取代，一塊電池的可使用次數(shù)從50次上升到500次。蛟龍?zhí)柨梢詫?shí)現(xiàn)完全依靠自身重量的無動(dòng)力下潛與上浮，深海勇士號(hào)則更進(jìn)一步，不光具備“自動(dòng)”浮沉的能力，還可以借助更加充足的電力做下潛與上浮的輔助，縮短“趕路”時(shí)間極大提升在海底的作業(yè)效率……更高的國(guó)產(chǎn)化率，意味著深潛器造價(jià)的大幅降低;更高的工作效率，意味著中國(guó)未來深潛經(jīng)驗(yàn)以及對(duì)深海認(rèn)識(shí)的迅速提升。雖然深海勇士號(hào)的下潛深度只有4500米，但這個(gè)深度已然足夠應(yīng)對(duì)中國(guó)主要海域和國(guó)際海域資源可開發(fā)的深度，對(duì)于主打經(jīng)濟(jì)實(shí)用性的深海勇士號(hào)來說已經(jīng)完全足夠，更何況深海勇士號(hào)在設(shè)計(jì)之初就已經(jīng)預(yù)留了深潛至11000米的能力，誰又能說將來在馬里亞納海溝的底部就不會(huì)出現(xiàn)它的身影呢！

蛟龍?zhí)柕南聺撋疃瓤商剿魅蚝Ｑ?9.8%的廣闊區(qū)域，可海洋中最深的那0.2%對(duì)于我們依然是“禁地”。奮斗者號(hào)的意義就在于此。2020年11月10日，奮斗者號(hào)在馬里亞納海溝成功坐底，深度達(dá)到10909米。不僅刷新了中國(guó)深潛器的紀(jì)錄，也是世界上首次同時(shí)將3人帶到地球最深處。

中國(guó)載人深潛事業(yè)發(fā)展歷程

從蛟龍?zhí)柕?000米級(jí)到如今奮斗者號(hào)超過10000米，要下潛的深度增加了42%。所以，奮斗者號(hào)與之前探索過馬里亞納海溝的前輩們相比，擁有的鈦合金載人艙功能更為強(qiáng)悍：由中國(guó)寶鈦集團(tuán)公司制造，直徑2米，能承受萬米深處的水壓，采用了整體沖壓加電子束焊接的技術(shù)，標(biāo)志著中國(guó)鈦合金材料技術(shù)和焊接加工技術(shù)，已經(jīng)達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平，這種攻克極端環(huán)境要求時(shí)誕生的尖端技術(shù)，會(huì)逐漸擴(kuò)散到各個(gè)加工領(lǐng)域，從而提升中國(guó)高級(jí)制造業(yè)整體工藝能力。此外，它的浮力材料、充油鋰電池等關(guān)鍵設(shè)備、子系統(tǒng)性能都有了更大的提升。最為值得一提的技術(shù)突破是奮斗者號(hào)的先進(jìn)導(dǎo)航技術(shù)，依靠慣性導(dǎo)航裝置的測(cè)算，奮斗者號(hào)能夠清楚地感應(yīng)自身的位置、速度、姿態(tài)和方向，即便偏移量只有一枚硬幣的厚度，也能馬上被檢測(cè)到，極大地保障了奮斗者號(hào)在探索萬米深海時(shí)的安全。

從跟跑到陪跑再到領(lǐng)跑，中國(guó)深潛事業(yè)的發(fā)展歷程只是中國(guó)人百年來艱苦卓絕復(fù)興路上的一個(gè)縮影。對(duì)于浩瀚深海的探索，我們也將勇往直前。