2020年11月10日，“奮斗者”號全海深載人潛水器成功坐底馬里亞納海溝10909米深處，刷新了中國載人深潛新紀錄?！皧^斗者”號成為世界第一臺可搭載3名乘員、可長期科考作業(yè)的全海深載人潛水器，讓我國成為全世界第二個擁有進出萬米深淵“通行證”的國家。

拿到這個通行證并非易事，從“蛟龍”號到“深海勇士”號再到“奮斗者”號，中國載人潛水器一路走來并非坦途。

在前兩者的研發(fā)基礎上，“奮斗者”號于2016年開始建造，經(jīng)過近百家科研院所、高校與企業(yè)的近千名科研人員的攻堅克難，在2020年研制完成并海試成功。研發(fā)團隊針對極端環(huán)境開展設計和建造，先后完成關鍵核心技術攻關、總體設計、集成建造和海上試驗，在潛水器超大潛深結構、系統(tǒng)調試與仿真以及深海作業(yè)等關鍵技術方面取得了一系列重大突破。

載人潛水器建造技術的難點主要在于深海嚴苛的環(huán)境特點，如高壓、高鹽、低溫、黑暗等。其中，深海超高的壓力是最大的障礙。在海洋中，水深每增加10米，壓力就會增加1個大氣壓，水深10000米的海底，壓力就達到1000個大氣壓，相當于一輛小汽車的重量全部壓在一個手指蓋上。在全球最深點——馬里亞納海溝的挑戰(zhàn)者深淵，深度接近11000米，要想抵達這里，潛水器所有暴露在海水中的裝備都要扛得住高壓。除此之外，制作裝備的材料還要能抵抗住風浪的沖擊，具備高強度、高韌性和較好的延展性等性能。

“奮斗者”號名片

母船：“探索一號”科考船

最大工作深度：11000米

尺寸：長10.26米，寬3.17米，高4.4米

重量：36噸

有效載荷：200千克（空氣中）

最大水下工作時間：12小時

可載人數(shù)：3人

水下最大航速：2.5節(jié)（1節(jié)相當于陸地上大約1.85千米/小時）

載人艙內徑：1.8米

觀察窗數(shù)量：3個

平均上浮、下潛速率：60 米/秒

“奮斗者”號去深海干什么？

“奮斗者”號作為目前我國唯一一臺可載人的萬米級潛水器，擁有廣闊的應用領域，對于深?？茖W考察、采集樣品、支撐多型國產儀器裝備海試、深海搜尋打撈、深?？脊?、海洋地質災害與深水油氣工程、深海電影拍攝等，都具有得天獨厚的優(yōu)勢。

2022年，中國科學院深海科學與工程研究所牽頭發(fā)起“全球深淵深潛探索計劃”。在該計劃的支持下，“奮斗者”號先后完成了全球首個環(huán)大洋洲載人深潛科考航次、首次中國-印度尼西亞爪哇海溝聯(lián)合深潛科考航次、中-俄首次聯(lián)合深潛科考航次等任務，先后在克馬德克海溝、蒂阿曼蒂那深淵、瓦萊比-熱恩斯深淵、爪哇海溝、千葉-堪察加海溝和阿留申海溝等開展系統(tǒng)性載人深潛綜合科考，開啟了國際合作新征程。

有什么魔力，讓“奮斗者”號自由地下潛、上?。?/p>

“奮斗者”號在空氣中重達36噸。它能浮在水面，也可以在水下靈活航行，這是怎么做到的呢？這里不得不提一種由玻璃微珠和環(huán)氧樹脂組成的高科技耐壓材料——浮力材。玻璃微珠非常小，直徑只有幾十微米，抓在手里就像抓一把面粉的感覺。這二者制作的浮力材具有耐高壓、高強度、低吸水率的性能，密度比海水小，安裝在潛器的支架上，能起到提供浮力的作用。潛水器的艏部、中段和艉部，都裝有推進器，它們提供動力使?jié)撍髟谒锌梢宰杂傻匾苿印?/p>

“奮斗者”號又是如何自由地大幅度上浮下潛的呢？水中很多硬骨魚類，有個叫“魚鰾”的器官。魚鰾內充滿氣體，魚可以通過調節(jié)魚鰾內氣體的體積來控制身體的比重，從而在游動時輕松自如地保持想要的狀態(tài)。潛水器中也有類似魚鰾的裝置，是由幾部分設備共同協(xié)作完成的。

·當潛水器被放入海里后，在浮力材料（向上）提供的浮力大于潛水器的重力（向下）時，是浮在海面的。

·準備下潛時，向壓載水箱中注水，幾分鐘后注滿，自身重量大于浮力，潛水器開始下潛。

·當潛水器下潛至指定的工作深度時，拋棄一組壓載鐵，使?jié)撍髯陨碇亓透×酒胶?，懸浮在水中?/p>

·在作業(yè)過程中，如果需要對潛水器的浮力進行調節(jié)，海水泵通過向可調壓載水艙注水和排水，就可以發(fā)揮“四兩撥千斤”的作用。

·當完成作業(yè)后，潛水器再拋掉一組壓載鐵，浮力大于重力，潛水器開始向上返程。

·當潛水器到達水面時，壓載水箱向外排水，進一步增大浮力，潛水器便可以漂浮在水上啦！

隨“奮斗者”號入海，怎樣觀察外面的世界？

載人艙在“奮斗者”號的前部，是一個內徑1.8 米的鈦合金耐壓球殼，可以容納3個人在里面工作。之所以選用鈦合金，是因為它重量輕、強度大、耐腐蝕，是制造載人球艙的不二之選。球殼上方開了一個可供人進出的艙口，下半部分還開了3個圓形的觀察窗，里面的工作人員可以透過觀察窗看到潛水器外面的世界。

可別小看這3個觀察窗，這對生產工藝來說是個嚴苛的考驗，因為每多開一個觀察窗，都會對球殼的承壓和密封帶來極大挑戰(zhàn)。載人球艙的內部，配備有生命支持系統(tǒng)，以維持艙里的空氣成分、濕度、溫度、壓力和地表一致，保障工作人員在里面正常開展工作。

在海水的吸收作用下，可見光能穿透海水的深度一般在200米，再往下就是漆黑一片。下潛人員要觀察周圍環(huán)境、拍照錄像，只靠觀察窗是不夠的，要借助照明設備。潛水器的前部、后部和底部，都安裝了照明和攝錄設備，能夠從多個角度實時記錄周圍和機械手工作的情況。

在海底，“奮斗者”號有什么動力來源？如何與科考船聯(lián)系？

“奮斗者”號要在海里待12個小時。如果是下潛到萬米深海，下潛和上浮的速度約為每秒60米，那么下潛和上浮的過程分別要花3個小時左右，水下作業(yè)時間約6小時。潛水器在被科考船放到海里開始下潛后，就變成了完全自由的個體，與科考船之間沒有線路連接。潛水器在水下能長時間高效率工作，主要依靠自身攜帶的上噸重的鋰電池供電。

下潛后，水聲通信成了“奮斗者”號和科考船之間溝通的唯一橋梁。如果把潛水器比作一個人，那么聲學系統(tǒng)就是這個人的眼睛、耳朵和嘴巴，它能幫助在海底的潛水器向科考船實時傳輸文字、語音及圖像。此外，通過水聲通信，潛水器與母船之間還能完成自主數(shù)據(jù)收發(fā)，包括傳感器的位置等重要信息，這對水面工作人員把握潛水器的狀態(tài)和現(xiàn)場分析決策至關重要。

“奮斗者”號的成功研發(fā)和常態(tài)化科考應用，顯著提升了我國深海裝備技術的自主創(chuàng)新水平，使我國具備了在全球海洋最深處開展科學探索和研究的能力，是我國深海科技探索道路上的重要里程碑。如今，“奮斗者”號已累計下潛約300次，其中萬米級下潛25次，已有32人搭乘“奮斗者”號到達萬米海底，萬米深潛次數(shù)和人數(shù)均居世界首位。未來，“奮斗者”號還會將國內外更多的科學家?guī)У饺蚋嗟纳詈Ｉ顪Y，也期待他們揭示更多深海的奧秘。

作者單位 中國科學院深?？茖W與工程研究所