萬米深處的大洋底部，對人類來說，是一個(gè)充滿神秘和挑戰(zhàn)的陌生世界。2020年11月，中國“奮斗者”號全海深載人潛水器在西太平洋馬里亞納海溝海域完成全部萬米海試任務(wù)，并創(chuàng)造了10909米的中國載人深潛新紀(jì)錄。今天，“奮斗者”號載人潛水器交付活動在三亞舉行，中科院深海所將正式負(fù)責(zé)“奮斗者”號的后續(xù)運(yùn)營維護(hù)與管理。那么，作為我國自主設(shè)計(jì)、集成的第一個(gè)萬米載人潛水器，“奮斗者”號讓我們看到了什么呢？
3月16日，“奮斗者”號全海深載人潛水器交付活動在三亞舉行。“奮斗者”號全海深載人潛水器是我國“十三五”國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“深海關(guān)鍵技術(shù)與裝備”重點(diǎn)專項(xiàng)的核心科研任務(wù)。
中國船舶702所“奮斗者”號總設(shè)計(jì)師葉聰說：“今天潛水器的交付是一個(gè)重要的節(jié)點(diǎn)，它意味著‘奮斗者’號的研制已經(jīng)完成，并且通過了海上現(xiàn)場的驗(yàn)收。今后‘奮斗者’號將在它的運(yùn)維管理單位，就是中科院深海所的管理下面向科學(xué)家開放，去完成它的科學(xué)考察的使命。”
從2020年10月下旬起到11月下旬，“奮斗者”號載人潛水器在西太平洋馬里亞納海溝進(jìn)行了萬米級海試的多個(gè)潛次。2020年11月10日，“奮斗者”號在馬里亞納海溝成功坐底，坐底深度10909米；2020年11月13日，“奮斗者”號和中央廣播電視總臺深海視頻著陸器“滄海”號，第一次雙“潛”合璧完成海底聯(lián)合作業(yè)，實(shí)現(xiàn)全球首次萬米深海高清視頻直播；2020年11月13日，第一次實(shí)現(xiàn)北京演播室與在萬米海底執(zhí)行深潛任務(wù)的“奮斗者”號潛航員對話；2020年11月16日，萬米級海試進(jìn)行“海底撈針”，尋回此前布放在洋底的3個(gè)作業(yè)工具；2020年11月19日，“奮斗者”號再次突破萬米海深，復(fù)核科考作業(yè)能力。
這一次，“奮斗者”號創(chuàng)造了中國載人深潛的新紀(jì)錄。那么，深逾萬米，意味著什么呢？
馬里亞納海溝海域海面平靜，只有些許微波，表面看上去與其它海洋并沒有什么區(qū)別，然而，這里卻是地球上環(huán)境最惡劣的區(qū)域之一。馬里亞納海溝全長2550公里，平均寬70公里，最深處的地方超過萬米，是已知的海洋最深處。如果把珠穆朗瑪峰放入海溝底部，那么珠峰還需要再增長2000多米才能露出海平面。這里完全黑暗、溫度低、含氧量低、氣壓巨大，這也讓馬里亞納海溝成為了繼南極、北極、珠穆朗瑪峰之后，地球的“第四極”。既然環(huán)境如此惡劣，為什么科學(xué)家們還要對它進(jìn)行探訪呢？
葉聰說：“我們研究了海洋的很多方面，不能忽視深淵這一環(huán)，它是人類接觸最少、了解最少的地方。只要沒有去過、了解少，在有條件的時(shí)候就應(yīng)該去探索一下，這是一個(gè)科學(xué)的精神。”
正是由于多年來馬里亞納海溝的神秘，生命起源、生物進(jìn)化、地球地質(zhì)演變等謎團(tuán)都可能在深海這片“凈土”中找到答案。但是，探訪馬里亞納海溝的難度巨大，尤其是被稱為“挑戰(zhàn)者深淵”的馬里亞納海溝的最深處，到過的人屈指可數(shù)。直到2020年5月，也只有三艘載人潛水器成功到達(dá)挑戰(zhàn)者深淵。因此，深海載人潛水器是海洋技術(shù)開發(fā)的前沿與制高點(diǎn)，體現(xiàn)著一個(gè)國家的綜合科技力量。
進(jìn)入新世紀(jì)以來，我國先后研制出了“蛟龍”號、“深海勇士”號兩臺載人潛水器。2012年6月27日，“蛟龍”號完成了它的終極挑戰(zhàn)，最終將紀(jì)錄保持在了7062米。
與十年立項(xiàng)、十年研制的“蛟龍”號不同，我國第二代載人潛水器——“深海勇士”號，從研制立項(xiàng)到海試交付只用了短短八年，雖然下潛深度并沒有比“蛟龍”號更深，但國產(chǎn)化程度更高，下潛費(fèi)用降低，下潛頻率也有所提升。而在2016年“深海勇士”號都尚未下水的情況下，萬米級載人潛水器就開始同步研制了。
葉聰說：“‘蛟龍’號的設(shè)計(jì)、試驗(yàn)、包括應(yīng)用都是完全獨(dú)立自主的，但是‘蛟龍’號研制過程中應(yīng)用了一些國外的材料、制造工藝和測試能力。通過這個(gè)過程，我們意識到了自己的不足。也是為什么我們沒有在‘蛟龍’號以后，七千米以后，做萬米的一個(gè)原因。‘深海勇士’號確實(shí)起到了這樣的作用，讓更多國內(nèi)優(yōu)勢的力量進(jìn)入了材料、工藝、加工的環(huán)節(jié)，把這條技術(shù)鏈條走通了。”
想安全載人潛入萬米深海，最大的挑戰(zhàn)之一就是需要抵抗接近110兆帕的巨大壓力，這相當(dāng)于在指甲蓋上放一噸重的汽車。在萬米的深海，要讓潛水器在經(jīng)受海水壓力時(shí)狀態(tài)不會產(chǎn)生變化，這是怎么做到的呢？
解決壓力問題的關(guān)鍵就是載人艙的材料。為了減輕潛水器的負(fù)擔(dān)，球艙不能太重；又要經(jīng)受得住萬米海壓，還要考慮耐海水腐蝕，這樣又輕又牢固的材料非鈦合金莫屬。
中科院金屬研究所研究員楊銳說：“這個(gè)材料它有幾個(gè)特性是相互矛盾的，一個(gè)東西越強(qiáng)，它就越脆，像陶瓷，塑料倒是很韌，但強(qiáng)度又不夠。新型鈦合金強(qiáng)度至少要提高20%，那么強(qiáng)度提高之后，韌性和焊接性還要保障，這三個(gè)去掉任何一個(gè)條件都可以做，但是三個(gè)同時(shí)做，全世界都沒有。”
然而，現(xiàn)有的鈦合金并不能滿足萬米載人艙的要求，為了兼顧材料性能和制造工藝，需要對鈦合金用到的元素進(jìn)行重新的配比，來研制出一種性能更強(qiáng)，更適合建造的新型鈦合金。此前，“奮斗者”號的前輩“蛟龍”號鈦合金艙，靠俄羅斯加工制造。
經(jīng)過多年的不斷優(yōu)化和上千次測試，近30家中國企業(yè)給予配套支持，中國自主研制的新型鈦合金終于問世。
在萬米下作業(yè)，就要有安全持久的動力，電力保障極為重要，電池成為了能否順利完成任務(wù)的關(guān)鍵之一。為了設(shè)計(jì)出符合要求的電池，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)對電池進(jìn)行了撞擊、針刺、海水浸泡，甚至過度充放電等十幾項(xiàng)嚴(yán)格檢測。這也讓這次“奮斗者”號在水下的工作時(shí)間最長超過了13個(gè)小時(shí)。
國產(chǎn)深海鋰電池的研制成功，不僅可以讓載人潛水器更好地進(jìn)行科考，另一方面也提高了我國電力存儲技術(shù)的設(shè)計(jì)、制造、實(shí)驗(yàn)的能力。
“奮斗者”號的水下大量科考工作要靠一雙機(jī)械手來完成。
中科院沈陽自動化研究所機(jī)械手技術(shù)負(fù)責(zé)人霍良青說：“在高壓環(huán)境下，機(jī)械手原來動得很靈活，現(xiàn)在動得很慢，甚至有的時(shí)候動不了，導(dǎo)致有些閥件可能功能都不正常了。為了解決這些問題，我們下了很多功夫，做了大量壓力實(shí)驗(yàn)，包括從元器件到部件，還有到整機(jī)的，通過不停做實(shí)驗(yàn)，我們?nèi)ヲ?yàn)證了這些東西好不好用。”
無數(shù)次的失敗和反復(fù)測試之后，科研人員成功突破了技術(shù)瓶頸，填補(bǔ)了我國液壓機(jī)械手開展萬米作業(yè)的空白。通過成功研制極端條件下使用的機(jī)械設(shè)備，也提升了我國的相關(guān)領(lǐng)域的工業(yè)制造能力。
我們可以看到“奮斗者”號在深海執(zhí)行任務(wù)時(shí)工作的全過程，那么，這些畫面是誰來拍攝的呢？它就是“奮斗者”號的搭檔——“滄海”號。這是中央廣播電視總臺牽頭，聯(lián)合多家機(jī)構(gòu)研制的萬米級深海視頻著陸器。“滄海”號可以進(jìn)行全海深4K超高清視頻拍攝采集、傳輸處理；不僅可以搭載全海深高清相機(jī)將萬米洋底的實(shí)時(shí)畫面直播回傳，而且還能記錄深海中“奮斗者”號的一舉一動。為了保障這一次直播的順利進(jìn)行，中央廣播電視總臺還派出了專業(yè)的技術(shù)團(tuán)隊(duì)做技術(shù)支持。
而此次“奮斗者”號與“滄海”號在萬米深海成功開展聯(lián)合作業(yè)，并全球首次實(shí)現(xiàn)萬米洋底直播，突破了深海視頻采集、數(shù)據(jù)處理、信號傳輸?shù)纫幌盗惺澜绾Ｑ笱芯款I(lǐng)域共同的難題，為深海環(huán)境探測、科學(xué)研究提供了有力的技術(shù)支撐。
2021年3月16日，“奮斗者”號正式交付，而這背后無數(shù)科研人員從核心關(guān)鍵部件、驅(qū)動與控制技術(shù)等各個(gè)方面進(jìn)行的攻關(guān)，也推動了我國在材料、制造工藝等一系列工程領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步。
“奮斗者”號個(gè)頭不大，但是它骨頭很硬，膽量很大；“奮斗者”號材料很輕，但是它在中國大洋科考的歷史上意義很重。未來，“奮斗者”號載人潛水器將為我國深海深淵科學(xué)研究提供有力的技術(shù)支撐，為科學(xué)家們提供一個(gè)理想的科考平臺。在萬米深處，“奮斗者”號經(jīng)受的是極限考驗(yàn)；其實(shí)對科研人員來說，從設(shè)計(jì)到制造，從材料到工藝，又何嘗不是一次次極限挑戰(zhàn)？面對技術(shù)封鎖，我們在太空中越飛越遠(yuǎn)，也在海洋中越潛越深。今天，我們比歷史上任何時(shí)期都更需要建設(shè)世界科技強(qiáng)國，也需要更多像這樣扛得住壓力、探得了未知，充滿勇氣和智慧的奮斗者。
制片人丨劉雪松 周旋 黃潔
編輯丨范鶴齡 楊理天
攝像丨張博
責(zé)編丨劉小萍 馬汝濤
剪輯丨邢永躍 鄭昱 苗佳亮 張文慶
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