跟随万米载人潜水器去探险

■文/肖溪树

2012年，我国的“蛟龙号” 载人潜水器创造了我国最深的7 062米深潜纪录。如今，历经3年多时间，我国万米级载人潜水器也研制成功并进行了水池试验！这台万米级载人潜水器将成为继“蛟龙号”“深海勇士号”之后的又一“国之重器”。

下图中这个外形近似于卵形，同时科幻感十足的大型设备，就是我国新一代万米载人潜水器的真身。全新一代万米载人潜水器也被称为全海深载人潜水器，主要是因为其最大可达10 000米级别的潜深，不仅相比“蛟龙号”（7 000米级）有着极大的提升，更重要的一点在于，新一代万米载人潜水器可以帮助我们征服最大深度为海平面以下11 034米的马里亚纳海沟。

全新一代万米载人潜水器

入海难， 难于上青天

也许有同学会说，无边的海洋深度最多也不过1.1万米，如今飞天登月都已付诸实施，怎么走进海洋就如此之难呢？要说挑战深海，还真的是比登天还难！相对于陆域和空域来说，深海的环境要复杂得多，黑暗、高压、寒冷、神秘、宁静……就拿海底的压强来说吧。海水深度每增加10米，压强就会增加1个大气压。那么，1.1万米海底的压强就是1 100个大气压，大约为110兆帕。

110兆帕是个什么概念呢？形象点来说，相当于1个手指甲盖大小的面积上要承受1 100千克重的物体所产生的压力。几乎相当于把一辆普通汽车压在一个人的指甲盖上，这是一个大得惊人的数字。

面对如此大的水压，别说人到深海会被压扁，就连载人潜水器也面临极限挑战。难怪如今能上天的人不少，而能到海底的人却屈指可数。

载人球舱 打造深海“堡垒”

挑战深海，必须建造一个坚不可摧的“堡垒”，以此来保护潜水员的生命安全。这个“堡垒”就是载人耐压舱，这可是载人潜水器最核心的部件！

与大多数载人潜水器类似，新一代万米载人潜水器同样也是以球形载人耐压舱为核心，同时配备有包括动力系统、生命支持系统、导航通信系统、观察摄影记录系统、作业机械臂乃至实现上浮/下潜的压舱物在内的各种必需设备。之所以将载人耐压舱设计成球形，主要是为了更好地抵消来自海水中各个方向的压力，从而保证下潜人员的安全。球形薄壁壳体结构自身的几何特性，决定了其具有质量轻和承压高的特点。在生活中，同学们也许有过这样的体验吧，用手掌紧握鸡蛋时，不容易把鸡蛋捏坏，其中的道理就是如此。因为蛋壳的薄壁结构在受到一个围压作用时，其拱形曲面可以分散外力的作用，使得结构更加坚固。

全新一代万米载人潜水器的球形载人耐压舱直径近2米，就大小而言，已经是目前全球范围内体积和空间最大的。这一部分全部由被誉为“海洋金属”的高强度钛合金材料制成，其强度之大，足以承受1.1万米深海环境下高达1 100个大气压。

之所以选用钛合金来制造载人耐压舱，是因为钛合金不仅强度高，而且弹性好，可以赋予载人球舱坚固的外壳，即便在下潜和上浮的过程中，也能保持硬度而不变形。而且，在钛表面形成的氧化膜可使钛钝化，从而不受海水腐蚀，进而可以提高载人球舱的耐用性。钛合金的密度较低，仅为钢的60%，这样可以用更小的结构重量来满足特定的功能要求。钛合金还具有耐低温、无磁性、抗冲击等性能，并且透声性和加工性很好，因此是一种优秀的深潜器材料。

“深海勇士号”载人耐压舱

浮力材料 托起“回家梦”

你也许会问，虽说钛合金的密度要比钢铁小，但还是比海水大不少，那载人潜水器潜入海底后怎么“回家”呢？

载人潜水器潜入深海，“回家”是必须的！这也是科学家需要解决的一个关键问题。其实，自然界中的鱼类就具有这样的本领，在水里既下得去，也上得来。那鱼类是如何做到的呢？对于大多数鱼类来说，鱼鳔就是一个调节身体密度的器官。我们可以把鱼鳔看作一个“空气袋”，充气多了就会变大，并使鱼的体积增大。鱼的体积变大了，密度自然就小了，这样就能够上浮了。反之，则会下沉。

同样的道理，我们也可以通过改变潜水器的密度，来实现 “下得去，上得来”的目标。而配置低密度固体浮力材料就是一个很好的办法。浮力材料的密度大约只有海水的一半，其作用就是把潜水器的密度降下来。一般情况下，浮力材料的质量会占到潜水器总质量的1/3左右，而占用的体积比例则会更大一些。

我国“万泉号”深渊着陆器采用国产深海浮力材料，最大下潜深度达到了10 901米,标志着国产深海浮力材料达到了世界先进水平，改变了我国深海浮力材料受制于人的局面。2017年，中国“微球”托起了“深海勇士号”载人深潜器的“回家梦”。中国“深海勇士号”的海试成功，充分验证了国产固体浮力材料的优秀品质。

“蛟龙号”载人潜水器采用的是无动力自主下沉与上浮技术，以实现 “下得去，上得来”的目标。在下潜时，为了保证潜水器密度大于海水，需要在潜水器上配备一定质量的压载铁。当下潜至海洋深处时，潜水员可以根据情况抛掉一定数量的压载铁，以实现潜水器的悬停或者上浮。而在完成深海作业之后，就需要把压载铁这个“包袱”全部抛掉，从而使得潜水器的密度小于海水，这样才能产生向上的浮力。

走进深海，离不开固体浮力材料。万米载人潜水器更是需要高性能的固体浮力材料。

“万泉号”深渊着陆器

深潜员的 “擒拿利器”

我国万米载人潜水器的球形耐压舱能满足3位潜水员的工作需求。在深海，潜水员是不能出舱的，那么他们如何进行作业呢？

“蛟龙号”载人潜水器有两个机械臂，分别有多个“关节”，相当于人的肩、肘、腕等。“深海勇士号”潜水器也拥有一双灵巧的机械臂。这双机械臂作为海底科考应用作业的重要装备，在深海探测中发挥了重要作用。

我国万米载人潜水器具有覆盖全球海洋100%海域的作业能力，机械臂同样也是其进行水下作业的首选工具。据悉，我国万米载人潜水器的机械臂具有臂力强、手腕稳、动作滑等特点，并可以与其他工具配合开展水下采样、测量等作业。

“蛟龙号”的机械臂

有了这些高科技材料的保驾护航，万米载人潜水器将带领中国人首次出发去万米海底探险。同学们想象一下，坐在神秘的球形载人舱内，将会遇到怎样的景象呢？那里是万物丛生，还是一片荒芜？深潜的过程中将会有哪些奇遇呢？所有的谜底，万米载人潜水器都将一一为我们揭开，让我们拭目以待吧！