海洋深处的探险家——“蛟龙号”

作者简介：叶聪，中国船舶重工集团有限公司第七○二研究所副所长、水下工程研究开发部主任，“蛟龙号”深海载人潜水器首席潜航员，全海深载人潜水器总设计师，“奋斗者号”总设计师、万米海试总指挥。他被誉为“中国载人深潜第一人”，24岁时就成为“蛟龙号”的主任设计师，陪同“蛟龙号”一次一次突破3000米、5000米、7000米，历经数次磨炼和调整，可谓是见证了“蛟龙号”的出生和成长。

上有航天“远征”，下有海底“蛟龙”

如今，人类的航天事业发展欣欣向荣，对于海洋的探索又处于何种阶段呢？海洋是生命的摇篮，所有生命的祖先都诞生在海洋之中，地球表面约71%是海洋，海底蕴藏着丰富的资源，矿物和能源储量都超过陆地。远古时期，甚至有人尝试坐在罐子里去水下看一看。2012年，电影《阿凡达》的导演詹姆斯·卡梅隆，乘坐潜水器下潜到了10898米。不过这些尝试，都只是在深度上进行探索，并未实现海底作业。2012年，我国自主研发的“蛟龙号”载人潜水器海试成功。作为载人潜水器，它首度开创了世界作业类载人潜水器最大下潜深度7062米的历史，并先后在南海、东太平洋、西南印度洋、马里亚纳海沟等七大海区开展了152次下潜，获得了弥足珍贵的地质与生物样品3800余件。

那么，“蛟龙号”是怎样安排工作，与航天工作又有何不同呢？

下潜工作与同学们经常看到的航天工作是不一样的。在时间安排上，航天员被送入太空，会在太空停留一段时间，短则几天，长至一年半载，卫星在轨道上的运行更是一种长期的工作。而潜水器的工作模式则是，在出海的时间里，每天下潜一次，下潜时长和工作时长取决于下潜深度。下潜深度越深，下潜所花的时间就越多，工作时间就相对减少;下潜深度越浅，下潜的时间就越少，花在工作上的时间就增加了。就像一个人的精力是有限的，假如每天有5个小时用来学习数学和语文，花掉2个小时学习数学，那么学习语文就只剩下3个小时。“蛟龙号”每次下潜时长，最长达到12个小时，下潜到7000米深度的工作时间设计为3个小时。

乘坐“蛟龙号”下潜看到的景象

法国作家凡尔纳的小说《海底两万里》曾为我们描述了一个奇幻的海底世界，主人公乘潜艇深入大洋海底，看到了许多珍贵的海洋生物。我们乘坐"蛟龙号"下潜是一种怎样的体验呢？会看到许多海洋生物吗？

在下潜过程中，有时候会有动物清晰地从"蛟龙号"的窗口游过，是非常美的。但下潜是一个光线逐渐变暗的过程，所以，往往看到的都是像水母一样能够自己发光的生物。下潜深度超过1000米后，就很难看见大型动物了。

深海工作几乎就是在黑暗中摸索，有一个对于深海工作的比喻非常贴切∶"3个小时的工作就像是在黑夜里坐了3个小时的观光电梯。"总的来说，深海中的生物非常少，给人的第一感觉像一片荒漠，但有时，温度或者食物会吸引一些在寒冷又黑暗的海水里潜伏的狮子鱼、小虾子等生物。

“蛟龙号”与潜艇的区别

在科幻小说《海底两万里》中，主人公跟随尼摩船长，乘坐一艘名为“鹦鹉螺号”的潜艇，进行了一场海底奇幻旅行。“鹦鹉螺号”内部宽敞舒适，甚至有博物馆和图书馆。同学们都知道潜艇是一种在水下运行的舰艇，那么载人潜水器和潜艇有什么区别呢？

最早的潜艇，是为了作战任务而诞生的，强调作战能力和军事用途。潜艇像一条瘦长的鱼，重达几千吨到上万吨。它的耐压壳体是一个连续的圆柱体，分很多个舱室，有武备舱室、指挥舱室、人员住宿舱室、动力舱室等。

潜水器强调的是下潜深度和作业能力，服务于深海探索和科学研究。深海下潜考验的是耐压结构，下潜深度往往是以千米级为单位，像潜艇一样巨大的连续圆柱体就不是最佳的形状结构。所以，潜水器往往是采用球形或者半球形的结构，这样可以对变形有非常规则的预测和密封保证。像“蛟龙号”，就是分散和独立的布局。载人舱、计算机舱、电池舱等分开布局，隔开舱室空余的部分，则用浮力材料来填充。

“蛟龙号”的诞生历程

潜水器的重量一般为几十吨，便于母船拖带和在特殊地形进行下潜机动定点作业。“蛟龙号”7000米级载人潜水器，曾被国外视为天方夜谭。而在当时，国外只有6000米级的载人潜水器。这个技术当时在我国是一片空白，经过十几年反复打磨，才成就这一大国重器。从画出第一张草图，到成功下潜至深海7000米，这个过程中发生了什么？

研究团队花了很长的时间在试验，从入水到实现最大深度7000米，花了四年的时间。在试验过程中，研究团队也在不断调整设计思路，调整潜水器。从潜水器2009年的照片和2012年的照片的对比中，可以发现很多变动，例如摄像机、云台、机械手、采样篮等。

另外，研究团队也非常珍惜这种试验的机会。四年的时间，除了调试、改进潜水器，研究团队也做了科学应用的工作。世界上有很多海域，我们国家的潜水器没有去探索过，这些年的多次试验，也在那些地方采集了样品和数据。

科研工作，不像电影里那么炫酷。科研不是即兴的，而是一个非常科学、严谨、复杂，且时间较长的积累、验证、调整的过程。这才是科研工作的主旋律。牛顿也不是因为苹果一落就想到了万有引力，而是在后续付出了很多时间和精力来研究，才有了后来的万有引力定律。

“蛟龙号”探索极端环境

“蛟龙号”载人潜水器凝聚了结构耐压密封、运动控制、通信定位、操纵、探测等多种技术，它的使命自然不仅是潜入几千米的深度，更重要的是去收集样品、采集数据、布放设备以及在海底现场开展科学实验。它在深海环境中会怎样工作呢？有哪些高难度的作业？

海底除了像沙漠一样色彩单调，还有一些其他极端环境，比如热液黑烟囱、可燃冰冷泉、海沟、海山等。这些环境对应的是比较奇特的生物、化学、地质、物理现象。

我曾经在温度为300多摄氏度的高温热液环境中作业，探测黑烟囱。探测设备上会布设很多传感器，然后操作探测设备，准确地进入到300多摄氏度的黑烟囱盆口中央，进行探测、采集、取样。如果过于接近高温区域，传感器就会感应到，然后回馈给系统，提醒我们返回。这是一个需要同时兼顾探测需求和自我防护的复杂过程。

提到海底黑烟囱，同学们可能想到火山喷口，浓烟滚滚，岩浆从里面流淌出来。其实不是这样的，黑烟囱是指海底富含硫化物的高温热液活动区，因热液喷出时形似黑烟而得名，高度从十几厘米到一百多米不等。

深海带来的挑战

“蛟龙号”的研制，为我国深水载人潜水器的发展奠定了基础。如今，我国已拥有了不同型号的载人和无人潜水器，在深海作业中各有侧重、相互配合，可以更高效地帮助我们去探索海洋。

未来我们的深海探测器还将实现哪些突破呢？

首先是深度，我们还将向着更深的海域出发。越深意味着压强越大，目前已知地球最深处——马里亚纳海沟最深处约1.1万米。在这个深度的压强相当于一个人的身体要承受1.6万吨压力，想象一下：有2500头非洲象同时站在你的背上是何种感觉？（一头成年非洲象重6吨左右）所以，这对于潜水器的耐压外壳材料、焊接技术、浮力材料等要求就会更高。

深海潜水器带来的技术挑战是多方面的，除了解决压强问题外，随着科学技术的进步，潜水器也将升级各种部件配置。因为在未来，水下的作业会越来越复杂，科学家要求探测的数据种类、数量越来越多，需要获取的样品质量越来越高。为了满足这些需求，就要配备不同的作业工具、不同的系统。例如更加安全稳定、动力强大的能源系统，超清相机也会同步升级，还包括运动控制、通信定位、操纵、探测等方面。

海洋对于我们拓展活动空间、探寻海洋资源及科学探索都有着重要的意义。“蛟龙号”实现了在占世界海洋面积99.8%的广阔海域中使用，剩下的0.2%被称为“深渊”。2020年5月9日，我国的“海斗一号”首次成功在深度为10884米的海底用高清视频探测深渊海底及底栖生物，實现了机械手触发釆集万米海底水样、机械手抓取插管进行海底沉积物取样等全部作业内容，遥控抛载上浮，安全回收。科考中，“海斗一号”在马里亚纳海沟实现4次万米下潜，最大下潜深度达10907米，刷新了中国潜水器最大下潜深度纪录。

而关于海洋的秘密，人类只探寻到5%，面对茫茫大海，我们的探索还远远不够。希望对深海感兴趣的同学们，能够把自己的学习、将来的工作，和深海联系起来，未来深海的藏宝图等你们来绘制！

（整理陈哲怡

编辑文墨）