跟随“奋斗者”号潜入深海

2020年11月10日，“奋斗者”号全海深载人潜水器成功坐底马里亚纳海沟10909米深处，刷新了中国载人深潜新纪录。“奋斗者”号成为世界第一台可搭载3名乘员、可长期科考作业的全海深载人潜水器，让我国成为全世界第二个拥有进出万米深渊“通行证”的国家。

拿到这个通行证并非易事，从“蛟龙”号到“深海勇士”号再到“奋斗者”号，中国载人潜水器一路走来并非坦途。

在前两者的研发基础上，“奋斗者”号于2016年开始建造，经过近百家科研院所、高校与企业的近千名科研人员的攻坚克难，在2020年研制完成并海试成功。研发团队针对极端环境开展设计和建造，先后完成关键核心技术攻关、总体设计、集成建造和海上试验，在潜水器超大潜深结构、系统调试与仿真以及深海作业等关键技术方面取得了一系列重大突破。

载人潜水器建造技术的难点主要在于深海严苛的环境特点，如高压、高盐、低温、黑暗等。其中，深海超高的压力是最大的障碍。在海洋中，水深每增加10米，压力就会增加1个大气压，水深10000米的海底，压力就达到1000个大气压，相当于一辆小汽车的重量全部压在一个手指盖上。在全球最深点——马里亚纳海沟的挑战者深渊，深度接近11000米，要想抵达这里，潜水器所有暴露在海水中的装备都要扛得住高压。除此之外，制作装备的材料还要能抵抗住风浪的冲击，具备高强度、高韧性和较好的延展性等性能。

“奋斗者”号名片

母船：“探索一号”科考船

最大工作深度：11000米

尺寸：长10.26米，宽3.17米，高4.4米

重量：36吨

有效载荷：200千克（空气中）

最大水下工作时间：12小时

可载人数：3人

水下最大航速：2.5节（1节相当于陆地上大约1.85千米/小时）

载人舱内径：1.8米

观察窗数量：3个

平均上浮、下潜速率：60 米/秒

“奋斗者”号去深海干什么？

“奋斗者”号作为目前我国唯一一台可载人的万米级潜水器，拥有广阔的应用领域，对于深海科学考察、采集样品、支撑多型国产仪器装备海试、深海搜寻打捞、深海考古、海洋地质灾害与深水油气工程、深海电影拍摄等，都具有得天独厚的优势。

2022年，中国科学院深海科学与工程研究所牵头发起“全球深渊深潜探索计划”。在该计划的支持下，“奋斗者”号先后完成了全球首个环大洋洲载人深潜科考航次、首次中国-印度尼西亚爪哇海沟联合深潜科考航次、中-俄首次联合深潜科考航次等任务，先后在克马德克海沟、蒂阿曼蒂那深渊、瓦莱比-热恩斯深渊、爪哇海沟、千叶-堪察加海沟和阿留申海沟等开展系统性载人深潜综合科考，开启了国际合作新征程。

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有什么魔力，让“奋斗者”号自由地下潜、上浮？

“奋斗者”号在空气中重达36吨。它能浮在水面，也可以在水下灵活航行，这是怎么做到的呢？这里不得不提一种由玻璃微珠和环氧树脂组成的高科技耐压材料——浮力材。玻璃微珠非常小，直径只有几十微米，抓在手里就像抓一把面粉的感觉。这二者制作的浮力材具有耐高压、高强度、低吸水率的性能，密度比海水小，安装在潜器的支架上，能起到提供浮力的作用。潜水器的艏部、中段和艉部，都装有推进器，它们提供动力使潜水器在水中可以自由地移动。

“奋斗者”号又是如何自由地大幅度上浮下潜的呢？水中很多硬骨鱼类，有个叫“鱼鳔”的器官。鱼鳔内充满气体，鱼可以通过调节鱼鳔内气体的体积来控制身体的比重，从而在游动时轻松自如地保持想要的状态。潜水器中也有类似鱼鳔的装置，是由几部分设备共同协作完成的。

·当潜水器被放入海里后，在浮力材料（向上）提供的浮力大于潜水器的重力（向下）时，是浮在海面的。

·准备下潜时，向压载水箱中注水，几分钟后注满，自身重量大于浮力，潜水器开始下潜。

·当潜水器下潜至指定的工作深度时，抛弃一组压载铁，使潜水器自身重力和浮力基本平衡，悬浮在水中。

·在作业过程中，如果需要对潜水器的浮力进行调节，海水泵通过向可调压载水舱注水和排水，就可以发挥“四两拨千斤”的作用。

·当完成作业后，潜水器再抛掉一组压载铁，浮力大于重力，潜水器开始向上返程。

·当潜水器到达水面时，压载水箱向外排水，进一步增大浮力，潜水器便可以漂浮在水上啦！

随“奋斗者”号入海，怎样观察外面的世界？

载人舱在“奋斗者”号的前部，是一个内径1.8 米的钛合金耐压球壳，可以容纳3个人在里面工作。之所以选用钛合金，是因为它重量轻、强度大、耐腐蚀，是制造载人球舱的不二之选。球壳上方开了一个可供人进出的舱口，下半部分还开了3个圆形的观察窗，里面的工作人员可以透过观察窗看到潜水器外面的世界。

可别小看这3个观察窗，这对生产工艺来说是个严苛的考验，因为每多开一个观察窗，都会对球壳的承压和密封带来极大挑战。载人球舱的内部，配备有生命支持系统，以维持舱里的空气成分、湿度、温度、压力和地表一致，保障工作人员在里面正常开展工作。

在海水的吸收作用下，可见光能穿透海水的深度一般在200米，再往下就是漆黑一片。下潜人员要观察周围环境、拍照录像，只靠观察窗是不够的，要借助照明设备。潜水器的前部、后部和底部，都安装了照明和摄录设备，能够从多个角度实时记录周围和机械手工作的情况。

在海底，“奋斗者”号有什么动力来源？如何与科考船联系？

“奋斗者”号要在海里待12个小时。如果是下潜到万米深海，下潜和上浮的速度约为每秒60米，那么下潜和上浮的过程分别要花3个小时左右，水下作业时间约6小时。潜水器在被科考船放到海里开始下潜后，就变成了完全自由的个体，与科考船之间没有线路连接。潜水器在水下能长时间高效率工作，主要依靠自身携带的上吨重的锂电池供电。

下潜后，水声通信成了“奋斗者”号和科考船之间沟通的唯一桥梁。如果把潜水器比作一个人，那么声学系统就是这个人的眼睛、耳朵和嘴巴，它能帮助在海底的潜水器向科考船实时传输文字、语音及图像。此外，通过水声通信，潜水器与母船之间还能完成自主数据收发，包括传感器的位置等重要信息，这对水面工作人员把握潜水器的状态和现场分析决策至关重要。

“奋斗者”号的成功研发和常态化科考应用，显著提升了我国深海装备技术的自主创新水平，使我国具备了在全球海洋最深处开展科学探索和研究的能力，是我国深海科技探索道路上的重要里程碑。如今，“奋斗者”号已累计下潜约300次，其中万米级下潜25次，已有32人搭乘“奋斗者”号到达万米海底，万米深潜次数和人数均居世界首位。未来，“奋斗者”号还会将国内外更多的科学家带到全球更多的深海深渊，也期待他们揭示更多深海的奥秘。

作者单位 中国科学院深海科学与工程研究所