出品| 網易新聞學院

作者| 常松，清華大學材料加工工程系博士

　　這可不是一隻小龍蝦，它是中國“蛟龍”號載人深潛器在南海海底采集的蜘蛛蟹，就通過下面這隻“大手”抓呀抓~

　　《海底兩萬裡》扉頁上有這樣一句話：“比天空更深的是海洋。”而在小說連載的18世紀70年代，載人深潛還是“科幻”。直到1928年，美國人奧蒂斯·巴頓才建造瞭第一艘球形深海探測裝置。

　　近30年來，探索海洋，特別是海底，成為瞭各國地球科學研究和海洋開發的新熱點，載人深潛器自然成為瞭最為關註的“探海神器”。美國、日本、法國、俄羅斯等過都先後挑戰成功3000米以上的深海，躋身世界高技術深潛俱樂部。

　　雖然中國的載人深潛器研發起步不算早，但是咱們的發展速度還是很快的，如今最先進的載人深潛器“蛟龍號”已經是第二代載人深潛器，擁有世界上最大的作業深度——7000多米，可以覆蓋世界上99.8%的海域，且擁有水聲通信、海底探測等方面的能力，達到瞭世界先進水平。

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　　出水的蛟龍號

就為瞭發現新物種？深海探測“圖”啥

　　你不要天真的以為，我們深海探測隻是為瞭發現這些“奇葩”的生物。“深海大洋”，占據瞭地球表面一半面積的區域，蘊含著價值“萬億美元”的金屬礦產和油氣資源。

　　而且按照國際慣例，深海勘探奉行“平行開發”原則，就是說，勘探發現者要返還礦區面積的一半，交給國際海底管理局托管，剩下的一半是發現者的專屬領域，有著有限商業開發權。也就是說，無論本國領土距離多遠，率先勘探開發深海大洋區域的國傢，對於海底資源擁有一半的權益。

7000米深度趕超日美，這麼“深”有啥用？

　　日本目前可以下潛的深度是6500米，美國的下一階段目標也是6500。而我們目標不止於此，要沖擊7000米。7000米，又是個什麼概念呢？

　　首先，海底7000米，這一深度將使中國可以觸及地球上99.8%的海底。

　　其次，目前世界上隻有美國、法國、俄羅斯、日本擁有6000米級載人深潛器。“蛟龍”號載人潛水器已經在7000米級海試成功，那就意味著中國創造世界作業類載人潛水器的最大下潛深度。而“蛟龍”最終目標是挑戰1萬1千米深度，真正成為載人深潛發達國傢。

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　　“蛟龍”號拍攝的海底生物

“蛟龍”號——自由航行，還“大尺度”

　　深潛器，顧名思義，就是可潛入深海並持續較長時間的潛水裝置，用以在海洋深水區域完成觀察、探測等特定任務。深潛器分載人潛器和遙控潛器兩類。顯而易見，載人的安全要求高，技術更為復雜。而載人深潛器又分為系纜式和自由自航式兩種。

　　“蛟龍”號屬於後者。前者和母船得通過纜索或管道維系，就像嬰兒和母親臍帶相連。自由自航式深潛器全得靠自己，在茫茫深海裡把握方向，前進或後退，停滯或運動，下潛或上浮，生存與工作，艱難復雜可以想象。和不載人的遙控操縱的深潛器相比，載人深潛器尺度大，用途也廣泛。

　　載人潛深器的構造形式通常是這樣：載人艙設計為球形，這樣可以耐受相當於數百個乃至上千個大氣壓的深水壓力；這個球形的載人艙連結在一個艇體下，艇內裝滿比重較海水小的油類，可以產生浮力，又能經受外部深水的高壓。深潛器靠壓載重量下潛，當丟棄一部分壓載物就可上浮。

　　“蛟龍”號模型

　　“蛟龍”能載3個人，在水中正常工作12個小時。它具備深海探礦、海底高精度地形測量、深海可疑物探測和捕獲、深海生物考察等功能。科學傢能從“蛟龍”號的艙室中透過觀察窗，直接觀察深海和深海海底。在對海底做三維精確測繪時，可通過各種聲學元器件傳送聲波信號給海面的母船，母船接收解碼，進而處理成文字和圖片等。

這個萌萌的“小胖子”裡面長啥樣？

　　“蛟龍”號，長得是個十足的這個“小胖子”。它體型不是很大，長8.2米、寬3.0米、高3.4米，空氣中重量不超過22噸，有效負載220公斤；最大下潛深度7000米；最大速度為每小時25海裡，巡航每小時1海裡。

　　錢江晚報 梁津銘 制圖

　　進入“球倉”得從“蛟龍”頭頂，順著一架直通潛水器內部的直梯進去。載人球艙內部直徑有2.1米，這麼小的空間內並沒有設置桌椅，而是在地板上鋪上地毯，中央留一個凹槽，深潛器的駕駛員就坐在地板上，腳放到凹槽裡。主駕駛左右兩側的艙壁下放著一摞坐墊，這就是兩名乘員的座位。整個艙體大致和火車臥鋪的空間差不多大，大傢可以默默感受一下。

　　主駕駛位置面前的一大堆屏幕和主控面板，所有設備的啟動和操作都在這裡進行，包括潛水器的操縱桿、水聲電話終端、主機械手和副機械手的控制器都在這兒瞭。

高清顯示屏——主駕駛面前一共有四塊顯示屏，三塊是水下高清攝像機的顯示屏，另外一塊則顯示著潛水器的各項狀態數值，包括動力儲備情況、潛水器姿態、工作時間、下潛深度以及實時報警信息等。

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　　駕駛艙和各控制面板

操縱桿還能取下來——觸屏時代，這些面板也都是觸屏的，潛航員可以輕松地在第一時間獲得任何想要的數據。操縱桿就像模擬飛行中使用的遊戲搖桿，方便調整水下姿態。有意思的是，兩個機械手的操作桿並不是固定在控制臺上的，而是可以取下來，放在潛航員們的膝蓋上進行操作。這回就更像是玩遊戲瞭。

生命支持系統——不過，在千米深海潛水，可不是遊戲。生命支持系統是保持駕駛員安全的關鍵。在艙內有一堆藍色和黑色的鋼瓶，裝載著氧氣和空氣，最多可供三名潛航員84小時呼吸。生命支持系統是電腦自動控制的，一般情況下不需要人工幹預。在緊急情況下，潛航員也可以對其進行人工調整。

水下通信系統——同時，和母船的聯系也非常關鍵，保證深潛器隨時可以聯絡，球艙內部還安裝有兩套水下通信系統，由六七臺計算機控制，保證潛航員和母船聯絡暢通。

“龍爪”分工明確——此外，既然叫“蛟龍”號，那麼“龍爪”也是必需的。深潛器裝有兩個機械手各有分工。一個主攻精細化操作，力量較小，另一個力氣很大，但動作 “野蠻”。為瞭保證視線無死角，在主駕駛和乘員側各有直徑12厘米的觀測窗，三個視野是相互有所重合的。

　　“蛟龍”號在海底拍攝的照片 新華社

“蛟龍”如何上下海：下沉註水，上浮“扔東西”

　　和潛艇一樣，深海潛水器也是向空氣艙中註入海水。但是上浮就不一樣瞭。水下5000米的壓力相當於500個大氣壓。深海潛水器由於在深海內環境壓力大，壓縮空氣不足以逼出空氣艙中的海水。所以上浮的方式，和熱氣球差不多，就是往下面扔東西。

　　深潛器配有電磁鐵控制的壓載鐵。之所以用電磁鐵控制，是因為如果深潛器失去動力出現故障的話，電磁鐵就失效，壓載鐵會在重力的作用下自動脫離潛水器，使潛水器自動上浮。

　　壓載鐵示意圖

　　壓載鐵的配置特別講究：“裝少瞭，下不去。裝多瞭，回不來。”由於不同海域、不同深度的海水密度都不盡相同，潛水器在水中受到的浮力並不是一定的。海面海水的密度是1021kg/m3，而7000米深的海水密度變成每立方米1059kg/m3。在7000米深度時受到的浮力大概比在海面時要大800多公斤力。

　　在下潛過程中，整個浮力的變化都要靠壓載鐵來平衡。“蛟龍”號海試團隊已建立瞭一套周密的數學模型，根據在不同海域測得的海水溫度、鹽度和深度等參數來計算下潛時需要的壓載鐵重量。

　　而且為瞭確保上浮，潛航員的安全，除瞭壓載鐵之外，蓄電池箱和采樣籃，甚至機械手都可以拋棄。一旦上浮後，報警系統就可以發射浮標到海面，等待母船救援。

“蛟龍”號和它的五星級裝潢的“保姆船”

　　“蛟龍”號隻是深潛器，負責上下海，運輸還得靠母船，同時母船也是“蛟龍”號的功能依托。“蛟龍”號水面支持系統包括母船——“向陽紅09”，上面佈放回收系統，以及其他各種加裝的系統和設備，同樣是一個龐大的、功能齊全的系統。

　　向陽紅09和“蛟龍”號

　　“向陽紅09”已有近30多年的歷史。為瞭迎接“蛟龍”號的誕生，“老房子”被徹底翻新改造，加裝瞭局域網、視頻監視系統，以及其他一系列專用裝備，裝潢達到星級賓館水平，改造後陳舊的“老傢”煥然一新。

在船上，蛟龍號有一張奇形怪狀的床——軌道車。每一次回傢後都必須睡到床上。這個床還裝有輪子，能自由升降，方便將海底帶上來的東西從床下運走。而為瞭保證“蛟龍”號的健康，還得定期體檢，有大約1噸多重的東西可以拆卸，船上還配有升降機車可以自由運輸。

　　為瞭檢測海況，“向陽紅09”還裝瞭信息網絡、監視系統、CTD、LADCP、Bathy2010等。其中CTD能夠提供海域的溫度、壓力、鹽度、電導率、聲速和密度等水文參數；LADCP又叫聲學海流剖面儀，它能提供海域不同深度剖面的流速、流向數據；Bathy2010是走航觀測設備，通過聲波測量海底以下0—120米深度的典型地層結構。有瞭這些東西，“蛟龍”號探海就有瞭安全保障。

　　蛟龍號回收至甲板(攝影 高悅)

沖刺海底一萬米

　　深潛員說，7000米的海底就像到達月球一樣，那是一個非常非常遙遠的、無人踏足的地方。在這裡“蛟龍”號獲取海水樣品和沉積物樣品，同時還探測到瞭小型的生物。

　　有瞭“蛟龍”號，中國算是擠進瞭世界載人深潛“高技術俱樂部”，成功實現瞭主要設備的國產化。未來載人深潛器的目標是11000米級的載人潛水器，在海洋最深處的海底自由航行、作業。

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編輯| 於冉帝