“奋斗者”号下潜10909米:我们为什么要做深海探索?

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· 2020.11.26

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“奋斗者”号下潜10909米:我们为什么要做深海探索?

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图片来源@视觉中国

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文丨脑极体

在我们生活的这个蓝色星球上有四个极点,南极北极点和最高最低点。其中,马里亚纳海沟就被称为“地球的第四极”,其深度相当于一座珠穆朗玛峰再加一座华山。

想象一下,如果把地球的所有海水抽干,那么地球就像一颗被啃掉皮的干瘪果子,马里亚纳海沟就是地球上被“啃掉”的最深一口。

马里亚纳海沟的底部,黑暗无边,压力极大,根本也没有什么生物可以存活,但这里却是所有深海探索者心目中的圣地,也是各个海洋大国展示深海探索实力的终极目标。

11月10日,我国最新一代载人潜水器“奋斗者”号成功在马里亚纳海沟坐底,最终抵达的深度是10909米。

那么,人类为了潜入海洋最深处,付出了怎样的努力?我们除了在深潜领域实力“秀肌肉”的意图之外,还可以从深海探索中找到哪些其他价值呢?

这次让我们一起走近深海吧。

深潜技术:人类是如何向海底进发的?

对于出生在内陆山区的我来说,最早对于海洋的想象来自于法国科幻小说家儒勒·凡尔纳的《海底两万里》。现在依稀所记下的情节就是那个博物学家和他的两个同伴被鹦鹉螺号潜艇救下的画面,还有就是船长尼莫告诉他们在海底可以有满足鹦鹉螺号生存的一切资源,海里也有牧场、矿藏。当时这一切新鲜的知识令人神往。

要知道,《海底两万里》是一百五十多年前的一部小说,对于当时的欧洲人来说,小说中描述的海底世界的见闻和鹦鹉螺号的先进科技都充满了魔幻色彩。凡尔纳在这部小说中融合了当时欧洲科学家对于海洋生物、地理大发现之后的海洋版图以及当时最先进的电力等科技的元素,也加入了个人非凡的想象。

在对海洋的探索上,东西方世界其实都已经很早就开始了,但一直以来主要是西方各国的科学界主导了深潜技术的发明和对海洋的探索。

传说在公元4世纪时候,那个试图征服世界的亚历山大大帝,曾经亲自尝试把自己装入玻璃罐中潜入海底。而在1637年宋应星所著的《天工开物》中,记载了我国南海地区早就流行不穿戴特殊装备就可以潜水采集海珠。

最早的潜水服来自于16世纪那个非凡的艺术和发明天才达芬奇,为了让士兵能从水下攻击船只,他发明了一种用皮革制成的潜水衣,甚至还为这个发明绘制了草图。后来,在1531年时候,这套潜水衣被人做了出来,在罗马皇帝卡里古拉的游船上供人们用来潜水。这成为最早使用潜水服的记录。


(左:达芬奇发明的草图;右:哈雷发明的原型图)

(左:达芬奇发明的草图;右:哈雷发明的原型图)

现代意义上的潜水钟是在1691年由天文学家哈雷发明的,已经颇有潜水艇和潜水服的雏形,但是并不实用,直到1715年,约翰·莱斯布里奇改进了这套衣服,并把它完全密封在氧气里。这套装置被用来从沉船中打捞货物,但也帮助潜水寻找珍珠、海绵和珊瑚。后来,它也被用于水下建筑工程,如桥梁的搭建。

到18世纪末,潜水服和一个封闭的球形金属头盔正被广泛使用,这套装备改善了泵的技术和阀门,使空气可以正常流动。1865年,第一次开始使用压缩空气罐潜水,而不是用空气软管拴在水面上。经过几十年的修补后,潜水员通过携带自己的压缩空气,在水下保持呼吸。

(第一个封闭式水肺)

最后集大成者设计出现代潜水用的水肺就是雅克·库斯托,他也是历史上最著名的潜水员,被称为现代潜水之父。后来出现了氧气瓶,这两者一结合,就成了我们现在常见的潜水装置。

潜水服的改进,只是能让人类下潜到水下30多米的深度。而想要实现真正的深潜,就必须发明带有封闭压力装置的深潜器。

最早的深潜器是由美国科学家威廉•毕比和奥蒂斯•巴顿发明的一个空心潜水球,1930年在百慕大首次尝试成功下潜到水下183米。第二次成功下潜到了923米。这两次的成功深潜,真正引起了美国社会的关注和社会反响。

世界上真正意义的载人深潜器,是在1953年,瑞士人奥古斯特•皮卡德设计的深海潜艇“的里雅斯特” 号。1960年,经过改进的“的里雅斯特号”承载两个人深潜到马里亚纳海沟的10916米处,停留了20分钟,一举打破深潜的最高纪录。

由于六十年代固体浮力材料的出现,美国的阿尔文号、法国鹦鹉螺号、俄罗斯和平一号和二号、日本深海6500等陆续制造出来,这些潜水器被称为是第二代载人潜水器。

值得一提的深潜器“阿尔文号”,可谓是最成功的一艘潜艇,不仅参与过泰坦尼克号的搜索,还在1966年协助美军在地中海当中找到一颗遗失的氢弹。

美国海军的“海崖”号深潜器使用钛合金作耐压壳材料,该潜器下潜深度为6100m。法国1985年研制成的“鹦鹉螺”号潜水器最大下潜深度6000米,累计下潜了1500多次,完成过多金属结合区域,深海海底生态等调查,以及沉船、有害废料等搜索任务。

在探索深海的道路上,第三个踏入马里亚纳海沟的人则是美国导演詹姆斯·卡梅隆。2012年3月,卡梅隆乘坐“深海挑战者”号深潜一万米,在马里亚纳海沟待了近3个小时。当时我国首台自主设计、自主集成研制的作业型深海载人潜水器“蛟龙号”,载人潜水器7000米级海试成功。这一比较在当时还曾一度引起国人的愤慨,认为举国之力研发的深潜器还比不上一个导演的游玩装备。

这一比较虽然说明我国在深潜技术上的起步较晚,但其实也有一定的误会,那就是我国在深潜技术上的发展速度并不慢,而只是需要有足够的时间来验证我们自主研发的技术实力。

后发而至:中国深潜技术50年

从以上深潜的演变史来看,大部分时间里都是西方国家在参与其中,这是一个不争的事实。

从20世界60年代开始,西方发达国家,特别是那些海洋大国,更是加快了对深海大洋底部的探索和开发,各类调查船、钻探平台、探测装备、无人、载人、遥控深潜器、机器人、海底检测网等技术相继出现,深海探测进入一个热闹非凡的阶段。

由于深潜技术的难度和研发、试验的复杂性,深潜既是一个狭窄的应用领域又是一个非常烧钱的研究领域。

作为一个海洋大国,我们开始投入到深度海洋的探索的时间不能说早,只能说还不算太晚。1986年,我国的第一台水下“7103”号首航成功,迈出了深海探测的第一步,但是“7103”救生艇下潜深度只有300米,航速只有4节。这是依托于当时我国著名的“863计划”这一科研发展计划的支持。

1995年,我国6000米级水下无缆机器人CR-1试验成功。但载人深潜器的研制上面,我国当时还远远落后于欧美日本等国家。在2002年,我国开始了“蛟龙”号的正式立项,直接跳过2000-3000米的“中间产品”,目标是“要到7000米的深海去”。

但这一过程并不顺利,中国的科研技术人员要面临一系列国外的技术封锁,还有自身在材料、设计、加工、水声通信、声纳探测、水下电池、机械控制等领域的挑战。

2012年,最终在7000米级载人潜水器“蛟龙”号研制完成后,科技部启动了4500米级载人潜水器关键技术攻关工作,目标是在“蛟龙”号研制与海试的基础上,推动我国大深度潜水器关键技术和核心部件的国产化、功能化、谱系化,并带动深海技术相关产业的发展。

在2016年,“全海深载人潜水器总体设计、集成与海试”项目正式立项。我国陆续在潜水器材料、密封工艺、通信等技术上实现了突破。2017年,我国自主研发的“深海勇士”号4500米载人潜水器研制成功。到2018年初,全海深载人潜水器的浮力材料完成了定型测试,开始生产。2019年,载人舱球壳采用了全新的钛合金材料和创造性的瓜瓣焊接方法,使得载人舱球壳顺利通过各项性能和指标的验收,正式交付。

自此,我国的载人潜水器有了进入万米海底进行试验的底气。今年3月,这一全海深载人潜水器开始水池测试和潜航员的合练,6月,开始进入海试阶段。

11月10日,由公众征集的“奋斗者”号万米载人潜水器首次成功坐底马里亚纳海沟10909米处。11月13日,“奋斗者”号和它的“专用摄像师”“沧海”号第一次双“潜”合璧,完成海底联合作业,实现全球首次万米深海高清视频直播。

今天的“奋斗者”号,不仅实现坐底万米深海,还具备世界先进的近底自动航行、悬停定位和水声通信功能,标志着我国载人深潜由集成创新向全面自主创新的真正突破。从一片空白、到大幅落后,再到现在部分技术领先,我们用50年时间就完成了这一历史性超越。

万米载人深潜:我们为什么要进行深海探索?

1970年,赞比亚修女 Mary Jucunda 给NASA太空航行中心的科学家斯图林格写了一封信,大意是“目前地球上有那么多孩子吃不上饭,为什么他会舍得为远在火星的项目花费数十亿美元”。

很快,斯图林格为Jucunda修女回了一封信,最后NASA以《为什么要探索宇宙》为标题公开发表。

这封信有一个核心的观点就是,科学探索的研究看似无法直接提高人类现实生活的福祉,但是科学探索中的技术未来将可能用于人们的生活当中,帮助人类克服生存难题。比如显微镜的发明帮助人们认识了细菌感染,消除了绝大多数的瘟疫之苦;探索太空的工程也将帮助人类克服未来面临的种种危机。

解决现实问题的技术突破,往往不是按部就班就可以得到,有时候必须来自一个充满挑战的宏大目标,才能够激发出人类强大创新精神,能够燃起的想象力和坚定的行动力,最终能够产生许多意想不到的重大发明。

对于海洋的深海探索,就是这样的一个能够激发强大创新力的目标。万米深潜所具有的新型坚固材料以及高压强下的机械操作、水下通信等技术都将是极端考验,同样也会使得人类对于未来在海洋当中的生存提供技术积累。

现在,人类对于深海的研究和认知比对太空的认知都要少,进入深海的人数也远远低于进入太空的人数。在地球上,深度超过2000米的深海,占据地球表面的3/5,无论温室气体排放的归宿,还是气候长期变化的源头,都可能追溯到海底深层。

另外,深海底部距离地球内部最近的地方只有7公里,通过海底探索也可以揭示板块运动的规律、窥探地球内部的真相。关于人类的起源、生物进化和地球演变的奥秘,可能都需要从深海探索当中找到答案。

探索海洋的奥秘,不仅是一件满足人类科学探索的事情,还是一件事关国家海洋安全和深海资源开发的事情。

20世纪后期,世界海洋强国对于深海的勘探开发进入了一场海洋的“圈地运动”时期,海底丰富的矿藏资源成为亟待开发“蓝色土地”。按照国际惯例,深海勘探奉行“平行开发”原则,海底矿区,一半归国际海底管理局托管,另一半归勘探发现者,谁能探索,谁就有了专属勘探权和商业开发权。

2001年,中国大洋协会和国际海底管理局签订《勘探合同》,在东太平洋海域获得7.5万平方公里多金属结核矿区的专属勘探权和优先开采权。如果没有相应的深海开采技术,未来这些埋藏海底的矿藏或将无法为我们所得。

现在,万米载人潜水器,就犹如太空飞船一样,搭载着科研人员进行深海探测和科学实验,一方面验证着我国在深海探测工程上面顶级的工程技术水平,一方面为我们认识海洋、开发海洋做出卓越的贡献。发展深潜技术,将为我国能在深海探测和未来的深海开发中积累成熟的技术和经验。

在我们这颗蓝色星球,生命正是从海洋当中诞生。16世纪的“地理大发现”,使得人类可以从海洋表面探索整个地球,而到今天,我们可以向海洋深处进发,纵向探索地球演化和人类最初的奥秘。

这一次,我们不再缺席。

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