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8月9日,国产4500米载人潜水器前往三亚,进行海试前的最后航渡测试,此次的试验航渡,计划对母船和设备进行相关海试前的一系列测试,以确认状态,相关海试的准备工作也正在进行。

接下来,4500米载人潜水器将会在8月中旬进行海上试验,最早明年,国产4500米载人潜水器就会跟此前的“蛟龙号”一起探测深海,成为我国深海探测的“双子星”。

前几年“单打独斗”的“蛟龙号”都在忙些什么?既然我们已经有了让美欧嫉妒,能下潜7000多米的“蛟龙号”,我们为何还要费时费力地造4500米载人潜水器?未来我们的深海探测还有哪些壮志与雄心呢?库叔今天跟你聊一聊深海。

文| 库叔

本文由瞭望智库综合

1

“蛟龙号”是世界载人潜水器“第一梯队”中的佼佼者

有人可能认为,探索深海怎么说也是在地球上,难度能有多大,能比得上外太空探索吗?

还别说,真比得上!

要知道,我们地球表面的70%以上被海水覆盖,超过2000米的深海区又占海洋面积的84%,而国际上定义1000米就是深海了。

深海探索对人类来说,简直就是巨大的挑战:

高压。去深海碰到的第一个问题就是要承受海水巨大压力!每下潜100米就会增加10个大气压,如果是在10000米的海底,所要承受压力将达1000个大气压,相当于一个手指甲盖大小面积上,承受大概一辆小轿车重量。

黑暗。由于99%的光线都难以穿过150米以上海水,所以深海几乎就是漆黑一团,世界上最大哺乳动物抹香鲸也只能下潜到水下1000米左右。“蛟龙号”潜海员曾说,“进入深海感觉就像进入了一个陌生的星球。”

未知。在极端高压、低温、无光照及相对封闭的生态特征之下,就构成了一个封闭而神秘的领域,会生存着大量特有物种,充满了未知。如果问大家对深海有什么了解,我们脑海里首先浮现的是美丽的珊瑚礁,除此之外,好像真没别的了!其实,千百年来人类对于深海的了解一直都是这样,每谈深海,脑海里必是一片空白!

此外,缺氧、海水腐蚀性和破坏性都不容小视。

人类要探索深海,只能借助于“高精尖”的潜水工具,载人潜水器就是最有效的一种。

但这个庞然大物并不是那么容易造的!

造载人潜水器可是个复杂而又系统的大工程。

就拿“蛟龙号”来说,它包含了载人潜水器本体系统、载人潜水器水面支持系统、母船增改装系统和潜航员培训系统;载人潜水器本体系统又被划分为总体、结构、舾装、电力与配电、推进、水声、生命保障等12个分系统。

在这些系统中,高压、密封、腐蚀、绝缘等技术难题都需要一一突破解决,稍有不慎,后果将不堪设想。比如,“蛟龙号”的最大下限深度属于7000米级,耐压载人舱外壳在7000米的海底需要承受的总压力约12万吨,相当于约10个埃菲尔铁塔重量的总和;深海载人潜水器有十几万个零部件,组装起来最大的难度就是密封性,精密度要求达到了“丝”级。

让美国日本欧洲嫉妒的“蛟龙号”有多牛?(组图)

(图片来源于网络)

在这样高的要求下,能造出来的潜水器也是寥寥无几,目前全世界投入使用的下潜深度超过1000米的载人潜水器仅有12艘!更深的潜水器数量则更是少得可怜!

拥有下探6000米以上、能够真正下到海底进行作业的深度载人潜水器的国家只有5个:中国、美国、日本、法国和俄罗斯

其中,美国的Alvin号,虽然它的下潜深度在这里面是最浅的4500米,但是它是所有载人潜水器当中取得成就最大、下潜次数最多、发表论文最多、科学发现最多的,所以它是公认最成功的一个;法国的鹦鹉螺号、俄罗斯的和平号下潜深度是6000米,日本造了一个下潜深度6500米,而中国造的“蛟龙号”下潜深度达到了7000米,算得上是“第一梯队”中的佼佼者了。

让美国日本欧洲嫉妒的“蛟龙号”有多牛?(组图)

(图片来源于中国科普博览)

这些潜水器功能都非常相似的,所以它们在设计理念上其实也是相似的,做出来也非常相近,都是胖乎乎的:

都有一个大的金属球,人坐在这个金属球里面,可以免受外面海水的恐怖压力。三个人要完全靠这个球来承受海水的压力,对设计和材料的要求必然很高。世界上各国一般是采用主要成分为钛和镁的钛合金材料,比较轻、强度非常高而且还耐腐蚀。在研制“蛟龙号”的时候设计是我们自己的,材料与加工制造工艺还不过关,所以用的是俄罗斯的材料。

都有一个有机玻璃的窗户,大家透过窗户可以往外看。

潜水器的前面是两个机械手可以作业,都是用电池供电,用螺旋桨来运动。两只手可以直接去抓东西,下图左边有一个紫色的是海参,那个白色的叫玻璃海绵,他们动得都是比较慢的,可以直接用机械手去抓。还有些像石头一样的东西,我们也可以直接抓。有时候还会带一些工具,比如网兜,然后去抓螃蟹、抓虾。

让美国日本欧洲嫉妒的“蛟龙号”有多牛?(组图)

(图片来源于中国科普博览)

采用固体浮力材料来提供浮力。二十多吨重的庞然大物要到海底还要能够浮上来,谁来给它提供浮力呢?我们目前使用的是基于玻璃微珠的一个固体浮力材料,空心的玻璃珠,它的直径从几个微米到一两百个微米,组合起来,用树脂粘起来就变成一个块,这个的密度大概是零点五几可以承受七千米的压力。

让美国日本欧洲嫉妒的“蛟龙号”有多牛?(组图)

(图片来源于中国科普博览)

水下进行通信。这一点“蛟龙号”在国际上是比较先进的。在七千米深的海底完全靠水声通信,把我们要传的信息变成声音在水中传播,传到水面之后再把它变回信号,这样就可以在水下进行文字及语音聊天,照片传送等,从而把潜水器的很多数据传到水面,这些功能是国外很多潜水器没有的。

2

“蛟龙号”这些年在各个大洋到处游荡,到底在忙什么?

“蛟龙号”历经十年研制、测试,从2013年正式进入试验性应用阶段,这几年足迹踏遍了东太平洋、西北太平洋以及印度洋,下潜上百次,完成了各种不同类型的科学调查任务。

“蛟龙号”这几年在这些大洋频繁出没,到底在忙什么?

看看这些年“蛟龙号”到过的这些地方,其实主要在忙两件事:科学和资源。

让美国日本欧洲嫉妒的“蛟龙号”有多牛?(组图)

(图片来源于中国科普博览)

先来说科学。刚才说到了深海有很多的未知,而“蛟龙号”就是去直面和研究这些未知的!

对深海很多生物及环境进行科学研究,有时候真的会颠覆掉你的认知。比如像这个,就是美国Alvin号载人潜水器发现的一个具有颠覆性的东西。

下图中我们可以看到很多生物,之前我们都认为生物的生存需要有阳光、有空气,而深海是生命的荒漠,这样的环境下按理说就不会有什么生命了,但这个发现就完全颠覆了这个概念!因为深海的这些生物完全不依赖于阳光,就靠着海底冒出来的最高可达400度的热水作为能量来维持生活,而且这种生物的群落特别大,这就完全颠覆了生命在什么样的条件下能够存在的认识!

让美国日本欧洲嫉妒的“蛟龙号”有多牛?(组图)

(图片来源于中国科普博览)

除了这些热液生物之外,还发现了基于冷泉的。所谓冷泉就是从海底冒出来的甲烷,这些生物靠海底冒出来的甲烷气体作为能量源来生存。大家可以看到,下图上面是深海热液区,下面是深海冷泉区,这些贝壳、螃蟹、虾等,看起来比较眼熟,并不是稀奇古怪的生物,虽然生态系统完全不一样,但他们的长相是如此地相似。

让美国日本欧洲嫉妒的“蛟龙号”有多牛?(组图)

(图片来源于中国科普博览)

下图是2013年“蛟龙号”在我国南海的“蛟龙冷泉”拍摄的,图中密密麻麻的是贝壳和白色的白瓷蟹,还有一些虾,量非常大,他们完全不依赖于阳光,就靠海底冒出来的甲烷气体生存。细菌吃甲烷,大的生物再吃细菌,从而维持了这么一个生态系统。这完全是靠甲烷来维持的。

让美国日本欧洲嫉妒的“蛟龙号”有多牛?(组图)

(图片来源于中国科普博览)

深海里面还有太多需要进行科学研究的问题,这就需要通过“蛟龙号”下去调查,去采集和研究。

海底还有什么?当然是数不胜数的资源。

主要是四种:

让美国日本欧洲嫉妒的“蛟龙号”有多牛?(组图)

(图片来源于中国科普博览)

一是锰结核。像小土豆一样的里面富含着金属成分的物质;

二是热液硫化物。海底下冒出来热水,热水里面有些溶解的矿物质,遇到冷水之后就凝固出来,然后沉降下来会形成非常大量的硫化物矿,它里面富含金、银、铜等等元素;

三是富钴结壳。它是长在海山坡壁上的,大概可能长到几公分到十几公分、二十公分那么厚,就一层皮,里面富含钴、铂等金属;

四就是可燃冰了,是甲烷和水的一种化合物。

这些资源在水底下储量非常丰富,金银铜铂钴等的含量如果算下来的话,可能比陆地的储量要高至少十几倍,有的甚至能达到上百倍甚至几千倍,量非常大!而可燃冰里面所储藏的甲烷气体,如果换算下来,大约是陆地上所有的煤、石油、天然气加起来总量的两倍,前段时间对可燃冰的成功试开采也有“蛟龙号”的一份功劳!

这些资源,虽然有的我们现在还并不具备开发能力,但它对于人类未来的一百年或者更远的发展来讲,是非常重要的后备资源。现在我们必须要去调查清楚,然后努力储备开采的技术。

还有更重要的,那就是在为子孙后代“攒家底”!

怎么说呢?

其实我们一般都不太了解,海底的事情是归一个叫国际海底管理局的机构来管理,总部在牙买加,整个地球表面的海底都归这个局管,它有一个规定,如果你想要海底的这个矿区,首先必须调查清楚,然后提交资料,被认可了之后可以从你找到的矿区中优选出一块留下来,作为自己的矿区,也就是专属矿区,其他的部分就捐赠给所有人类社会,这就是既在为自己找矿,也是为全人类找矿,是一件利人利己的事。但前提是你得在深海找到矿区并调查清楚!而目前谁有能力潜入深海进行调查呢?

肯定是有探索深海技术力量的5个国家,你给菲律宾这么一块,给越南一块,那是没有用的,因为他们无法进行深海探索,只有给这5个能够潜入深海的国家才能开展调查,到目前为止国际海底管理局批准我国在海底有四片地方。其中就包括一块7.5万平方公里的锰结核矿区和一块7.3万平方公里的矿区,其他矿区包括印度洋的矿区,主要是硫化物矿区,这四片矿区加起来有15万平方公里,面积相当于一个河南省,这在各个国家中是最大的。也就是说,那么大一个区域底下的矿产都是归中国的!

所以说现在“蛟龙号”正在做的也是给我国争取更多的矿区,是为我们子孙后代“攒家当”的工作!事先的调查工作都必须要做好,包括对生态环境的一些调查。

虽然“蛟龙号”从研发至今一直用于科考目的,但深海调查能力覆盖99.8%的水底的“蛟龙号”不免引起美日等国的嫉妒,外媒还看出了其中的军事和战略意义,对“蛟龙号”的评论不断:

西方媒体普遍认为“蛟龙号”“具有强大的军事潜能”,可用于核潜艇外壳改进,水下通讯升级和破坏他国对中国的水下监听系统。

英国路透社分析说,“蛟龙号”虽然表面上看是国家海洋局的项目,但实际上中国一直在积极发展强大海底实力,军方很可能也会密切关注深潜技术的发展。

美国《华尔街日报》说,“蛟龙号”另有所图,这台潜水器可用于截获或剪断海底线缆,回收海床上的外国武器,或维修、救援海军潜艇。美国目前在役的下潜深度最大的深海载人潜水器是1964年投入使用的“阿尔文”号(Alvin),其最大下潜深度约为4511米。升级后的版本可以下潜至约6553米,美国海军曾运营三台载人潜水器,其中一台名叫“海崖”号(Sea Cliff),能够下潜至大约2万英尺(约合6096米)的深处,但由于国防预算的削减,这台潜水器在1998年退役后就没有被新的潜水器替代。

中国专家表示,虽然“蛟龙号”主要用于科研试验,但在通信遥控、电子、机械等方面的技术突破都可用于军事,尤其是用于深海潜艇的研制。

这样看来,以“蛟龙号”为代表的我国深海潜水器所具有的的军事和战略意义也是非凡的!

3

下一步的目标:走向海底11000米!

“蛟龙号”毕竟还是7000米级别的,已经达到了自身的极限,未来也不会再尝试新纪录。

那么下一步,我们在海底深潜方面还要做什么呢?

主要做两件事情:

一个就是我们的这套4500米载人潜水器,大家可能有点奇怪,我们7000米的载人深潜都早出来了,为什么还要回去做更浅的4500米?

因为我们在做“蛟龙号”的时候有些技术、材料都是不过关的,很多其实都是来自国外,而这个4500米载人潜水器就是支持国内自己去解决这些问题,通过4500米载人潜水器的研制,我们一步步解决了钛合金材料的问题,解决了载人球的加工制造问题,解决了浮力材料的制备问题,解决了上面机械手推进器等等这些设备的国内制造的问题,这一台潜水器基本实现了核心部件的国产化,整体国产化率超过90%,基本功能和“蛟龙号”类似,只不过用了很多国内自己的技术来集成。更重要的是,4500米载人潜水器拥有一颗“中国心”。

让美国日本欧洲嫉妒的“蛟龙号”有多牛?(组图)

(图片来源:央视新闻)

此外,在性能方面,这次研制的4500米潜水器也比先前的“蛟龙号”有大幅提升。比如,4500米载人潜水器拥有5个观察窗,比“蛟龙号”多了2个,可以满足更多视角的科学观察;虽然载人舱同为3座,但有楼梯方便出入舱,并且舱内操控界面也更加舒适;潜水器电池的可用次数也从原来的50次增加到了500次。因此,它拥有更好的作业能力。

不仅如此,此次研制的4500米载人潜水器,还把每一次单次下潜投入的经济成本降下来了。这是在“蛟龙号”基础上的一个很大的改进和提高,有更好的作业能力。

为什么要选择4500米呢?

专家解释说,选择4500米是一个非常合适的深度,因为这个深度基本上覆盖了我们国家的主要海域和国际海域资源可开发的深度。

蛟龙号”已经可以覆盖很多大深度的地方,但是浅深度的需求更多、更明确。“蛟龙号”当时瞄准的主要是国际海域,4500米潜水器瞄准的是我国南海和一些国际热点领域,比如像海底热液硫化物的科学考察等。

很快这款潜水器就可以正式进行深海探测了!

但这也并不是我国自主研制的最终目标。

我们要做的第二件事就是在4500米的基础上,走向世界上最深的11000米,自主研制万米级的载人潜水器。据此前新华网的报道,我国上海海洋大学深渊科技中心通过吸引民营资本参与的方式,自筹经费启动中国万米级载人深渊器“彩虹鱼”号的研制工作,并计划2019年载人挑战马里亚纳海沟。

上海海洋大学深渊科技中心主任崔维成教授介绍,万米级载人深渊器“彩虹鱼”号项目的总体设计,是打造全海深的“着陆器”、“无人潜水器”、“载人深渊器”和专用科考母船协同作业的一座“深渊科学技术流动实验室”。

让美国日本欧洲嫉妒的“蛟龙号”有多牛?(组图)

(图片来源于央视新闻)

先通过4500米级深潜器的研制,我们积累一定的技术,之后就要用自己国产的技术去做能够耐11000米压力的载人球、浮力材料、机械手等等装备,包括声学装备等,用我们自己完全国产的技术,把我们的科学家送到世界上最深的深渊去探索。

在不远的某一天,当我们中国人抵达世界最深处进行研究,那将是一件意义非凡而又特别提气的事情!毕竟,迄今为止,有400多人进入过太空,但仅有3人成功下潜到马里亚纳海沟的最深处。1960年,美国的海军中尉唐·沃尔什和瑞士工程师雅克·皮卡德驾驶“的里亚斯特”号,实现人类首次下潜至马里亚纳海沟10916米处,不过,他们是去进行探险的,就没干成什么事,停留不到20分钟就上来了。另一次是在2012年,好莱坞著名导演卡梅隆“深海挑战者”号,成功下潜到马里亚纳海沟10908米处,他本身就是想下去拍电影的,但是下去之后出现了一点故障,也没干成什么事就上来了。

此后,海底11000米深处再无人类!

“我想下一次,很可能会是预计于2021年到访的中国‘彩虹鱼’万米级载人潜水器。”第一个进入万米深海的唐·沃尔什说。

回想1986年,我国的“载人潜水器”下潜深度只有不足800米,只能用来救生,别无他用,落后了欧美日不知道几十年,而经过这些年的发展,我们已经能深入探索六七千米的深海了,并把到访万米级深渊作为不远处的光荣与梦想,走在了挑战人类深海探索极限的征途之上,这种进步,实在让我们欣慰!对于深海探索,我们也必然有了更大的期待!

前进吧,每一个为深海探索砥砺前行的国人!

(本文部分内容来自“蛟龙号”副总设计师、中国科学院声学研究所海洋声学技术中心主任朱敏在SELF格致论道讲坛上的演讲)

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