闖深海，載人潛水器有啥絕技

海洋不僅蘊(yùn)含豐富資源，也藏著地球演化與生命起源的線索。作為人類潛向深海的交通工具，載人潛水器需要應(yīng)對(duì)無光、高壓、低溫等多重考驗(yàn)。

從“蛟龍”號(hào)7000米級(jí)載人潛水器入海，到國產(chǎn)化率達(dá)到95%的“深海勇士”號(hào)4500米級(jí)載人潛水器的成功研發(fā)，再到“奮斗者”號(hào)全海深載人潛水器實(shí)現(xiàn)極限深潛……向萬米深海逐步“跳躍”，載人潛水器可謂“身懷絕技”：除了“沉下去”“浮起來”，還“看得清”“可通話”，要在沉浮之間聽聲辨位，完成采集巖石、文物、生物樣品等任務(wù)，為深海研究帶回一手資料。

【專家看點(diǎn)】

王碩（中國科學(xué)院深?？茖W(xué)與工程研究所高級(jí)工程師）：

多深算“深?！?？海洋生物領(lǐng)域?qū)⑼腹鈱右韵碌膮^(qū)域定義為深海，深度一般在200米以下；對(duì)海洋工程及資源勘探開發(fā)而言，一般將水深1000米以下的區(qū)域作為深海。萬米海底，壓強(qiáng)極大，每平方米要承擔(dān)1.1萬噸左右的壓力，這要求載人潛水器進(jìn)化出高強(qiáng)本領(lǐng)。

和無人型潛水器相比，載人潛水器最大的特點(diǎn)在于擁有一套生命支持系統(tǒng)。以“奮斗者”號(hào)為例，研制耐高壓的載人球艙是一大技術(shù)難點(diǎn)。經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)，科學(xué)家們選擇了強(qiáng)度與韌性均衡、相對(duì)輕、耐腐蝕的新型鈦合金材料，最終制成能夠應(yīng)對(duì)深海巨大水壓、搭載3名潛航員的載人球艙。

“奮斗者”號(hào)如何實(shí)現(xiàn)“沉下去”“浮起來”？除了應(yīng)用固體浮力材料，“奮斗者”號(hào)上還裝配有兩組壓載鐵。通過攜帶與拋載，“奮斗者”號(hào)可以控制自身所受浮力與重力的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)無動(dòng)力的下潛與上浮。除此之外，載人潛水器還有自己的“魚鰾”——浮力調(diào)節(jié)系統(tǒng)。在海底作業(yè)時(shí)，通過海水泵進(jìn)行小范圍的浮力調(diào)節(jié)，使?jié)撍髂軌蜉p松完成一定深度范圍內(nèi)的航行?？茖W(xué)家們?cè)O(shè)計(jì)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化算法，讓“奮斗者”號(hào)能夠在海底復(fù)雜地形巡航、定點(diǎn)航行以及懸停定位，其水平面和垂直面航行控制性能指標(biāo)均達(dá)到國際先進(jìn)水平。

不僅如此，在海底，“奮斗者”號(hào)還“看得清”“可通話”?！皧^斗者”號(hào)裝有視頻燈光系統(tǒng)，能照亮周圍十幾米的海底景象，并實(shí)時(shí)記錄、存儲(chǔ)影像；兼具定時(shí)和實(shí)時(shí)信息交互功能的水聲通信系統(tǒng)，每100秒會(huì)與科考母船交流數(shù)據(jù)信息，可以隨時(shí)發(fā)送語音，實(shí)現(xiàn)海底通話。

探遺址，“深海勇士”號(hào)顯身手

今年下半年，“深海勇士”號(hào)載人潛水器預(yù)計(jì)將搭乘“探索”系列科考船在南海開展深海考古等工作。此前，“深海勇士”號(hào)已在南海西北陸坡一號(hào)、二號(hào)沉船遺址考古調(diào)查中“立功”。依托“深海勇士”號(hào)，歷經(jīng)3個(gè)階段的深海考古調(diào)查已確認(rèn)一號(hào)沉船遺物數(shù)量超10萬件，共提取文物900余件套。

【專家看點(diǎn)】

陳傳緒（中國科學(xué)院深海科學(xué)與工程研究所研究員）：

茫茫大海，我們?nèi)绾未_定沉船與文物的位置？盡管“靠運(yùn)氣”偶有所得，但主要還是通過文獻(xiàn)資料確定大致范圍后，利用無人型潛水器進(jìn)行掃測，最后由“深海勇士”號(hào)等載人潛水器大展身手，進(jìn)行調(diào)查與文物提取工作。

以一個(gè)8小時(shí)的潛次為例，其中要進(jìn)行遺址調(diào)查與文物提取。下潛之前，潛航員會(huì)就提取文物的數(shù)量、潛次調(diào)查范圍等同考古專家團(tuán)隊(duì)溝通，確定方案。下潛后，“深海勇士”號(hào)通過長基線定位系統(tǒng)導(dǎo)航，確保向既定位置移動(dòng)。此外，三維激光掃描儀和高清相機(jī)也有用武之地，實(shí)時(shí)記錄沉船遺址的全景圖與文物的相應(yīng)位置，避免文物提取后遺失相關(guān)位置信息。3個(gè)玻璃觀察窗，便于考古人員進(jìn)行現(xiàn)場記錄。

“深海勇士”號(hào)在深海進(jìn)行考古，離不開靈巧的“手”：經(jīng)過改造的柔性材料機(jī)械手抗高壓、自由度高，關(guān)節(jié)能夠靈活運(yùn)動(dòng)，最遠(yuǎn)端的負(fù)載能力達(dá)到65千克，可在不損害文物表面紋飾的前提下，將文物采集到潛水器中。未來，應(yīng)用人工智能也將助力海底文物的識(shí)別、統(tǒng)計(jì)與提取，提高深海考古效率。

入深淵，“奮斗者”號(hào)作“捕手”

在由中國科學(xué)院牽頭的“全球深淵深潛探索計(jì)劃”支持下，科學(xué)家圍繞深淵的生命起源、地質(zhì)演化等重大科學(xué)問題，對(duì)全球主要海溝深淵進(jìn)行載人深潛科考，創(chuàng)造了多項(xiàng)世界載人深潛作業(yè)紀(jì)錄，取得一系列原創(chuàng)性科學(xué)發(fā)現(xiàn)。其中，我國科學(xué)家利用“奮斗者”號(hào)載人潛水器等設(shè)備，對(duì)馬里亞納海溝、雅浦海溝等科考航次中獲得的深淵鉤蝦樣本進(jìn)行研究，相關(guān)成果近期發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊《細(xì)胞》上。

【專家看點(diǎn)】

張海濱（中國科學(xué)院深?？茖W(xué)與工程研究所深海生物學(xué)研究室主任、研究員）：

深淵，是指水深超過6000米的深海區(qū)域，具有超高靜水壓力、黑暗、低溫、營養(yǎng)來源匱乏等特點(diǎn)，是地球上最極端的海洋環(huán)境。而深淵鉤蝦卻自得其樂，呈現(xiàn)出顯著的優(yōu)勢種群特征，生物量占主導(dǎo)地位。深淵生態(tài)系統(tǒng)中，深淵鉤蝦有著雙重角色：既是分解者——以海洋動(dòng)物尸體等腐殖質(zhì)為主要食物來源，又是能量傳遞者——是深淵獅子魚等掠食者的主要獵物。對(duì)深淵鉤蝦這一物種開展研究，能為深入理解生命如何適應(yīng)深淵環(huán)境提供新的見解。

要研究深淵鉤蝦，先要“抓”。一種抓法，是用攜有籠狀或桶狀誘捕裝置的深淵著陸器，在海底放置十幾個(gè)小時(shí)來獲得大量深淵鉤蝦樣本；另一種抓法，是“奮斗者”號(hào)作“捕手”，用機(jī)械手布放誘捕裝置，雖然采集數(shù)量相對(duì)較少，但用時(shí)更短。

同文物一樣，生物樣本的提取與保存也有一定要求。網(wǎng)籠、亞克力桶、采水瓶……裝置不斷升級(jí)，采集的深淵鉤蝦質(zhì)量也不斷提升。未來，我們會(huì)制造深淵動(dòng)物保真采集和培養(yǎng)裝置，在保溫保壓的前提下，將生物活體從海底轉(zhuǎn)移到實(shí)驗(yàn)室，更好地助力深淵生物研究。

研究獲得的深淵鉤蝦基因組是全球已發(fā)表的“最深”的動(dòng)物基因組，為探究深淵生態(tài)系統(tǒng)提供了寶貴的數(shù)據(jù)資源。

“蛙人”如何接送載人潛水器

什么是“蛙人”？

“蛙人”并非電影中有特異功能的人?！皧^斗者”號(hào)等載人潛水器，在布放和回收時(shí)需要有經(jīng)過專業(yè)訓(xùn)練、沒有下潛任務(wù)的潛航員在海面上協(xié)助作業(yè)，他們就是“蛙人”。

科考母船甲板上的A型吊架（以下簡稱A架）用于布放或回收潛水器。當(dāng)潛水器準(zhǔn)備進(jìn)行下潛作業(yè)時(shí)，A架便會(huì)將潛水器吊到海面上，這時(shí)，“蛙人”就身著潛水服、頭戴安全帽，乘坐小艇來到潛水器的旁邊。

在搖晃的海浪中，“蛙人”需要瞅準(zhǔn)時(shí)機(jī)，從小艇跳到潛水器上，抓住潛水器上的扶手，盡可能快地將主吊纜解開，再匍匐到潛水器前端將拖曳纜解開，最后跳回小艇上，這就是一次布放。

當(dāng)潛水器在海底作業(yè)結(jié)束、需要回歸母船時(shí)，“蛙人”再次出現(xiàn)，用鉤子鉤住從母船上放下來的拖曳纜，找機(jī)會(huì)將其掛到潛水器上。母船通過拖曳纜將潛水器拖到A架的下方后，“蛙人”再跳到潛水器上，將主吊纜掛上。隨后，主吊纜將會(huì)把潛水器吊回到甲板上，這就是一次回收。

工作聽起來簡單，實(shí)際上充滿挑戰(zhàn)。海面時(shí)常涌浪不斷，“深海勇士”號(hào)和“奮斗者”號(hào)的布放回收條件分別是4級(jí)和5級(jí)海況（4級(jí)海況浪高1.25—2.5米，5級(jí)海況浪高2.5—4.0米）。在海況惡劣、風(fēng)浪較大時(shí)，小艇和潛水器在海面劇烈搖晃，這時(shí)，“蛙人”往往也跟著潛水器沒于水面之下，除了用手緊緊抓住潛水器扶手之外，身體沒有其他著力點(diǎn)，只能懸在水里。萬一沒抓好，就可能被涌浪沖走。在作業(yè)中被海浪淹沒的“蛙人”有時(shí)甚至要在水下憋氣長達(dá)幾十秒。

挑戰(zhàn)不止風(fēng)浪。2022年12月，“奮斗者”號(hào)在克馬德克海溝海域下潛和回收時(shí)，還多次遇到鯊魚在周圍游蕩。

夜?jié)摃r(shí)，科考船甲板與潛水器的燈光將一片海水照得透亮，燈光吸引了眾多海洋趨光生物，常有飛魚騰空，“蛙人”的作業(yè)也宛若一場追光燈下的舞臺(tái)劇。

“蛙人”的作業(yè)需要多部門調(diào)度：開船人員和船尾指揮人員在船舶航向上要相互配合，A架操縱手要和“蛙人”在放置主吊纜、掛拖曳纜的時(shí)機(jī)選擇上協(xié)作……正是靠著團(tuán)結(jié)協(xié)作，載人潛水器才能一次次出發(fā)、凱旋。

（作者：孔秀，中國科學(xué)院深?？茖W(xué)與工程研究所科普宣傳專員，記者董澤揚(yáng)采訪整理）