“奋斗者”号勇往直“潜”

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对人类来说，是一个充满神秘和挑战的陌生世界。2020年11月，中国“奋斗者”号全海深载人潜水器在西太平洋马里亚纳海沟海域完成全部万米海试任务，并创造了10909米的中国载人深潜新纪录。今天，“奋斗者”号载人潜水器交付活动在三亚举行，中科院深海所将正式负责“奋斗者”号的后续运营维护与管理。那么，作为我国自主设计、集成的第一个万米载人潜水器，“奋斗者”号让我们看到了什么呢？　　3月16日，“奋斗者”号全海深载人潜水器交付活动在三亚举行。“奋斗者”号全海深载人潜水器是我国“十三五”国家重点研发计划“深海关键技术与装备”重点专项的核心科研任务。　　中国船舶702所“奋斗者”号总设计师叶聪说：“今天潜水器的交付是一个重要的节点，它意味着‘奋斗者’号的研制已经完成，并且通过了海上现场的验收。今后‘奋斗者’号将在它的运维管理单位，就是中科院深海所的管理下面向科学家开放，去完成它的科学考察的使命。”　　从2020年10月下旬起到11月下旬，“奋斗者”号载人潜水器在西太平洋马里亚纳海沟进行了万米级海试的多个潜次。2020年11月10日，“奋斗者”号在马里亚纳海沟成功坐底，坐底深度10909米；2020年11月13日，“奋斗者”号和中央广播电视总台深海视频着陆器“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；2020年11月13日，第一次实现北京演播室与在万米海底执行深潜任务的“奋斗者”号潜航员对话；2020年11月16日，万米级海试进行“海底捞针”，寻回此前布放在洋底的3个作业工具；2020年11月19日，“奋斗者”号再次突破万米海深，复核科考作业能力。　　这一次，“奋斗者”号创造了中国载人深潜的新纪录。那么，深逾万米，意味着什么呢？　　马里亚纳海沟海域海面平静，只有些许微波，表面看上去与其它海洋并没有什么区别，然而，这里却是地球上环境最恶劣的区域之一。马里亚纳海沟全长2550公里，平均宽70公里，最深处的地方超过万米，是已知的海洋最深处。如果把珠穆朗玛峰放入海沟底部，那么珠峰还需要再增长2000多米才能露出海平面。这里完全黑暗、温度低、含氧量低、气压巨大，这也让马里亚纳海沟成为了继南极、北极、珠穆朗玛峰之后，地球的“第四极”。既然环境如此恶劣，为什么科学家们还要对它进行探访呢？　　叶聪说：“我们研究了海洋的很多方面，不能忽视深渊这一环，它是人类接触最少、了解最少的地方。只要没有去过、了解少，在有条件的时候就应该去探索一下，这是一个科学的精神。”　　正是由于多年来马里亚纳海沟的神秘，生命起源、生物进化、地球地质演变等谜团都可能在深海这片“净土”中找到答案。但是，探访马里亚纳海沟的难度巨大，尤其是被称为“挑战者深渊”的马里亚纳海沟的最深处，到过的人屈指可数。直到2020年5月，也只有三艘载人潜水器成功到达挑战者深渊。因此，深海载人潜水器是海洋技术开发的前沿与制高点，体现着一个国家的综合科技力量。　　进入新世纪以来，我国先后研制出了“蛟龙”号、“深海勇士”号两台载人潜水器。2012年6月27日，“蛟龙”号完成了它的终极挑战，最终将纪录保持在了7062米。　　与十年立项、十年研制的“蛟龙”号不同，我国第二代载人潜水器——“深海勇士”号，从研制立项到海试交付只用了短短八年，虽然下潜深度并没有比“蛟龙”号更深，但国产化程度更高，下潜费用降低，下潜频率也有所提升。而在2016年“深海勇士”号都尚未下水的情况下，万米级载人潜水器就开始同步研制了。　　叶聪说：“‘蛟龙’号的设计、试验、包括应用都是完全独立自主的，但是‘蛟龙’号研制过程中应用了一些国外的材料、制造工艺和测试能力。通过这个过程，我们意识到了自己的不足。也是为什么我们没有在‘蛟龙’号以后，七千米以后，做万米的一个原因。‘深海勇士’号确实起到了这样的作用，让更多国内优势的力量进入了材料、工艺、加工的环节，把这条技术链条走通了。”　　想安全载人潜入万米深海，最大的挑战之一就是需要抵抗接近110兆帕的巨大压力，这相当于在指甲盖上放一吨重的汽车。在万米的深海，要让潜水器在经受海水压力时状态不会产生变化，这是怎么做到的呢？　　解决压力问题的关键就是载人舱的材料。为了减轻潜水器的负担，球舱不能太重；又要经受得住万米海压，还要考虑耐海水腐蚀，这样又轻又牢固的材料非钛合金莫属。　　中科院金属研究所研究员杨锐说：“这个材料它有几个特性是相互矛盾的，一个东西越强，它就越脆，像陶瓷，塑料倒是很韧，但强度又不够。新型钛合金强度至少要提高20%，那么强度提高之后，韧性和焊接性还要保障，这三个去掉任何一个条件都可以做，但是三个同时做，全世界都没有。”　　然而，现有的钛合金并不能满足万米载人舱的要求，为了兼顾材料性能和制造工艺，需要对钛合金用到的元素进行重新的配比，来研制出一种性能更强，更适合建造的新型钛合金。此前，“奋斗者”号的前辈“蛟龙”号钛合金舱，靠俄罗斯加工制造。　　经过多年的不断优化和上千次测试，近30家中国企业给予配套支持，中国自主研制的新型钛合金终于问世。　　在万米下作业，就要有安全持久的动力，电力保障极为重要，电池成为了能否顺利完成任务的关键之一。为了设计出符合要求的电池，设计团队对电池进行了撞击、针刺、海水浸泡，甚至过度充放电等十几项严格检测。这也让这次“奋斗者”号在水下的工作时间最长超过了13个小时。　　国产深海锂电池的研制成功，不仅可以让载人潜水器更好地进行科考，另一方面也提高了我国电力存储技术的设计、制造、实验的能力。　　“奋斗者”号的水下大量科考工作要靠一双机械手来完成。　　中科院沈阳自动化研究所机械手技术负责人霍良青说：“在高压环境下，机械手原来动得很灵活，现在动得很慢，甚至有的时候动不了，导致有些阀件可能功能都不正常了。为了解决这些问题，我们下了很多功夫，做了大量压力实验，包括从元器件到部件，还有到整机的，通过不停做实验，我们去验证了这些东西好不好用。”　　无数次的失败和反复测试之后，科研人员成功突破了技术瓶颈，填补了我国液压机械手开展万米作业的空白。通过成功研制极端条件下使用的机械设备，也提升了我国的相关领域的工业制造能力。　　我们可以看到“奋斗者”号在深海执行任务时工作的全过程，那么，这些画面是谁来拍摄的呢？它就是“奋斗者”号的搭档——“沧海”号。这是中央广播电视总台牵头，联合多家机构研制的万米级深海视频着陆器。“沧海”号可以进行全海深4K超高清视频拍摄采集、传输处理；不仅可以搭载全海深高清相机将万米洋底的实时画面直播回传，而且还能记录深海中“奋斗者”号的一举一动。为了保障这一次直播的顺利进行，中央广播电视总台还派出了专业的技术团队做技术支持。　　而此次“奋斗者”号与“沧海”号在万米深海成功开展联合作业，并全球首次实现万米洋底直播，突破了深海视频采集、数据处理、信号传输等一系列世界海洋研究领域共同的难题，为深海环境探测、科学研究提供了有力的技术支撑。　　2021年3月16日，“奋斗者”号正式交付，而这背后无数科研人员从核心关键部件、驱动与控制技术等各个方面进行的攻关，也推动了我国在材料、制造工艺等一系列工程领域的技术进步。　　“奋斗者”号个头不大，但是它骨头很硬，胆量很大；“奋斗者”号材料很轻，但是它在中国大洋科考的历史上意义很重。未来，“奋斗者”号载人潜水器将为我国深海深渊科学研究提供有力的技术支撑，为科学家们提供一个理想的科考平台。在万米深处，“奋斗者”号经受的是极限考验；其实对科研人员来说，从设计到制造，从材料到工艺，又何尝不是一次次极限挑战？面对技术封锁，我们在太空中越飞越远，也在海洋中越潜越深。今天，我们比历史上任何时期都更需要建设世界科技强国，也需要更多像这样扛得住压力、探得了未知，充满勇气和智慧的奋斗者。　　制片人丨刘雪松 周旋 黄洁　　编辑丨范鹤龄 杨理天　　摄像丨张博　　责编丨刘小萍 马汝涛　　剪辑丨邢永跃 郑昱 苗佳亮 张文庆　　（编辑 李茗伊） 奋斗者本文由 哈氏合金管   www.wxbxgbgs.com  哈氏合金板 提供