科技前沿：走向海洋强国之路——深海勇士号载人深潜器 - 海底岩石采样装备

" Z. S9 N) E5 ]( ~

我国自主设计研发的载人深海潜水器——深海勇士号，长9m，高4m，重20t，是目前全世界深海作业时间最长的潜水器, 可连续在4500m深海连续工作6h以上，这也是一项新的世界纪录。超长时间动力来自高性能的磷酸铁锂电池，电池寿命是常规电池的10倍，这是中国科研人员五年前突破日本的技术的严密封锁而取得的成果。

. p7 P2 n3 T9 G* l8 q) V& z

深海勇士号

深海4500m，是海洋生物和矿藏分布最密集的区域。目前，除了美国、法国、俄罗斯、日本，能拥有该深度的载人深潜能力的就是中国了。

7 p0 x h r# F1 z9 \3 a( c

深海勇士号由母船——“探索一号”运抵南海目标海域，由滑轮组起吊后投放在预定海面，从海面下潜4500m历时90min，除去上浮时间，留给舱内人员的工作时间大约3h。在这3h内，除了仪器设备自动采集相关数据外，舱内人员还要完成潜水器的行进姿态操作，利用机械臂对海底的海水、泥沙、岩石和生物进行采样。期间，潜水器和球形仓内的人员要面临海底低温、火山管口的热液高温、巨大压强等各方面的严峻挑战。“深海勇士”这一称号，无论对于潜水器还是舱内人员，都是当之无愧的。

: J8 {# \2 n1 a$ j$ ]" G, ?2 D

海底热液

; \* f# C, U! G) y' b

大量先进传感器技术为下潜提供参数支持，包括电压与电流、温度、潜水器姿态、姿态调节罐液位、压载水仓液位、舱内二氧化碳与氧气浓度、空气湿度、气压、各个方向的运动速度、海水阻力、障碍物距离等传感器，向舱内驾驶人员与母船指挥员提供实时数据。

深海勇士号在下潜之前漂浮在海面，传感设备和通讯检查无误后开始向水仓注水。在注水过程中，水仓内的空气被抽出，气压减小，在压强差的作用下，海水被压入水仓，潜水器的总重增大后实现下潜。在水下，被抽出的空气形成大量气泡，气泡在上升过程中，由于海水深度的减小，压强随之减小，气泡越来越大，上升至海面，能被母船人员观察到。但完成注水后，在水面上将再也看不到潜水器，潜水器与母船的通信将依赖先进的水声系统完成。

F8 b# n5 U+ N3 h% g8 F+ x4 q0 d

8 x: c# h' c( z n- [' U4 \1 r

深海勇士号推进器旋翼

如同嫦娥四号软着陆式的登月，深海勇士好接近海底时，也采用类似方式：通过推进器旋翼对海水施加向下的推力，利用力的相互作用实现减速触底。除了这种方式，还可以采用向下喷射铅粒、抛弃压载铅块来减小重力，实现潜水器运动姿态的改变。由于铅的密度较大，细小的铅粒还能比较连续地改变重力，潜水器运动状态改变的效果更好，但铅是一种重金属，对海水及海洋生物的污染不可忽视。2012年，著名导演卡梅隆驾驶的“深海挑战号”就是采用了铅粒与铅块，但这种做法最终被深海勇士号的总设计师胡震所否定。

/ C4 ` H5 V- [' Z( R

国外“深海挑战者”喷射铅粒

; _% r7 c! e2 m. e6 M7 g' X% ~

在4500m的深海，潜水器每平方米表面将承受4500t重的压力，利用压强公式，不难算出压强达到450倍的标准大气压，大约是家庭高压锅内气压的200多倍，而普通高压锅在达到5个标准大气压时，随时会发生剧烈爆炸。打个比方，这样的压力相当于在指甲盖上，同时站立着10个初二学生。这么大的压强，对潜水器特别是球形载人仓的要求非常高，万一破损，舱内人员将在瞬间被高压海水撕裂。

潜水器在深海的采样工作，将由一台高精度的机械臂完成，毫米级的精准度不亚于人的手指动作。整个机械臂长2m，由6个“关节”和1个“手爪”组成。“手爪”的结构类似于一个碗夹，区别在于驱动“手爪”的动力由电动机、齿轮提供，而连接电机和“手爪”的缆绳取代了肌肉的作用。机械臂可以轻松抓取60kg的物体，由于浮力的作用，在海底它能抓取的物重更大。

! A! j! B3 ~5 B& S

深海勇士号“手爪”与碗夹对比

0 z/ b: o; t$ Y

! F$ R$ E0 m5 r" z' W- R2 i2 f. v

21世纪的今天，人类面临人口膨胀、资源短缺、环境恶化等三大难题，解决这些问题的答案答案就是海洋。到目前为止，还有95%海底没有人类涉足，富饶美丽的海底世界亟待人类去探索，水下机器人就是探索神秘海洋的哨兵，而设计和驾驶深海潜水器的科考人员，则是探索深海的勇士！到2020年，中国将成为世界上拥有载人深海潜水器最多的国家。更深、更广、更远，强大的深海探测能力，将引领中国向海洋强国加快迈进！

9 T, [" b6 J& \1 w + w+ w/ f8 n V" o8 L) s