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出品| 网易新闻学院
5 W) |" `6 h7 L 作者| 常松，清华大学材料加工工程系博士 / D: K' h% Q! i' U7 J; f- i
5 P. {# l0 T: z+ R+ O' v4 e 这可不是一只小龙虾，它是中国“蛟龙”号载人深潜器在南海海底采集的蜘蛛蟹，就通过下面这只“大手”抓呀抓~
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" Q# Q/ Q: c/ A0 n6 f+ F% ? 《海底两万里》扉页上有这样一句话：“比天空更深的是海洋。”而在小说连载的18世纪70年代，载人深潜还是“科幻”。直到1928年，美国人奥蒂斯·巴顿才建造了第一艘球形深海探测装置。
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近30年来，探索海洋，特别是海底，成为了各国地球科学研究和海洋开发的新热点，载人深潜器自然成为了最为关注的“探海神器”。美国、日本、法国、俄罗斯等过都先后挑战成功3000米以上的深海，跻身世界高技术深潜俱乐部。 # [; G/ G$ t- h: w( V- n
虽然中国的载人深潜器研发起步不算早，但是咱们的发展速度还是很快的，如今最先进的载人深潜器“蛟龙号”已经是第二代载人深潜器，拥有世界上最大的作业深度——7000多米，可以覆盖世界上99.8%的海域，且拥有水声通信、海底探测等方面的能力，达到了世界先进水平。 0 Y; W8 ?3 L' }
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出水的蛟龙号
9 M. [5 L3 `1 [8 X& { 就为了发现新物种？深海探测“图”啥 4 t) [' w4 b% j& a- t: }
你不要天真的以为，我们深海探测只是为了发现这些“奇葩”的生物。“深海大洋”，占据了地球表面一半面积的区域，蕴含着价值“万亿美元”的金属矿产和油气资源。
, P* r6 b- Y, f6 [# _ 而且按照国际惯例，深海勘探奉行“平行开发”原则，就是说，勘探发现者要返还矿区面积的一半，交给国际海底管理局托管，剩下的一半是发现者的专属领域，有着有限商业开发权。也就是说，无论本国领土距离多远，率先勘探开发深海大洋区域的国家，对于海底资源拥有一半的权益。
. o, I a: T/ m+ n' i 7000米深度赶超日美，这么“深”有啥用？ ! [8 [5 F% n# A A5 s |) {
日本目前可以下潜的深度是6500米，美国的下一阶段目标也是6500。而我们目标不止于此，要冲击7000米。7000米，又是个什么概念呢？ , [4 k( u+ \1 E6 L
首先，海底7000米，这一深度将使中国可以触及地球上99.8%的海底。 $ j# H, t' i- G& u2 g& s7 I3 j
其次，目前世界上只有美国、法国、俄罗斯、日本拥有6000米级载人深潜器。“蛟龙”号载人潜水器已经在7000米级海试成功，那就意味着中国创造世界作业类载人潜水器的最大下潜深度。而“蛟龙”最终目标是挑战1万1千米深度，真正成为载人深潜发达国家。 3 s8 C* V0 B+ _
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“蛟龙”号拍摄的海底生物 & F, O6 u! f" s) H8 q* x D2 P
“蛟龙”号——自由航行，还“大尺度”
( k0 a; Z% s# S2 ~) t8 ~. Y# Y1 @ 深潜器，顾名思义，就是可潜入深海并持续较长时间的潜水装置，用以在海洋深水区域完成观察、探测等特定任务。深潜器分载人潜器和遥控潜器两类。显而易见，载人的安全要求高，技术更为复杂。而载人深潜器又分为系缆式和自由自航式两种。
; u% s7 s) t6 ?6 j “蛟龙”号属于后者。前者和母船得通过缆索或管道维系，就像婴儿和母亲脐带相连。自由自航式深潜器全得靠自己，在茫茫深海里把握方向，前进或后退，停滞或运动，下潜或上浮，生存与工作，艰难复杂可以想象。和不载人的遥控操纵的深潜器相比，载人深潜器尺度大，用途也广泛。 2 A7 D% l+ i4 @1 U& Y% q
载人潜深器的构造形式通常是这样：载人舱设计为球形，这样可以耐受相当于数百个乃至上千个大气压的深水压力；这个球形的载人舱连结在一个艇体下，艇内装满比重较海水小的油类，可以产生浮力，又能经受外部深水的高压。深潜器靠压载重量下潜，当丢弃一部分压载物就可上浮。 / c V2 y1 h0 b8 o8 G& z
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“蛟龙”号模型
( K" W1 t5 k3 F' N& a4 A “蛟龙”能载3个人，在水中正常工作12个小时。它具备深海探矿、海底高精度地形测量、深海可疑物探测和捕获、深海生物考察等功能。科学家能从“蛟龙”号的舱室中透过观察窗，直接观察深海和深海海底。在对海底做三维精确测绘时，可通过各种声学元器件传送声波信号给海面的母船，母船接收解码，进而处理成文字和图片等。 + `/ Y, F6 }- W( J) R; N! B
这个萌萌的“小胖子”里面长啥样？
" w9 s0 J! H3 x; j8 |2 e “蛟龙”号，长得是个十足的这个“小胖子”。它体型不是很大，长8.2米、宽3.0米、高3.4米，空气中重量不超过22吨，有效负载220公斤；最大下潜深度7000米；最大速度为每小时25海里，巡航每小时1海里。 ) ^* Y/ V$ f1 @* ~) S1 T" Y
/ G9 L' H4 Q; Y N 钱江晚报 梁津铭 制图 3 Z& W& s0 r6 A6 T: D
进入“球仓”得从“蛟龙”头顶，顺着一架直通潜水器内部的直梯进去。载人球舱内部直径有2.1米，这么小的空间内并没有设置桌椅，而是在地板上铺上地毯，中央留一个凹槽，深潜器的驾驶员就坐在地板上，脚放到凹槽里。主驾驶左右两侧的舱壁下放着一摞坐垫，这就是两名乘员的座位。整个舱体大致和火车卧铺的空间差不多大，大家可以默默感受一下。
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3 q9 b; H6 \9 ]* I: | 主驾驶位置面前的一大堆屏幕和主控面板，所有设备的启动和操作都在这里进行，包括潜水器的操纵杆、水声电话终端、主机械手和副机械手的控制器都在这儿了。
5 H3 N+ H8 B# l; R# u 高清显示屏——主驾驶面前一共有四块显示屏，三块是水下高清摄像机的显示屏，另外一块则显示着潜水器的各项状态数值，包括动力储备情况、潜水器姿态、工作时间、下潜深度以及实时报警信息等。
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7 T$ u6 X& K. T& _5 v; l 驾驶舱和各控制面板 . L( y) ^ l: m
操纵杆还能取下来——触屏时代，这些面板也都是触屏的，潜航员可以轻松地在第一时间获得任何想要的数据。操纵杆就像模拟飞行中使用的游戏摇杆，方便调整水下姿态。有意思的是，两个机械手的操作杆并不是固定在控制台上的，而是可以取下来，放在潜航员们的膝盖上进行操作。这回就更像是玩游戏了。 5 e5 J: H2 B0 P5 N% ]1 D. I
生命支持系统——不过，在千米深海潜水，可不是游戏。生命支持系统是保持驾驶员安全的关键。在舱内有一堆蓝色和黑色的钢瓶，装载着氧气和空气，最多可供三名潜航员84小时呼吸。生命支持系统是电脑自动控制的，一般情况下不需要人工干预。在紧急情况下，潜航员也可以对其进行人工调整。
7 w' a$ q& U0 q4 g4 ` a2 z 水下通信系统——同时，和母船的联系也非常关键，保证深潜器随时可以联络，球舱内部还安装有两套水下通信系统，由六七台计算机控制，保证潜航员和母船联络畅通。
1 t( r0 a6 c& M' c1 f5 l “龙爪”分工明确——此外，既然叫“蛟龙”号，那么“龙爪”也是必需的。深潜器装有两个机械手各有分工。一个主攻精细化操作，力量较小，另一个力气很大，但动作 “野蛮”。为了保证视线无死角，在主驾驶和乘员侧各有直径12厘米的观测窗，三个视野是相互有所重合的。 " M2 a8 M/ C' e& C! y
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“蛟龙”号在海底拍摄的照片 新华社 3 z0 ` k+ w- U0 t* X' M% n
“蛟龙”如何上下海：下沉注水，上浮“扔东西” ( y% Q) X1 p t% K J' g
和潜艇一样，深海潜水器也是向空气舱中注入海水。但是上浮就不一样了。水下5000米的压力相当于500个大气压。深海潜水器由于在深海内环境压力大，压缩空气不足以逼出空气舱中的海水。所以上浮的方式，和热气球差不多，就是往下面扔东西。 2 G0 A- t& }1 ^8 q( y B8 F
深潜器配有电磁铁控制的压载铁。之所以用电磁铁控制，是因为如果深潜器失去动力出现故障的话，电磁铁就失效，压载铁会在重力的作用下自动脱离潜水器，使潜水器自动上浮。 0 i7 v& ]( Y+ u% o8 @
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压载铁示意图 : D) U; f2 Z! i& ?" U! O
压载铁的配置特别讲究：“装少了，下不去。装多了，回不来。”由于不同海域、不同深度的海水密度都不尽相同，潜水器在水中受到的浮力并不是一定的。海面海水的密度是1021kg/m3，而7000米深的海水密度变成每立方米1059kg/m3。在7000米深度时受到的浮力大概比在海面时要大800多公斤力。
; B+ K U$ u: c* N% i1 k5 ~ 在下潜过程中，整个浮力的变化都要靠压载铁来平衡。“蛟龙”号海试团队已建立了一套周密的数学模型，根据在不同海域测得的海水温度、盐度和深度等参数来计算下潜时需要的压载铁重量。
! {$ o3 s8 ^5 u+ R$ u0 [# e3 n 而且为了确保上浮，潜航员的安全，除了压载铁之外，蓄电池箱和采样篮，甚至机械手都可以抛弃。一旦上浮后，报警系统就可以发射浮标到海面，等待母船救援。 1 P& d2 v7 K, P
“蛟龙”号和它的五星级装潢的“保姆船”
1 @6 t+ L% L, Y( L' p# P6 Q: }2 R “蛟龙”号只是深潜器，负责上下海，运输还得靠母船，同时母船也是“蛟龙”号的功能依托。“蛟龙”号水面支持系统包括母船——“向阳红09”，上面布放回收系统，以及其他各种加装的系统和设备，同样是一个庞大的、功能齐全的系统。 # Q; b6 w7 }$ c2 ?
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向阳红09和“蛟龙”号
: [3 Q8 y: x' R1 @ “向阳红09”已有近30多年的历史。为了迎接“蛟龙”号的诞生，“老房子”被彻底翻新改造，加装了局域网、视频监视系统，以及其他一系列专用装备，装潢达到星级宾馆水平，改造后陈旧的“老家”焕然一新。 7 w" }7 v, [* a
在船上，蛟龙号有一张奇形怪状的床——轨道车。每一次回家后都必须睡到床上。这个床还装有轮子，能自由升降，方便将海底带上来的东西从床下运走。而为了保证“蛟龙”号的健康，还得定期体检，有大约1吨多重的东西可以拆卸，船上还配有升降机车可以自由运输。 3 ~ S3 B7 n5 D( ~0 D- T# f5 o
为了检测海况，“向阳红09”还装了信息网络、监视系统、CTD、LADCP、Bathy2010等。其中CTD能够提供海域的温度、压力、盐度、电导率、声速和密度等水文参数；LADCP又叫声学海流剖面仪，它能提供海域不同深度剖面的流速、流向数据；Bathy2010是走航观测设备，通过声波测量海底以下0—120米深度的典型地层结构。有了这些东西，“蛟龙”号探海就有了安全保障。 % f% o* K- h4 q2 k I4 V
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蛟龙号回收至甲板(摄影 高悦)
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1 o! o* |3 c8 O' ?* l3 Y) ? 冲刺海底一万米 : f; ]" W8 M+ G0 u( f" w
深潜员说，7000米的海底就像到达月球一样，那是一个非常非常遥远的、无人踏足的地方。在这里“蛟龙”号获取海水样品和沉积物样品，同时还探测到了小型的生物。
* e8 O( M6 @: O; i# Q$ n 有了“蛟龙”号，中国算是挤进了世界载人深潜“高技术俱乐部”，成功实现了主要设备的国产化。未来载人深潜器的目标是11000米级的载人潜水器，在海洋最深处的海底自由航行、作业。 1 H. O+ U# \: Q. I( Z: b
5 f6 e1 U9 a2 N" _; ?+ ]4 |8 S" I+ L2 W 作为世界上认知度最高的标签，中国制造（Made in China）正寻求战略升级。「了不起的中国制造」专栏，力邀行业权威、资深玩家，呈现他们眼中的中国创新之路。
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编辑| 于冉帝
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