大国重器！国产载人潜水器，跋涉万米深海

原(yuán)标题：国产载人潜水器，跋涉万米深海（瞰前沿·大国重器） 海南三亚，鹿回头半岛。中国科学(kēxué)院深海(shēnhǎi)科学与工程研究所坐落于此，科学家们以科研为舟，探秘深海。 新西兰(xīnxīlán)，普伊斯哥海沟。今年年初，中国(zhōngguó)自主(zìzhǔ)研发的载人潜水器“奋斗者”号满载一批宝贵的生物样品上浮。日前，我国科学家对在马里亚纳海沟、雅浦海沟等科考航次中获得的深渊钩虾样本进行研究，相关(xiāngguān)成果发表于国际期刊《细胞》。 从国内(guónèi)自主研发到国际科考(kēkǎo)合作，“深海勇士”号、“奋斗者”号等载人潜水器在“探索”系列科考船的搭载(dāzài)下，向更深更远的大海进发。让我们在同潜航员与科学家的对话中，了解(liǎojiě)载人潜水器纵横深海的绝技。 闯深海(shēnhǎi)，载人潜水器有啥绝技 海洋不仅蕴含丰富(fēngfù)资源，也藏着地球演化与生命起源的(de)线索。作为人类潜向深海的交通工具，载人潜水器需要应对无光、高压、低温等多重考验(kǎoyàn)。 从“蛟龙”号7000米级载人潜水器入海，到国产化率达到95%的“深海(shēnhǎi)勇士”号4500米级载人潜水器的成功研发，再到“奋斗者”号全(quán)海深载人潜水器实现极限深潜(shēnqián)……向(xiàng)万米深海逐步“跳跃”，载人潜水器可谓“身怀绝技”：除了“沉下去(chénxiàqù)”“浮起来”，还“看得清”“可通话”，要在沉浮之间听声辨位，完成采集岩石、文物、生物样品等任务，为深海研究带回(dàihuí)一手资料。 王硕（中国科学(kēxué)院深海科学与工程研究所高级工程师）： 多深算“深海(shēnhǎi)”？海洋生物领域将透光层以下(yǐxià)的区域定义为深海，深度一般在200米以下；对海洋工程及资源勘探开发而言，一般将水深1000米以下的区域作为深海。万米(wànmǐ)海底，压强极大，每平方米要承担1.1万吨左右的压力，这要求载人潜水器进化(jìnhuà)出高强本领。 和无人型潜水器相比，载人潜水器最大的(de)特点在于拥有一套生命支持系统。以“奋斗者”号为例，研制(yánzhì)耐高压的载人球舱是一大技术难点。经过反复试验，科学家们选择了强度与韧性(rènxìng)均衡、相对轻、耐腐蚀(nàifǔshí)的新型钛合金材料，最终(zuìzhōng)制成能够应对深海巨大水压、搭载3名潜航员的载人球舱。 “奋斗者”号如何实现“沉下去”“浮起来”？除了应用固体浮力(fúlì)材料，“奋斗者”号上还装配有两组压载铁。通过携带(xiédài)与抛载，“奋斗者”号可以控制自身所受浮力与重力的关系，实现无动力的下潜与上浮。除此之外，载人潜水器还有自己的“鱼鳔”——浮力调节系统。在海底作业时，通过海水泵进行小范围的浮力调节，使潜水器能够轻松完成(wánchéng)一定深度范围内的航行。科学家们设计的神经网络优化(yōuhuà)算法，让“奋斗者”号能够在海底复杂地形(dìxíng)巡航(xúnháng)、定点航行以及(yǐjí)悬停定位(dìngwèi)，其水平面和垂直面航行控制性能指标均达到国际先进水平。 不仅如此，在海底，“奋斗者(fèndòuzhě)”号(hào)还“看得清”“可通话”。“奋斗者”号装有视频灯光系统(xìtǒng)，能照亮周围十几米的海底景象，并实时记录、存储影像；兼具(jiānjù)定时和实时信息交互功能的水声通信系统，每100秒会与(yǔ)科考母船交流数据信息，可以随时发送语音，实现海底通话。 探遗址，“深海(shēnhǎi)勇士”号显身手 今年下半年，“深海勇士”号载人(zàirén)潜水器预计将搭乘“探索”系列科考船在(zài)南海开展深海考古等工作。此前，“深海勇士”号已在南海西北陆坡一号、二号沉船遗址考古调查中“立功(lìgōng)”。依托“深海勇士”号，历经(lìjīng)3个阶段的深海考古调查已确认(quèrèn)一号沉船遗物数量超10万件，共提取文物900余件套。 陈传绪（中国科学院(zhōngguókēxuéyuàn)深海科学与工程研究所研究员）： 茫茫大海，我们如何确定沉船与文物的位置？尽管“靠运气”偶有所得，但主要还是通过文献资料确定大致范围后，利用无人型(xíng)潜水器进行(jìnxíng)扫测，最后由(yóu)“深海勇士”号等载人潜水器大展身手，进行调查(diàochá)与文物提取工作。 以(yǐ)一个8小时的潜次为例(wèilì)，其中要进行遗址调查与(yǔ)文物提取。下潜之前，潜航员会(yuánhuì)就提取文物的数量、潜次调查范围等同考古专家团队沟通，确定方案。下潜后，“深海勇士”号通过长基线定位系统导航，确保向既定位置移动。此外，三维激光扫描仪和高清相机也(yě)有用武之地，实时记录沉船遗址的全景图与文物的相应位置，避免文物提取后遗失相关位置信息。3个玻璃(bōlí)观察窗，便于考古人员进行现场记录。 “深海(shēnhǎi)勇士”号在深海进行考古，离不开灵巧的(de)“手”：经过改造的柔性材料机械手抗高压、自由度高，关节能够灵活运动，最远端的负载能力达到65公斤，可在不损害文物(wénwù)表面纹饰(wénshì)的前提下，将文物采集到潜水器中。未来，应用人工智能也将助力海底文物的识别、统计(tǒngjì)与提取，提高深海考古效率。 入(rù)深渊，“奋斗者”号作“捕手” 在由中国科学院牵头的“全球深渊深潜(shēnqián)(shēnqián)探索计划”支持下，科学家围绕深渊的生命起源、地质演化等重大科学问题，对全球主要海沟(hǎigōu)深渊进行载人(zàirén)(zàirén)深潜科考，创造了多项世界载人深潜作业纪录，取得一系列原创性科学发现。其中，我国科学家利用“奋斗者”号载人潜水器等设备，对马里亚纳海沟、雅浦海沟等科考航次中获得的深渊钩虾样本进行研究，相关成果(chéngguǒ)近期发表在国际学术期刊《细胞》上。 张海滨（中国科学院深海科学与(yǔ)工程研究所深海生物学研究室主任(zhǔrèn)、研究员）： 深渊，是指(zhǐ)水深超过6000米的深海区域，具有超高静水压力、黑暗、低温、营养来源匮乏等(děng)特点，是地球(dìqiú)上最极端的海洋环境。而(ér)深渊钩(gōu)虾却自得其乐，呈现出显著的优势种群(yōushìzhǒngqún)特征，生物量占主导地位。深渊生态系统(shēngtàixìtǒng)中，深渊钩虾有着双重角色：既是分解者——以海洋动物尸体等腐殖质为主要食物来源，又是能量传递者——是深渊狮子鱼等掠食者的主要猎物。对深渊钩虾这一物种开展研究，能为深入理解生命如何适应深渊环境提供新的见解。 要研究深渊钩虾，先要“抓”。一种抓法，是用携有笼状(lóngzhuàng)或桶状诱捕(yòubǔ)装置的深渊着陆器，在海底放置十几个小时来获得(huòdé)大量深渊钩虾样本；另一种抓法，是“奋斗者”号作“捕手”，用机械手布放诱捕装置，虽然采集数量相对(xiāngduì)较少，但用时更短。 同文物一样，生物样本的提取与保存也有(yǒu)一定要求。网笼、亚克力(yàkèlì)桶、采水瓶……装置不断升级，采集的深渊钩虾质量也不断提升。未来，我们(wǒmen)会制造深渊动物保真采集和培养(péiyǎng)装置，在保温保压的前提下，将生物活体从海底转移到实验室，更好地助力深渊生物研究。 研究获得的深渊钩虾基因组(jīyīnzǔ)是全球已发表的“最深”的动物基因组，为(wèi)探究深渊生态系统提供了宝贵的数据资源。