“奋斗”号载人潜水器成功地坐进了马里亚纳海沟——
"一万米的海底真是太棒了。"
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2020年11月10日8时12分,中国“奋斗”号载人潜水器成功坐在马里亚纳海沟底部,深度10909米,创造了中国载人深潜新纪录。
坐底后,奋斗号将进行包括取样和巡航在内的潜艇作业6小时,这也是奋斗号在海底设计的最长作业时间。
面对空之前的深度带来的巨大压力,奋斗应该如何顶住压力?奋斗从出发到回家会经历什么?我们的“深蓝梦”是如何一步步实现的?
2020年11月10日8时12分,中国“奋斗”号载人潜水器成功坐在马里亚纳海沟底部,深度10909米,创造了中国载人深潜新纪录。
为什么越陷越深
北京时间11月10日7时42分,《奋斗》隐身深度再次成功突破万米!“奋进”号海上试验场指挥部爆发出热烈的欢呼声。
北京时间8时12分,中国的奋进号载人潜水器成功坐在马里亚纳海沟底部,深度10909米!
10909米是什么概念?看一组数据:
10米,这是普通人不用携带任何潜水装备就能潜到的深度;
113米,这是一个法国潜水员创造的裸泳记录;
332米,是人们使用水下呼吸器后潜水最深的记录;
10898.5米,这是卡梅伦在2012年深海挑战者号上所拍的深度。
在距离奋斗号潜水的马里亚纳海沟10000米处,水压超过110 MPa,相当于2000头非洲象踩在一个人的背上。
马里亚纳海沟被称为“地球的第四极”,其最深处接近11000米,这是珠穆朗玛峰上另一座西岳华山的海拔高度...
八年前,加拿大导演卡梅隆乘坐深海挑战者号成功挑战马里亚纳海沟。而耐压的关键在于其坚固耐压的球形载人舱。
与世界上其他潜水器相比,深海挑战者号的太空舱厚度相同,但体积不到它们的一半。可谓“皮厚馅小”,这也是卡梅隆能达到一万米的原因。
但是深海挑战者号的太空舱太小,即使是五六岁的孩子也很难站直,也无法携带更多的科学家和科研设备。为了在那里呆六个小时,卡梅伦甚至练习瑜伽。
为了保证载客能力,载人舱室要足够大;为了减轻潜水器的负担,球舱不能太重。为了承受10000米的海水压力,制作一个大、轻、强的载人舱室是非常重要的。
国产新型钛合金材料是解决这一问题的关键。
经过多年的不断优化和数千次试验,我国自主研发的新型钛合金终于问世了。它强度高,韧性好,最多可容纳三名乘客在海底安全执行科研任务。现在,“奋斗”终于可以顶住海底的巨大压力,安全潜入一万米的深海。
为什么越陷越深?
奋进号总设计师、万米海试总指挥叶聪介绍,海域占地球面积的71%,海水占地球水资源总量的97%。海底资源丰富,矿产和能源储量超过陆地。而且我们对台空和月亮的了解比深海还多。探索海洋、保护海洋、经营海洋、建设海上强国,都与深海潜水息息相关,需要高科技的深海潜水设备来绘制深海“宝图”。
万米深渊可谓科研的“无人区”,全海深载人潜水器是“没人没我”的科研装备。以深渊进入技术和深渊探测技术为代表的深海技术,代表了国际深海工程技术的最高水平。放眼全球,参观过万米深渊的深潜器屈指可数。
过去,由于超高的静水压力、缺乏阳光和食物供应、特殊的海底地形、强烈的构造活动等极端环境因素,人们认为海面以上6000米以下的地方是一个死气沉沉、与世隔绝、没有生命的世界。
但是,随着对深渊的科学考察,这些认识正在被颠覆。以深渊科学和深渊生命科学为代表的深渊科学研究,代表了国际深海科学研究的最新前沿。
深海设备是深海海洋调查的有力保障。随着深海调查技术的发展,近年来国际上开展了许多大规模的深渊调查活动,发现了更多的深渊新物种,深渊的生物量和生命力远超预期。
斗争中有哪些“小秘密”
在奋进号海试的现场指挥下,潜艇的声音通过声波通讯系统从一万米的深度传来。
“一万米的海底太奇妙了。我希望我们能通过‘奋斗者’的照片向你展示一万米的海底。”潜艇还透露,“我们现在正在接近海底航行。海底有很多不明海参。现在我们在寻找更有价值的生物和观察机制。”
在茫茫大海中,如果把奋斗作为一种通往深海的交通工具,奋斗在完成任务后从外出到安全返回的途中会经历什么?把《奋斗》放到海里需要多少步?
首先要确认潜水海域的水文、气象、地形信息,然后奋进号要充油、充氧、充电。
“奋斗”号从“探索一号”科研船搬到了海里。这个过程叫做“部署”。部署系统位于母船后甲板,由巨大的A型架、拖带绞车和运输轨道组成,能够经受恶劣海况和风浪的考验,也是支撑奋进号日常储存、维护和检修的地方。
三艘潜水器将在下水前进入内部,并在舱内进行通电检查,以确保设备的正常运行。之后A架的两个液压臂将潜水器提起、移动、下放,最后放在海面上。
“在船的后甲板上,戴安全帽操作的人很少。整个团队虽然人少,但在海上分析问题、解决问题是有效率的。”叶聪表示,在万米海试期间,奋进号载人潜水器的作业队伍逐渐压缩,给科学家留下了更多的阵地。
据央视新闻报道,与部署时的30摄氏度的海面温度相比,坐在马里亚纳海沟的“奋斗者”的舱室温度只有20摄氏度左右;另外,随着湿度的增加,人的身体会感觉更冷。尤其是主车手张伟,他的脚非常靠近球舱的球壳,那里的温度只有1到2摄氏度,所以他的身体感受会更加强烈。因此,防寒保暖衣物,包括毛巾和袜子,都要放在他们的随身包里,根据个人的身体感受随时添加衣物,以保持鞋底的温暖。
部署后,奋进号关闭舱门,形成一个密封的球体,将外部海水与空气体完全隔离。
母船想联系奋进号时,需要使用无线电通信甚高频通信系统。建立通信后,可以等待母船上的指挥中心下达命令。
接到潜水命令后,蛙人小组会帮潜水器解耦,潜水器开始注水潜水。当接近海底时,潜水器将扔掉第一套压载铁,使自己处于悬浮在水中的平衡状态,按照作业计划进行海底作业。作业结束后,潜水器将扔掉第二套压载铁,使潜水器浮力大于自身重力,上浮回家。
经过几个小时的漫长返程,“奋斗”号将浮出水面,醒目的橙红色涂层和装载的GPS信号发射器将使母船快速找到“奋斗”,而“奋斗”号只有按照之前部署过程的原路返回安森的母船。
“深蓝梦”是如何步入现实的
“做深潜的时候,突破新的深度记录的时候,我们都明白很难,但一定要完成。”中国科学院声学研究所研究员、潜艇“奋斗”号的研究员柏杨在接受采访时说:“事实上,9000米到11000米的距离我们并不知道空。一系列这样的不确定性,通过我们的充分准备来解决它们,解决它们。”
从100米的浅海到10000米的深海,中国几十年来突破了很多核心的深海潜水技术。现在,让我们回顾那段历史,感受一代又一代中国深海潜水员的深蓝梦。
救生艇7103是我国第一艘载人潜水器,研制于1971年,1986年成功。虽然只能潜300米,速度只有4节,但也是那个时代最先进的载人救援潜水器。
随着时间的推移,我国海洋勘探的深度也发生了变化,如1986年的“海人一号”和1994年的“勘探”。这些潜水器在水下定位、声纳探测、耐压材料和机械控制等许多领域积累了经验。
2010年7月,我国首艘自行设计、集成的载人潜水器“蛟龙”达到3759米的深度,成为继美、法、俄、日之后,世界上第五个掌握3500米深潜技术的国家。2012年6月27日,这款7000米载人潜水器完成了终极挑战,最终保持了7062米的纪录。“蛟龙”还具有世界先进的悬停和自动驾驶功能,可以抵御洋流的干扰,工作时稳定地“沉降”在海底。
与十年建成开发的“蛟龙”不同,我国第二代载人潜水器“深海勇士”从立项到交付海试只用了8年时间,国产化程度更高,实用性更强。
“奋斗”号是国家“十三五”规划“深海关键技术与装备”专项支持的重大深海科技装备。它成立于2016年,由R&D实力的“震龙”和“深海勇士”载人潜水器研究团队承担。柏杨和他的团队经历了许多从“龙”、“深海战士”到“奋斗”的任务。
不可思议的是,在2016年深海勇士没有下水的时候,一万米载人潜水器开始同步开发。
中国的“奋斗”载人潜水器结合了前两代深潜设备的优秀血统。它不仅采用了安全、稳定、强大的能源系统,还具有更先进的控制系统和定位系统,以及更耐压的载人太空舱和浮力材料。此外,已经潜入水下10000米的奋进号还将进行一系列科学调查和研究。
除了载人潜水器,中国还有许多无人潜水器,如海都、海燕和海艺。其中“海都”号拥有遥控和自动操作两种模式,是中国首艘1万米科研潜水器,使中国能够自主研究1万米深海。
图片均为CCTV-13“中国“奋斗”载人潜水器万米海试”截图
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核心技术支撑深海
从100米的浅海到10000米的深海,中国几十年来突破了很多核心的深海潜水技术。
今年6月8日,中国科学院沈阳自动化研究所研制的“海都-1”全水深自主遥控潜水器在马里亚纳海沟成功完成首个万米海试和试验应用任务,最大潜水深度10907米,创下了当时中国潜水器最大潜水深度的新纪录,同时填补了中国无人潜水器万米作业的空空白。
在万米深潜器之前,中国最著名的载人潜水器是7000米载人潜水器“震龙”,其潜水深度覆盖全球海洋面积的99.8%,剩下的0.2%称为深渊,这是全球海洋深度的极限。
从外观上看,这艘一万米长的载人潜水器像一条鲨鱼,身体呈圆形和流线型。它装有九个螺旋桨,可以在海里自由移动。三个供氧系统可以保证乘客的安全,通讯系统和机械手特别高效。
据报道,2009年,“蛟龙”号开发完成后,科技部开始了4500米载人潜水器的关键技术研究工作。目标是在“蛟龙”开发试航的基础上,推动我国深海潜水器关键技术和核心部件的国产化、功能化和谱系化,推动深海技术相关产业的发展。围绕这一任务,科技部部署了8个项目和课题,中央政府总投资约3亿元。
2016年,国家重点研发计划“深海关键技术与装备”重点专项“载人深潜器总体设计、集成及海上试验”正式立项。同年11月24日,项目启动会在江苏省无锡市召开。会上宣布成立以CSIC 702为总体集成单元的“全海深载人潜水器项目组”,正式成立项目组协调管理组和总工程师组。这次动员会也标志着中国深海载人潜水器开发的开始。
2018年初,全海深载人潜水器浮力材料进行了测试,并开始生产。
为了验证新研制的全海深载人潜水器浮力材料,研究人员在中国科学院深海科学与工程研究所实验室进行了一系列不同的试验,包括将其置于标准万米海水压力环境中。测试;增加测试次数,测试压力较高的浮力材料的性能。
2020年,载人潜水器最大的特点和优势就是带人潜水。载人舱室球壳作为潜水器的核心部件之一,经过三年的努力,已经建成并通过验收,其性能和指标符合总体要求。2019年,全深海载人潜水器载人舱球壳通过测试,正式交付。2020年,全海深载人潜水器将在陆地上完成总装和联合调试,并开始水池试验。
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