解锁世界“第四极”的无尽奥秘-“奋斗者”号全海深载人潜水器的深渊探索之路

下潜，下潜！10909米！

2020年11月10日，由我国自主研制的全海深载人潜水器——“奋斗者”号在被称为世界“第四极”的马里亚纳海沟成功坐底，这不仅是“奋斗者”号创造的新纪录，更是中国载人深潜的新纪录！

马里亚纳海沟是全球最深的海沟，像一座在海底倒立的山峰，海沟最深处“挑战者深渊”最大深度为11034米，相当于珠穆朗玛峰顶叠加一座西岳华山的海拔高度，是已知海洋最深处，水压高、完全黑暗，是地球上环境最恶劣的区域之一。在一个多月的海试过程中，“奋斗者”号完成了13次下潜，其中8次突破万米，标志着我国在大深度载人深潜领域达到了世界领先水平。

厚积薄发 逐梦深蓝

众所周知，除了浩瀚神秘的宇宙星空，深不可测的海洋中也蕴含着十分丰富的资源。因此开发海洋、经略海洋，拓展蓝色经济空间，是人类生存和社会发展的必要考虑和必然趋势。新中国成立70多年来，我国的载人深潜从无到有、从浅海到深海，获得了前所未有的高速发展。从“蛟龙”号、“深海勇士”号到“奋斗者”号，我国已经完成对地球上海洋最深处的极限挑战，中国载人深潜器的发展经历了从跟跑、并跑到领跑的跨越。

大深度载人潜水器开创了我们国家在深海探测的高效工作模式。以前深海探测，往往是在母船上依靠操作和探测的设备来做的，不能像陆地上的调查一样面对面。“奋斗者”号可以对整个海底矿产的资源直接进行探测，使得探矿的效率大大提高，同时也提升了我国在国际深海空间治理的话语权。我国的载人潜水器先后在马里亚纳海沟发现了活动的泥火山，在雅浦海沟找到了瓷海星等新的海底物种，使我国拓展了深渊研究的领域。未来，“奋斗者”号还将进一步助推国际深渊科学研究的进展，加速深海生物基因产业的发展，为提高人类生命健康水平作出新的贡献。

自立自强 剑指“马沟”

“奋斗者”号是我国首台拥有自主知识产权的全海深载人潜水器，汇集了国内百余家单位、近千名科研人员5年的心血，是全球载人潜水器中载员人数最多、海底作业时间最长、作业能力最强的装备。作为我国唯一一台可以搭载人员下潜到海底一万米的深海装备，“奋斗者”号代表了当前深海工程技术领域的顶级水平，更在多个关键技术和重要材料领域拥有国产化“核心”，实现了自主可控。在“蛟龙”号、“深海勇士”号载人潜水器研制与应用的基础上，历经多年艰苦攻关，“奋斗者”号研发团队在耐压结构设计及安全性评估、钛合金材料制备及焊接、浮力材料研制与加工、声学通信定位等方面实现技术突破。与国际上同类型的载人潜水器相比，“奋斗者”号在电池容量、潜浮速度、声学通信和自动控制方面都具有领先优势。

马里亚纳海沟压强为标准大气压的1100多倍，相当于指甲盖大小的地方要扛住一辆小轿车的重量，“奋斗者”号下潜至马里亚纳海沟的最大挑战就是来自高压。载人舱作为“奋斗者”号载人潜水器的核心关键部件，是人类进入万米深海的硬件保障和安全屏障，其可搭载3人的载人舱球壳，是目前万米深度以下世界最大、搭载人数最多的潜水器载人舱球壳，通过耐压结构设计理论方法及安全性评估、钛合金材料制备及电子束焊接方面等多项技术，并经过反复试验验证，确保“万无一失”。除此之外，“奋斗者”号还使用高性能国产固体浮力材料，这种材料采用自主知识产权的软化学制备技术，对高强空心玻璃微球进行致密填充堆积研制而成，具有极高安全系数，为“奋斗者”号实现安全下潜打下了坚实基础。

“上下自如” 所向披靡

对于可以下潜至万米海底的载人潜水器，“奋斗者”号的下潜和上浮方式以及在深海的工作原理是最令人关注的。“奋斗者”号潜水器采用无缆无动力上浮下潜技术，海底连续作业时间6小时。从外观上看，“奋斗者”号像一条大头鱼，“肚子”涂成了绿色，这是因为绿光在海水中衰减较小，便于在深海捕捉到它的身影。而头顶呈醒目的橘色，也是便于上浮到水面时能被母船快速发现。

下潜作业时，科学家通常坐在潜水器右舷，舱内配有各种作业工具，供其在海底进行观测、采样、培养等科考任务。当到达万米深海，“奋斗者”号采用左右两套主从伺服液压机械手开展作业，可实现6自由度运动控制，持重能力超过60千克，可顺利完成岩石、生物抓取等作业任务。“奋斗者”号还拥有智能故障诊断以及海底自主避碰等功能，能够在海底自动匹配地形巡航、循迹航行以及悬停定位。依靠这些技术，“奋斗者”号能够对海底标志物进行精准地科学探测作业和返回。

水声系统 连通海天

在深海中，光和无线电信号的衰减是非常快的，无法实现潜水器与工作母船之间实时通信，高速水声通信是“奋斗者”号与母船“探索一号”之间沟通的唯一桥梁。“奋斗者”号将声音信号通过调制解调，携带相关的数据进行传输。另外“奋斗者”号还应用相干通信技术，包括一整套从信号编码调制到信道自适应均衡和纠错编解码等技术构成的整体解决方案，以克服远距离传输带来的信号损耗，在信号微弱的情况下提取出有效信息。

“奋斗者”号声学系统中包含了全海深水声通信机、地形地貌探测声呐、多波束前视声呐、多普勒测速仪、避碰声呐的自主研发以及定位声呐和惯性导航设备的系统集成，实现了从万米海底传声传影。由声学多普勒测速仪和定位声呐及惯性导航等设备相集成的组合导航系统，还为“奋斗者”号的巡航作业提供了高精度的水下定位导航。

谋深致远 勇攀高峰

2023年初，“奋斗者”号成功坐底蒂阿曼蒂那海沟最深点，为人类历史首次。自2018年以来，“蛟龙”号、“深海勇士”号、“奋斗者”号的下潜次数连续四年蝉联全球首位，中国载人潜水器已经挑起了深海探测的大梁。

2023年3月11日，“奋斗者”号圆满完成国际首次环大洋洲载人深潜科考航次任务，搭载中国新西兰联合深渊深潜科考人员到达克马德克海沟最深点，并成功实现国际上首次在克马德克海沟区域开展大范围、系统性的载人深潜调查，采集了深渊生物、岩石和沉积物样品，为了解深渊的生命演化与适应机制、深渊沉积环境演变以及板块俯冲与物质交换通量提供了重要支撑。航次的圆满完成，充分展现了我国载人深潜作业能力和运维水平，也标志着“奋斗者”号运维体系走向成熟、稳定。

以“奋斗者”号为代表的大深度载人潜水器的研制成功，在我国深海科技领域具有重大的意义，不仅可以带动我国深海能源、材料、结构、通信导航定位等高新技术和产业全面发展，同时也为我国深海科技领域的科技研发实力和集成制造能力的提升作出了贡献。未来，我国潜水器将继续向全海深谱系化、功能化方向发展，根据不同的任务和目的，选用不同下潜深度的潜水器，为海底资源、地质和深海生物调查，以及科学研究、水下工程、打捞救援和深海考古等提供支持。

来源：《群众·大众学堂》杂志2023年第2期

作者：张真源（作者单位：中国船舶科学研究中心）

责任编辑：王昆鹏