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8月9日,国产4500米载人潜水器前往三亚,进行海试前的最后航渡测试,此次的试验航渡,计划对母船和设备进行相关海试前的一系列测试,以确认状态,相关海试的准备工作也正在进行。. w/ V! p3 |) _8 u$ M
接下来,4500米载人潜水器将会在8月中旬进行海上试验,最早明年,国产4500米载人潜水器就会跟此前的“蛟龙号”一起探测深海,成为我国深海探测的“双子星”。# U5 a G* m3 }) R6 Y/ i- ~5 e" c# o
前几年“单打独斗”的“蛟龙号”都在忙些什么?既然我们已经有了让美欧嫉妒,能下潜7000多米的“蛟龙号”,我们为何还要费时费力地造4500米载人潜水器?未来我们的深海探测还有哪些壮志与雄心呢?库叔今天跟你聊一聊深海。
5 @- i( C# e Z文| 库叔
$ u* d3 k) J7 }1 G3 e! U# ?本文由瞭望智库综合
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' y- m0 P! B/ f( M“蛟龙号”是世界载人潜水器“第一梯队”中的佼佼者( `: J6 o# ?' h# A% A+ ^7 n% r
有人可能认为,探索深海怎么说也是在地球上,难度能有多大,能比得上外太空探索吗?: N& |6 {2 ?, V; i: E% v
还别说,真比得上!& r, C# l$ ^+ Z- H9 B; Y/ t( {
要知道,我们地球表面的70%以上被海水覆盖,超过2000米的深海区又占海洋面积的84%,而国际上定义1000米就是深海了。6 e" e) m& V8 A8 e/ L* j- J# T
深海探索对人类来说,简直就是巨大的挑战:
$ ~! l, g& E6 |5 }( D' _) E6 g高压。去深海碰到的第一个问题就是要承受海水巨大压力!每下潜100米就会增加10个大气压,如果是在10000米的海底,所要承受压力将达1000个大气压,相当于一个手指甲盖大小面积上,承受大概一辆小轿车重量。. s8 [8 }) [( }* y5 P
黑暗。由于99%的光线都难以穿过150米以上海水,所以深海几乎就是漆黑一团,世界上最大哺乳动物抹香鲸也只能下潜到水下1000米左右。“蛟龙号”潜海员曾说,“进入深海感觉就像进入了一个陌生的星球。”
4 E. S# b% q9 ?. E1 e未知。在极端高压、低温、无光照及相对封闭的生态特征之下,就构成了一个封闭而神秘的领域,会生存着大量特有物种,充满了未知。如果问大家对深海有什么了解,我们脑海里首先浮现的是美丽的珊瑚礁,除此之外,好像真没别的了!其实,千百年来人类对于深海的了解一直都是这样,每谈深海,脑海里必是一片空白!$ L7 d! s1 X7 B. t8 l' t
此外,缺氧、海水腐蚀性和破坏性都不容小视。 Y9 s3 I n. ]. r. k! m W# i
人类要探索深海,只能借助于“高精尖”的潜水工具,载人潜水器就是最有效的一种。
3 [( }7 p" Q% f3 j) d但这个庞然大物并不是那么容易造的!
) b7 U# K; a3 l) j6 g9 t; N造载人潜水器可是个复杂而又系统的大工程。
) I- e5 c8 ?) Z' ?就拿“蛟龙号”来说,它包含了载人潜水器本体系统、载人潜水器水面支持系统、母船增改装系统和潜航员培训系统;载人潜水器本体系统又被划分为总体、结构、舾装、电力与配电、推进、水声、生命保障等12个分系统。
8 f4 ~1 V; c! N$ p) l在这些系统中,高压、密封、腐蚀、绝缘等技术难题都需要一一突破解决,稍有不慎,后果将不堪设想。比如,“蛟龙号”的最大下限深度属于7000米级,耐压载人舱外壳在7000米的海底需要承受的总压力约12万吨,相当于约10个埃菲尔铁塔重量的总和;深海载人潜水器有十几万个零部件,组装起来最大的难度就是密封性,精密度要求达到了“丝”级。
4 G0 o# V5 Z' e& Y3 |1 t(图片来源于网络) 在这样高的要求下,能造出来的潜水器也是寥寥无几,目前全世界投入使用的下潜深度超过1000米的载人潜水器仅有12艘!更深的潜水器数量则更是少得可怜!, R' Q! | }+ ^3 M' r
拥有下探6000米以上、能够真正下到海底进行作业的深度载人潜水器的国家只有5个:中国、美国、日本、法国和俄罗斯。
6 m% `& U' K- o/ } h( D6 O其中,美国的Alvin号,虽然它的下潜深度在这里面是最浅的4500米,但是它是所有载人潜水器当中取得成就最大、下潜次数最多、发表论文最多、科学发现最多的,所以它是公认最成功的一个;法国的鹦鹉螺号、俄罗斯的和平号下潜深度是6000米,日本造了一个下潜深度6500米,而中国造的“蛟龙号”下潜深度达到了7000米,算得上是“第一梯队”中的佼佼者了。
" D/ h$ g' g9 V$ C. R(图片来源于中国科普博览) 这些潜水器功能都非常相似的,所以它们在设计理念上其实也是相似的,做出来也非常相近,都是胖乎乎的:
+ Z2 G- j+ J5 W+ @- ?6 m都有一个大的金属球,人坐在这个金属球里面,可以免受外面海水的恐怖压力。三个人要完全靠这个球来承受海水的压力,对设计和材料的要求必然很高。世界上各国一般是采用主要成分为钛和镁的钛合金材料,比较轻、强度非常高而且还耐腐蚀。在研制“蛟龙号”的时候设计是我们自己的,材料与加工制造工艺还不过关,所以用的是俄罗斯的材料。2 b: h2 w( y4 x" ]$ [; W
都有一个有机玻璃的窗户,大家透过窗户可以往外看。" G. z, C" n2 b" E
潜水器的前面是两个机械手可以作业,都是用电池供电,用螺旋桨来运动。两只手可以直接去抓东西,下图左边有一个紫色的是海参,那个白色的叫玻璃海绵,他们动得都是比较慢的,可以直接用机械手去抓。还有些像石头一样的东西,我们也可以直接抓。有时候还会带一些工具,比如网兜,然后去抓螃蟹、抓虾。
Z4 l }: R2 a# ^8 D(图片来源于中国科普博览) 采用固体浮力材料来提供浮力。二十多吨重的庞然大物要到海底还要能够浮上来,谁来给它提供浮力呢?我们目前使用的是基于玻璃微珠的一个固体浮力材料,空心的玻璃珠,它的直径从几个微米到一两百个微米,组合起来,用树脂粘起来就变成一个块,这个的密度大概是零点五几可以承受七千米的压力。
' R" q$ A, s5 T3 J(图片来源于中国科普博览) 水下进行通信。这一点“蛟龙号”在国际上是比较先进的。在七千米深的海底完全靠水声通信,把我们要传的信息变成声音在水中传播,传到水面之后再把它变回信号,这样就可以在水下进行文字及语音聊天,照片传送等,从而把潜水器的很多数据传到水面,这些功能是国外很多潜水器没有的。
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g' Q7 z/ O+ }; V“蛟龙号”这些年在各个大洋到处游荡,到底在忙什么?' U) n. r$ L- X; e2 A8 n
“蛟龙号”历经十年研制、测试,从2013年正式进入试验性应用阶段,这几年足迹踏遍了东太平洋、西北太平洋以及印度洋,下潜上百次,完成了各种不同类型的科学调查任务。
: S x. i9 t# P“蛟龙号”这几年在这些大洋频繁出没,到底在忙什么?
: w6 G4 r) W5 B1 Z! v& j* f看看这些年“蛟龙号”到过的这些地方,其实主要在忙两件事:科学和资源。( d; D4 y6 n3 W% _& B
(图片来源于中国科普博览) 先来说科学。刚才说到了深海有很多的未知,而“蛟龙号”就是去直面和研究这些未知的!* w0 f, M; D6 F. K. O$ D# Y
对深海很多生物及环境进行科学研究,有时候真的会颠覆掉你的认知。比如像这个,就是美国Alvin号载人潜水器发现的一个具有颠覆性的东西。6 B! {1 q4 J- Y! P+ K$ |
下图中我们可以看到很多生物,之前我们都认为生物的生存需要有阳光、有空气,而深海是生命的荒漠,这样的环境下按理说就不会有什么生命了,但这个发现就完全颠覆了这个概念!因为深海的这些生物完全不依赖于阳光,就靠着海底冒出来的最高可达400度的热水作为能量来维持生活,而且这种生物的群落特别大,这就完全颠覆了生命在什么样的条件下能够存在的认识!, O; H% b! R9 [+ p9 a
(图片来源于中国科普博览) 除了这些热液生物之外,还发现了基于冷泉的。所谓冷泉就是从海底冒出来的甲烷,这些生物靠海底冒出来的甲烷气体作为能量源来生存。大家可以看到,下图上面是深海热液区,下面是深海冷泉区,这些贝壳、螃蟹、虾等,看起来比较眼熟,并不是稀奇古怪的生物,虽然生态系统完全不一样,但他们的长相是如此地相似。7 I& Z- o0 F) i1 f) ~
(图片来源于中国科普博览) 下图是2013年“蛟龙号”在我国南海的“蛟龙冷泉”拍摄的,图中密密麻麻的是贝壳和白色的白瓷蟹,还有一些虾,量非常大,他们完全不依赖于阳光,就靠海底冒出来的甲烷气体生存。细菌吃甲烷,大的生物再吃细菌,从而维持了这么一个生态系统。这完全是靠甲烷来维持的。
7 b0 Z9 ^7 c4 x# ]/ N- B% P$ ?(图片来源于中国科普博览) 深海里面还有太多需要进行科学研究的问题,这就需要通过“蛟龙号”下去调查,去采集和研究。; g! Y' |' L F: D
海底还有什么?当然是数不胜数的资源。& `9 q6 x& n5 |9 P9 Z5 |; u
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