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现在,全世界40多人去过深海一万米,其中27位是中国人

发布日期:2022-06-16 04:09    点击次数:166
从某种角度看,去深海比去太空更难。现在,全世界有600多人去过地面100公里以上,而去过深海一万米的只有40余人。 那些记录载人深潜的影像里,甲板上常是湿湿的。那可能来自海浪、暴雨...

从某种角度看,去深海比去太空更难。现在,全世界有600多人去过地面100公里以上,而去过深海一万米的只有40余人。

那些记录载人深潜的影像里,甲板上常是湿湿的。那可能来自海浪、暴雨,有时来自冲洗潜水器的淡水、庆祝香槟或泼水仪式——前者意味着风险和紧张氛围,后者暂时打破这种氛围。

除了偶尔的猎奇时刻,深海中的旅程或许更多是“安稳”。大多数时候,人和推进器都不需要做什么,潜水器会按照预计的路线,像一颗石子落下去,或抛掉压载铁像一枚叶片浮起来。每秒两米,在黑暗中度过一两个小时,像一班漫长的电梯。

下潜中的“奋斗者”号丨纪录片《我的万米生涯》

二十年前,大学刚毕业一年的叶聪,加入刚立项的“蛟龙”号团队,从此开始见证中国载人深潜从空白到领跑。

2020年11月10日,叶聪担任总设计师的“奋斗者”号载人潜水器在马里亚纳海沟成功坐底10909米。这意味着,我国成为全世界第二个有能力把人送入海洋最深处的国家,而“奋斗者”号是全世界唯一一台可同时搭载3人并拥有万米海底作业能力的载人潜水器。

如今,作为载人深潜的技术带领者,叶聪更希望传达的是:深潜装备是安全和高效的,会把科学家一次次送至他们向往的未知之处,带回他们想要的样本和数据,累积起足以支持国际科学计划的信息。

“一台潜水器的服役生涯,并不是为了一次、两次地突破某个记录,而是要经历千次下潜,连续几十年发挥作用。”

“奋斗者”号深潜器研制团队部分成员合影丨CSSC

抵达万米海底后,“奋斗者”号将继续驶向何方?那些深潜记录背后的技术,还会在深海探索中发展出哪些可能性?

果壳特别邀请中国船舶科学研究中心副所长、“奋斗者”号总设计师叶聪,来聊聊有关深海、潜水器和技术的故事。

以下内容根据叶聪的讲述整理:

对庞大空间的陌生感,

是对深海最好的描述

我们常说,即使真的下潜过,我们在深海中也还是“不知深浅”的。

举个最简单的例子,坐飞机时,你透过舷窗看到地面,可以意识到自己正在万米高空飞行——但航行在万米深渊,你对自己所处的深度和方向,是没有意识的。

通过深海地图和三维建模,你知道水面下有山川平原,但真正身处其中,“云深不知处”也不足以描述这种感觉:能见度其实很小,视野只有潜水器前的有限距离,五米、七米或十米,而且很容易随着潜水器的运动变得浑浊。

说到“海洋”,大家的反应往往是蓝色、深蓝,但我们想给大家建立一个概念:暗黑海洋。深海中没有光线,我们在潜水器灯光下看到的那片区域,可能是几千年、甚至百万年来第一次有灯光。

“奋斗者”号在万米深渊。这可能是此处第一次有灯光丨CCTV

我经常被问一个问题:下潜遇到危险,你是怎么处理的?

在我们的文化里,对海洋的认识是有偏颇的——这种偏颇很容易引起一些共鸣,却不一定是合适的方向,比如,“乘风破浪”是摇晃颠簸,“如临深渊”是战战兢兢的感受。

但我们不希望“深海下潜”在大家心目中意味着冒险、挑战和刺激。

我们最近在筹备的“中国深海创新设计展”,也是希望和大家沟通,想让大家认识海洋,认识到我们做的深潜装备是在为科学家提供一个能频繁使用、高效利用的平台。

2018年,82岁的汪品先院士搭乘 “深海勇士号”下潜,创造了潜入深海年龄最大的纪录丨新华社

创造深海万米记录后,

“奋斗者”号在做什么?

不管“蛟龙”号还是“奋斗者”号,一台潜水器的服役生涯,并不是为了一次、两次地突破某个记录,而是要经历千次下潜,连续几十年发挥作用。

比如“奋斗者”号,去年已经开始了常规科考。在去年8月到12月的科考中,进行了21次万米的下潜。

现在,全世界去过马里亚纳海沟万米以下的有40余人,其中27个是中国人。

“奋斗者”号在马里亚纳海沟海域丨纪录片《我的万米生涯》

最近“奋斗者”号正在南海开展工作,今年的万米下潜航次也在走外交程序。因为我国管辖的海域水深一般不超过6000米,所以,“奋斗者”号要去做深渊下潜,一般不在我国海域,这就涉及到外交程序,包括申请、报备等等。

我们计划每年都能去新的地方探测。比如去年,除了马里亚纳海沟,还去了雅浦海沟。毕竟马里亚纳海沟只是世界上30条海沟之一,而且它本身还有很多部分。

从我的角度,或许是从一个荒芜的地方到一个荒芜的地方,但对科学家来讲,这些荒芜的地方,都是之前没有人去过、没有人研究过的,很可能有特殊的发现。

深海中的一株海绵,上面附着海百合和海葵丨摄影:“蛟龙”号潜航员

深海“的哥”

我的经历比较特殊。做过潜航员,驾驶潜水器服务科学家,也做过深海下潜团队的组织者和执行者。

我并不是一个非常厉害的潜航员,操作机械手的水平不高,但我是一个有驾驶和调试经验的工程师,比起操作机械手精细地摘取一朵海百合,我更关注它的关节是否正常、力道是不是足够。

“蛟龙”号7000米海试舱内照片丨 叶聪供图

最初,潜水器怎么用,国内是不清楚的,需要有人先去探索一下,就像探索做一道菜的过程。

我非常荣幸在“蛟龙”号设计时做了笔头工作,了解每个零件会在什么时间发挥什么作用,所以参与了探索做这道菜的过程。我当时像一个蹩脚的厨师,拿到食材,做得不是又快又好,但把每个流程从简单到复杂都检验了一遍,在这基础上建立起现在的流程。

现在的流程是:一位有经验的潜航员带着两位科学家到深海去,尽快找到他们感兴趣的东西,获得他们想要的样品和数据。不过,去年的“奋斗者”号科考是两位潜航员带一位科学家,因为我们的科考任务也包括培养新的潜航员。

在“蛟龙”号舱内进行心脑电测试丨叶聪供图

关于潜航员,深海“的哥”是个挺形象的比喻:每天在熟悉的路线,用熟悉的交通工具(潜水器)带不同的乘客(科学家)下潜。

英雄才冒险,深海“的哥”更注重专业和责任:带乘客去想去的地方,同时保证乘客的安全和舒适。“的哥”要具备判断环境的能力,比如遇到水流或悬崖时怎么处理;必要时,出于安全和规则考虑,深海“的哥”有权力——也不能叫“拒载”吧——有权力终止旅程;如果当天海况不好,“的哥”可能就不上班了。

我们有时开玩笑,说,以前看过“用直升机削铅笔”之类的挑战,现在对潜水器的水下作业也提出了这样精细的要求。

比如,做热液方面的研究,就要去深海中找“黑烟囱”。找到了,只能悬停在“烟囱”旁边;空气中的烟囱会顺着气流方向飘,深海中的也一样,我们不能“迎风作业”,否则浑浊的水流会影响视线;另外,烟囱的核心部位温度最高,样品价值也最高,所以,要对温度梯度有判断,尽量获得核心的样品又不破坏烟囱本身,又要保证潜水器设备不受损害。

“蛟龙”号潜航员操作机械臂和高温帽在黑烟囱附近作业

甚至,我们未来会在这些地方建立海底的实验室,或者特殊自然现象的保护区,就像现在将某处温泉或特殊现象变成公园或保护区——这就对潜水器提出了复杂的要求:能重复到达,能精准定位,能判断环境态势,最后实现各种样品和数据的采集。

再比如,去一些生物比较密集的地方,我们不希望科考影响原本完美的群落,所以也为潜航员设计了很多规则。比方说,如果环境影响了运行,可能会中止任务;如果之前采集过相关样品,我们会判断“没必要去做重复的工作”,毕竟时间也是宝贵的,不能每个人都去抓条鱼上来玩玩。

“蛟龙”号潜航员在海底热液喷口拍摄的生物

另外,如果潜水器有技术上的故障,“的哥”也要明白这个故障,就像司机一定要对自己这台车非常了解,比方说,听到异响或仪表报警,要能判断是继续作业还是中止。“深海‘的哥’”的发言权和决定权是最高等级的,甚至比水面指挥调度的人等级还要高,因为他在现场,刹车在他的脚下。

“蛟龙”号——>“深海勇士”号

——>“奋斗者”号

我的爱好偏理工科,喜欢机电设备、钢铁零件,感觉自己也适合这方面的工作。

但我不喜欢重复。

叶聪在哈尔滨工程大学度过大学四年丨 叶聪供图

上学的时候,前辈会跟我们讲,要踏实工作,一辈子可能就画好一张图,这张图可能是船上的某一个设备或一个部件,要把它精益求精——比起这样的工作,我还是更喜欢新鲜的对象。

2001年,大学毕业到702所,我想,让我做新的船也好,新的潜艇也好,我都感兴趣。

走进中国船舶科学研究中心,会看到我国3台载人潜水器的一比一模型,从左至右分别是:“奋斗者”号、“深海勇士”号和“蛟龙”号。丨CSSC

“蛟龙”号是我国第一台大深度载人潜水器,目标深度定在7000米。在它之前,我们自造的潜水器只能到达几百米深度。“蛟龙”号主要服务于国际海底,因为公海的海底资源是全人类共有的,需要去开展勘探、开发和保护。

在“蛟龙”号还没有开始海上试验的时候,我们意识到:深海中还有方方面面的需求和场景,比如海底作业、搜寻打捞,一台“蛟龙”号解决不了问题。

综合考虑,我们基于国内的技术力量,决定做一台新的潜水器,目标定在了4500米——这个深度是对标了“阿尔文”号,它也是世界上管理得最好、下潜次数最多的潜水器。我们不再一味追求深度,而是在自主方面做了很多工作,这就是“深海勇士”号,用了8年时间。

2010年前后,全世界兴起了第二次对深海的探索热潮。上一次是上世纪60年代。

于是,在“深海勇士”号还没有建造完成时,我们对国内的设计和制造水平进行了评估,觉得我们有能力在5年内完成一台万米级载人潜水器的研发和应用——“奋斗者”号就是这么来的。

我们抓住了探索深海的第二拨热潮。

去深海万米,

有哪些技术挑战?

设计潜水器不像装修房子,你可以到网上看各种瓷砖,在家里排出一个很好的餐厅或书房。我们面临的情况是:市场上没有这样的一块砖,一切需要定制。

比如球型的载人舱,原则上肯定是越大越好,窗户开越多越好,但是,一个钛合金球壳如果做得很大,厚度也会变大,焊缝变厚,就要砸很多板,板越来越厚,它的均匀性怎么样,方向怎么办,加工性能怎么样……从材料、工艺到检测和应用,整个链条上都需要做很多优化和折中。

“奋斗者”号的钛合金载人球舱丨纪录片《我的万米生涯》

对潜水器来说,从7000米到1万米,除了抗压能力变化,还有方方面面的需求改变。

比如,以前“蛟龙”号下到7000米是3个小时,现在“奋斗者”号下到1万多米也是3个小时。为什么是3小时?因为整个流程是12小时,这对人体来说是个挑战,对电池来说也是合理的时间区段,那我们就要把速度加快,这样才能保证把中间宝贵的6小时留给在海底作业。

再举个例子。“蛟龙”号的横剖面就是一个正圆,“深海勇士”是方方正正国字脸,到了“奋斗者”号变成了鸭蛋脸,或者说一个竖着的纺锤形。这种“脸型”变化会让潜水器在水下运动性能变得不一样。

2020年11月10日上午8时12分,“奋斗者”号在马里亚纳海沟成功坐底深度10909米,创造我国载人深潜新纪录。图为央视直播画面丨CCTV

你可能看过,在海试过程中“奋斗者”号进行过一次万米作业的直播。

从某种角度来讲,我们也希望潜水器的颜色更醒目。在海面上,人们常用橙红色的救生衣,但在海底,橙红色并不是最醒目的。人在潜水时也会发现指甲盖显得乌黑,因为红光很快被吸收了。从光谱的角度讲,这种绿色被吸收得最慢,所以我们为“奋斗者”号选择了大面积的绿色喷涂。

另外,像“人因”和“人机”,从“蛟龙”号开始,我们就在做,那时候主要是“避免误操”,比较简单;到“深海勇士”号,我们开始控制光线环境;“奋斗者”号就比较全了,除了避免误操、光线、空间利用,还包括考虑人的关节疲劳度,包括对操作面板的注意力分配,等等。像“蛟龙”号的驾驶座前就是一块屏幕,“深海勇士”号加了一块,现在“奋斗者”号有接近10块屏幕,根据使用的频繁程度、是否需要翻页、还有三个人的分工等等做了划分。

驾驶“蛟龙”号。图中为潜航员叶聪(主驾驶)和付文韬丨 CSSC

之前我们还有语音提示,驾驶时计算机会提醒“现在距离海底高度多少,请注意”之类的,但用起来体验并不好:深海是很安静的,突然舱里面有第四个人说话,感觉也有点奇怪,很多人不适应。所以我们现在用光线提示比较多,通过灯光或类似“弹窗”的形式。

我们也会传感器来分析潜水器的状态,判断执行效果甚至故障效果。比如,抛载的时候,左右都有两块配重,但实际上,到了一定深度,虽然是同时触发,但两边还是会存在时间差,导致潜水器倾斜或摇晃,有时甚至细微到不可察觉,但传感器可以通过加速度,或通过倾斜仪来判断执行效果。

我们现在的载人深潜技术,主要还在“进入”和“探测”这一块,与材料、结构、能源密切相关,包括怎样形成潜水器的组网,都是目前这个阶段深海技术发展的方向。

比方说,要长时间在水下工作,那潜水器的应力状态就会跟“12个小时的下潜”不一样,要考虑很多力学特征;另外,如果要在水下呆更长时间,需要能源的补给,氢、氨、核这些我们都在思考,包括能源的安全传输和检测。

再比如,现在要做对海洋的立体观测,越到海底,需要作业时的扰度更低。但我们现在用的机械手还是液压的,虽然操作灵活,但实际上它还是一个钢铁巨臂,很容易扰动海底的沉积物,像柔性取样或集成式的取样,一些新的技术手段也需要给潜水器加入进来。

潜水器的应用场景有很多,除了科考,还有军事,还有工程的,比如关键物品的打捞,还有一些就是为了游览,一些邮轮或极地探险的船上,都配备有类似的潜水器。有人喜欢看露在水面上的冰山,也有人感兴趣冰川在水下的部分,想去看一看水下的样子。

叶聪担任总设计师的观光型载人潜水器“寰岛蛟龙”,载人舱采用全通透设计,游客可以乘坐潜水器观赏最深海底40米的景色。丨CSSC

在面向公众沟通的部分,我们做得还比较弱。像航天领域,中学生都可以设计他们感兴趣的试验,加入到航天器的载荷,发射到太空去。让更多人觉得“去深海很方便,获取他们感兴趣的数据很方便”,而不仅仅是“坐在透明的潜水器里,像在鱼缸里看鱼”——这也是需要我们去做的。

我们还没有做到

“深海中哪里都能去”

我们对深海的了解才刚刚开始,还远远不够。

有人可能会说:我就是在海边长大的,你说我不懂海呀?

但深海就是一种特殊的存在。对深海的了解,我们做得越多,越觉得复杂。

事实上,我们能去的地方还很少。我现在经常要做一个解释:“奋斗者”号只是全海深潜水器,并不是全海域都能去;具备了去万米的能力,并不意味着“可以去海洋中的任何地方”。

毕竟,“深度”只是海洋的一个维度。我们还有很多挑战要迎接。

比如,靠近极地的地方,虽然不深,但我们现在还不具备到那里开展冰下作业的条件。

不过这也是很有趣的对象。首先,那里的空气温度比海水温度低很多,其次,在极地这些地方,轨道覆盖有一定的难度,再就是,要到达极地海洋,需要水面船舶辅助,不仅仅是耐压材料,还包括防寒材料,包括要解决浮力材料的抗冻问题。最简单的例子,潜水器上液压设备靠液体驱动,在水里没问题,但到空气中可能就冻住了,就像如果开柴油车到漠河,用北京的零号柴油就不行了。

再比如,有很多复杂的水下环境,像水下电缆或水下油气的节点,都要专门的工具才能处理,这些地方,潜水器能到达,却不一定能作业。还有一些繁忙的航道,如果不预先进行“扫海”处理,我们也不能轻易去。这些都是具体要解决的问题。

“泼水礼”,我还有机会

这两年,我工作的重点是把载人深潜技术应用到不同的场景。“奋斗者”号交付后,我现在已很难有下潜的机会了。

之前“蛟龙”号交付后,我们还会去进行下潜的技术保障。但现在,我们已经有了专业的维护团队,所以我能去水面上保障的机会也不多——高兴的是,它不需要我保障,说明它用得很好;遗憾的是,自己乘坐和驾驶的机会确实越来越少了。

海洋科考有很多有意思的事情。我记得,之前参加中美联合深潜的时候,过赤道时会有个仪式,扮成海神海盗,类似狂欢节。

2005年,叶聪作为中国工程师参与中美联合深潜科考,搭载“阿尔文”号载人潜水器完成两次下潜。图为叶聪在“阿尔文”号舱内丨叶聪供图

现在的科考船生活条件越来越好,但从安全角度看,还是紧张的,需要让大家放松一下。我们恶作剧挺多的,比如有人下潜回来要穿鞋,我们就提前把他的鞋冻在冰箱里,穿鞋时给他个刺激。

“阿尔文”号的惯例是,每个人第一次下潜时,无论下潜多深,都会给他一个小小的泼水仪式。我个人的理解是,这可以融洽船上的氛围,祝贺某个人完成第一次下潜;另外,毕竟待在一个很小的球舱里面,被约束了很长时间,可以解放一下,再说反正下潜回来也要去洗澡。

“蛟龙”号7000米归来的泼水礼丨叶聪供图

从“蛟龙”号开始,我们把“泼水”变成了一个破纪录的仪式:除了第一次下潜,如果某个人打破了自己的下潜深度记录,可能就下了两三米,也会泼水。

除了海水,也有人泼过香槟、酱油……出于安全考虑,我们不希望用一些导致甲板湿滑的液体,曾经有人想泼洗发水,被我们阻止了。

从2009年到2012年,“蛟龙”号进行海试的时候,1000米、3000米、5000米……每年都有新的记录,那时候我经常被泼水。

但是,到了2012年的6月30日,我个人的下潜深度到了7035米,就要等到8年后,才又一次被泼水。

“奋斗者”者号首次抵达万米归来后泼水庆祝丨纪录片《我的万米生涯》

我最后一次被泼水,是2020年10月27号,“奋斗者”号海试时第一次万米下潜,个人下潜记录是10124米。我还没有下过那个10909米——

我还有机会。

* 感谢北京当代艺术基金会胡斐、中国深海创新设计展组委会郭瑽对本文的帮助

* 感谢纪录片《我的万米生涯》(待上映)摄制组提供部分图片

口述:叶聪

采写:麦芽杨

编辑:杨杨

封面图来源:受访者供图

本文来自果壳,未经授权不得转载.



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