"深海勇士"在西南印度洋完成第100次下潛!它有多厲害

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　　來源：科學大院

　　12月11號，正在西南印度洋進行大洋考察的「深海勇士」號載人潛水器完成第100次下潛，本次下潛克服了惡劣海況，最大下潛深度為2774米，在海底作業近8小時後成功返回母船。今天，大院er就帶你去好好認識一下這位「深海勇士」。

　　人類探索深海的夢想靠它來實現

　　深海是什麼樣的？古今中外，人們對深海都抱有無盡的想像，在神話傳說中，它喜怒無常、充滿神秘氣息，在龍王和波塞冬的掌控之中。海底有什麼？海底真的有一個屬於亞特蘭蒂斯人的世界嗎？

　　在過去幾千年的絕大部分時間裡，人們利用船隻在海面活動，受限於此工具，活動範圍也局限于海平面的二維空間。而在近50年時間裡，潛水器的發明使人們對海洋的三維甚至四維空間的認識得到了極大的刷新和補充，它們潛入海底，執行科學考察、海底勘探、開發、打撈、救生等任務，成為探索深海的利器。

潛水器分類

　　大家都對我國載人潛水器「蛟龍」號非常熟悉，2017年，我國又添加一大國重器——「深海勇士」號4500米級載人潛水器！該潛水器是國家863計劃支持研製的深海裝備，是以實現國產化、降低運行成本、提高可靠性和可維護性為目標而研製的一台擁有自主知識產權的潛水器，國產化率高達95%，與國際上同類型載人潛水器相比在電池容量、潛浮速度、聲學通信和自動控制方面具有領先優勢。其工作母船為「探索一號」，由後甲板上的紅色A架進行吊放和回收。

　　「深海勇士」名片：最大工作深度：4500m；尺寸：長9.3m，寬3m，高4m；重量：20t；有效載荷：220kg；最長水下工作時間：10h ；容納人數：1名潛航員及2名科學家

「探索一號」科考船下放「深海勇士」號載人潛水器（張桅/攝）

　　「深海勇士」個人檔案

　　現在，讓我們來參觀一下「深海勇士」吧~

　　外殼

　　最外面紅白色覆蓋的地方是它的輕外殼，由玻璃鋼製作而成，外形呈流線型，以便在水下運動時減少阻力。

　　載人艙

　　「深海勇士」號的鈦合金耐壓載人艙是個內徑約2.1米的球體，之所以採用鈦合金是因為它的重量輕、防腐蝕、強度大，下潛到海里時仍然可以保證裡面是1個大氣壓，3名下潛人員就是坐在載人艙里進行操作、觀察的。載人艙里配備有生命支持系統，以維持艙里氧氣和二氧化碳的濃度。

汪品先院士和潛航員坐在載人艙里準備下潛（張桅/攝）

　　「深海勇士」號載人艙的觀察窗數目達到了5個，這對生產工藝來說無疑是個嚴苛的考驗，因為每多開一個觀察窗都會對球殼的承壓和密封帶來極大挑戰，但是5個觀察窗的設計為坐在載人艙中的下潛人員提供了更廣闊的的視野。

透過觀察窗看到的海底冷泉生物群落（張桅/攝）

　　耐壓罐

　　在深海，人需要呆在耐壓艙里，同樣，許多不抗壓的精密儀器設備也要放在耐壓罐里。揭開潛水器的輕外殼，能夠直觀看到潛水器的內部構造。大大小小的耐壓罐共有二十多個，分布在潛水器內部的左右舷、首部等易維護的位置，裡面分別密封了控制板、配電板、通信機等眾多元件。這些耐壓罐能夠抵禦460個大氣壓，打個比方，相當於指甲蓋大小的面積上承擔著約460kg的重量。

　　照明和攝錄設備

　　在潛水器的首部，搭載了各種照明和攝錄設備。由於可見光在海里一般最深只能射穿約200米深，200米以下的海都是漆黑無光的，下潛人員透過觀察窗觀察周圍環境、攝錄設備的工作都離不開照明設備發揮的巨大作用，這就好比我們夜裡開車，要開車燈，才能看清前方的路。在潛水器首部共有3台攝像機和1台照相機，底部有1台照相機和一台微光攝像機，尾部有一台攝像機，能夠從多個角度對潛水器周圍和機械手工作的情況進行實時記錄。

「深海勇士」號載人潛水器（張桅/攝）

　　機械手

　　「深海勇士」的一大亮點莫過於兩支長度近兩米的機械手了，機械手的七個關節都能夠靈活運動，在水下布放回收設備、抓取樣品都離不開它。這雙機械手在最遠端的負載能力達到65公斤，也就是說能輕鬆地抓起一個差不多正常人體重的樣品。在兩支機械手的中間，是潛水器的採樣籃，機械手採集到的樣品先放到採樣藍里，之後被帶出水面。

　　鋰電池

　　潛水器下潛的速度會視下潛的深度來定，一般在40-50m/min之間，水下作業時間在2-8h之間，潛水器在水下能長時間高效率作業，主要依靠自身攜帶的上噸重的鋰電池。這些鋰電池串聯供電，由一塊塊小的單體電池和各類感測器等組成，能夠完成約五百次的充放電。

　　水下運動

　　「深海勇士」號是個重20噸的小胖子，它能漂浮在水面，也可以在水下自由靈活運動，這是如何做到的呢？首先，它採用了國產固體浮力材料，這種浮力材料由玻璃微珠和環氧樹脂組成，玻璃微珠的直徑只有幾十微米，抓起來就像抓一把麵粉的感覺，這兩者做成的浮力材料具有耐高壓、低吸水率的性質。

下潛前，蛙人為「深海勇士」解開纜繩（張漢羽/攝）

　　潛水器的動力系統包括前側、中段和尾部分布的6個螺旋推動器，它們使潛水器在水中可以自由地移動。然而光靠這個是不夠的，它是如何自由地大幅度上浮下潛的呢？我們知道水中很多硬骨魚類有個叫魚鰾的器官，魚鰾內充滿氣體，魚可以通過調節魚鰾內氣體的體積來控制身體的比重，從而在遊動時可以輕鬆自如地保持想要的狀態。潛水器中也有類似魚鰾的裝置，是由幾部分設備共同協作完成的。潛水器被母船的A架放入水中後，首先是浮在水面的，然後對潛水器內部大約能裝1.8個立方海水的壓載水箱進行注水，重量不斷增加，幾分鐘注滿後，自身重量大於浮力，潛水器便可以下潛了。

　　當潛水器下潛至指定的工作深度時，便拋棄隨身攜帶的壓載鐵，以使潛水器自身重力和浮力平衡，懸浮在水中。在作業過程中，如果需要對潛水器的高度進行調整，可調壓載水艙通過注水與排水，就可以發揮四兩撥千斤的作用。當完成作業後，潛水器拋掉上浮壓載鐵，潛水器浮力大於重力，便開始向上返程啦！當潛水器接近水面時，壓載水箱開始向外排水，進一步增大浮力，潛水器到達水面時便可以漂浮在水面啦！

　　通訊

　　「深海勇士」在下潛後跟「探索一號」之間是沒有纜繩連接的，那它是如何跟母船保持聯繫的呢？由於無線電在水中衰減得更快，所以它們之間採取聲波來傳遞信號。「深海勇士」上安裝了水聲數字通信機和備用的水聲電話，母船上安裝了水聲數字通信機，可以傳輸語音、文字和圖片，傳輸到接收會有約一分鐘的延遲，像科幻電影《巨齒鯊》里那種可以實時傳輸艙內視頻的技術，也是研發人員的奮鬥目標之一啦！

「深海勇士」號載人潛水器和母船「探索一號」之間利用聲波進行通訊（圖片來自諾亦騰）

　　跟隨「深海勇士」來一次下潛之旅

　　科考船上的工作任務是緊張而艱巨的，在確定下潛時間、地點、人員和任務後，科學家需要接受培訓，目的是幫助科學家了解潛水器內部設備和熟悉相關應急操作，以及在水下執行任務時需要運用的軟體及使用方法。

　　在下潛前，相關工作人員在甲板上進行緊張而有序的操作，1名潛航員和2名科學家也進入潛水器的載人艙進行準備工作。幾分鐘後，潛水器開始入水，入水的過程中有些晃動，下潛的過程中潛水器非常平穩。下潛到200米的深度就基本上沒有光亮了，窗外是漆黑而寧靜的世界，偶爾能看到一些發光的小生物，像黑夜裡的螢火蟲。當接近目標深度時，潛航員打開潛水器頭部的照明燈，操作潛水器拋棄壓載物，準備著底。著底後，便駕駛著潛水器開始工作啦。

「深海勇士」準備下潛（張桅/攝）