“蛟龙”号：从50米到5000米的跨越

　　编者按 从7月21日到8月1日，在1万公里之外的东北太平洋海试区域，我国第一台自行设计、自主集成的“蛟龙”号载人潜水器连续5次进行下潜实验，创下了最大深度5188米的纪录，标志着我国成为继美、法、俄、日之后第五个掌握5000米以上大深度载人深潜技术的国家。

　　2002年，科技部将“蛟龙”号深海载人潜水器列为“863”计划重大专项，旨在通过自行设计、自主集成，打造一条海底深潜“中国龙”。

　　不断刷新的深潜纪录

　　从2009年8月到2011年8月，整整两年时间。在这两年时间里，从最初的50米级海试第一潜到现在的最大下潜深度5188米，“蛟龙”号不断刷新着下潜深度的历史纪录。

　　2009年，“蛟龙”号在南海成功进行了20次下潜，50米海试圆满成功、300米海试成功坐底，最大下潜深度达1109米，迈出了走向深海的第一步。

　　2010年，“蛟龙”号在南海17次下潜、7次突破2000米、4次突破3000米，创下了最大下潜深度3759米的纪录，跨入了载人深潜国际俱乐部。

　　在这一次海试中，“蛟龙”号载人潜水器相继突破4027.31米、5057米深度之后，创下了5188米的最深纪录，进一步巩固了我国载人深潜在全球“第一梯队”的位置。

　　50米、300米、1000米、3000米、5000米……随着纪录的不断刷新，“蛟龙”号的各种技术性能指标也得到了不断的验证和完善。国家海洋局副局长、中国大洋协会理事长、“蛟龙”号5000米级海试领导小组组长王飞说：“海试的目的就是要发现问题，然后对‘蛟龙’号不断进行完善，这也是各国海试的基本经验。”为了实现潜入水下5000米的目标，在完成3000米级海试返航之后，“蛟龙”号进行了一番技术改进，在不到一年的时间里，完成了作业系统、绝缘检测系统、视频系统的升级。

　　正是由于不断的海试—改进—再海试—再改进，“蛟龙”号的技术功能和性能指标得到了极大提升。“与3000米级海试时相比，如今的‘蛟龙’号不仅更换了高画质的3CCD摄像机和高清摄像机，而且增加了采样篮抛弃机构，配备了专门的作业系统。”“蛟龙”号深海载人潜水器总设计师徐芑南告诉记者。

　　据介绍，在3000米级海试中，视频质量不是很理想，因此海试后对视频系统进行了较大的改造，并增加了大功率LED水下灯以提高照明的亮度和色温。此外，还将高清信号进行无压缩存储，将最清晰的图像保存下来，最大限度保证视频质量良好。

　　由于在5000米级海试中采样篮将携带各种采样设备，而海底情况不明，一旦采样篮与海底杂物发生缠绕，将给“蛟龙”号带来极大安全隐患。“在此次海试中，‘蛟龙’号增加了采样篮的抛弃机构，在危险情况下可以对采样篮实施抛弃。”徐芑南说。同时，为完成5000米海底的微地形地貌调查、海底生物取样、沉积物取样，“蛟龙”号配备了专门的作业系统，以帮助其在后续的下潜活动中将上次的下潜终点作为起点，提高工作效率。

　　这一系列的改进和新的设计，既确保了5000米级海试的成功，又在海试中得到了测试和验证，为下一步7000米级海试奠定了坚实的基础。“到那时，最深下潜深度将再一次被刷新。”王飞对此满怀期待。

　　确保下得去上得来

　　从50米到3000米到5000米，并不是简单的数字变化。徐芑南告诉记者，每一次变化都是一次严峻的挑战，每一次变化都承担着巨大的风险。

　　对深潜来说，耐压和密封是考验深海载人潜水器性能最重要的两个指标。在水下，水深每增加10米，压力就会增加1个大气压。当“蛟龙”号潜入水下5000米时，它承受着相当于500个大气压的巨大压力，相当于在1平方米的面积上压上5000吨的重量。巨大的水压，不仅考验着潜水器的耐压能力，也考验着它的密封性能。

　　因此，如何保证潜航人员和“蛟龙”号的安全，能够下得去、上得来，永远是“蛟龙”号科研团队不断攻关的难题。在“蛟龙”号的所有设计中，徐芑南印象最为深刻的是应急抛载系统设计。

　　“应急抛载系统的设计必须要确保100%的成功。”徐芑南说。为确保安全，“蛟龙”号设计时主要采用通电吸附、断电抛载，除此之外，还可以利用液压缸将其“顶掉”。据了解，为确保万无一失，应急抛载系统在压力筒中进行了90多次试验，并进行了40余次海上实验。

　　包括应急抛载系统在内，“蛟龙”号上有12个分系统，每个分系统都有自己的难关，每个问题都必须要解决，不能有短板。

　　早在2002年，“7000米载人潜水器项目”得到了科技部“863”计划重大专项的支持，集结了中船重工集团公司、中科院沈阳自动化所等100家科研机构和企业联合攻关，历时7载，实现了耐压结构、生命保障、远程水声通讯等关键技术的突破，并实现了12个系统在技术上的无缝对接。

　　“‘蛟龙’号从方案设计到总装联调和海上试验，全部由我国工程技术人员自主完成。”王飞表示。作为我国第一台自行设计、自主集成研制的深海载人潜水器，“蛟龙”号与国外同类载人潜水器相比，在技术上有着自己的特色和优势：一是具有先进的近底自动航行功能和悬停定位功能，便于目标搜索和定位，可在海底自由前后航行；二是具有高速水声通信功能，可以将潜水器在水下的语音、图像、文字等各种信息实时传输到母船上，母船的指令也可以实时地传给潜水器；三是我国自行开发研制的充油银锌蓄电池与国外同类相比，容量是最大的，从而保证了水下作业时间。

　　这些技术优势使得“蛟龙”号正逐步迈入世界载人潜水器的先进行列。

　　7000米深潜蓄势待发

　　“‘蛟龙’号成功突破5000米，表明了我们有能力达到全球70％以上的海洋深处进行探索。”王飞说。

　　这是一个什么概念呢？比如，海底可燃冰一般分布深度为2000米至3000米，热液硫化物一般分布深度为3000米至4000米，而锰结核等重要矿产资源则要到5000米深度左右。尤其是中国大洋协会和国际海洋管理局签署的东北太平洋多金属结核资源勘探合同区域，洋底深度超过5000米。“这在过去，要么只好望洋兴叹，要么只能借助探测仪器，进行远距离科考，而‘蛟龙’号此次突破，为我们提供了近距离科考平台，它可以装载科学设备，深入5000米以下洋底，对目标进行更精细探测。”徐芑南解释说。

　　不过，在徐芑南看来，目前5000米深度其实只是个统称，“蛟龙”号海试主要分为两个部分，第一是到达深度，第二是进行作业。

　　“虽然5000米深度全面检验了潜水器的各项性能，但仅仅下潜到某一深度远不是潜水器的全部功能。在接下来的下潜中，我们还要在有条件的情况下进行各项科研作业，检验各项设计功能。”徐芑南所说的作业是指“蛟龙”号在5000米级目标区域中进行应用性试验，其中包括多金属结核采样、开展海底观测、调查生态环境等。

　　王飞也表示，下潜到5000米级深海只是阶段性成果，下一步将进入实质性应用阶段。实际上，“蛟龙”号在第三次海试中，完成了海底照相、摄像、地形地貌测量及海底取样等多项任务；在第五次海试中，进行了海水收入、沉积物取样和生物标本采集实验，海底作业的时间持续了两个半到三个小时，与前四次海底试验相比，是时间最长的一次。

　　“按计划开展的作业试验与应用，全面考核了‘蛟龙’号在5000米水深的设计功能和性能，进一步锻炼和培养了中国载人深潜技术能力。”徐芑南表示。

　　“蛟龙”号的最大工作设计深度为7000米，具备深海探矿、海底高精度地形测量、可疑物探测与捕获、深海生物考察等功能，理论上的工作范围可覆盖全球99.8%的海洋区域。“明年，‘蛟龙’号将向7000米发起冲击，突破深潜7000米级后，‘蛟龙’号将圆满完成设计目标，顺利进入以科考应用为主的阶段。”

　　王飞告诉记者，今后，“蛟龙”号将为进行更大范围的海洋科考提供技术平台支撑，包括运载科学家和工程技术人员进入深海，在海山、洋脊、盆地和热液喷口等复杂海底有效执行各种科学考察，开展深海探矿、海底高精度地形测量、可疑物探测和捕获等工作，并将执行水下设备定点布放、海底电缆和管道检测以及其他深海探寻及打捞等各种复杂作业。

　　延伸阅读

　　世界上主要深海潜水器

　　深海潜水器体现一个国家的综合技术力量，是海洋技术开发的最前沿与制高点，利用它可取得海底世界的宝贵数据和资料，用于深海资源勘探、热液硫化物考察、深海生物基因、深海地质调查等领域。目前世界上只有美国、日本、法国、俄罗斯拥有深海载人潜水器，最大工作深度未超过6500米。中国研制的7000米载人潜水器，将成为目前世界下潜工作深度最深的载人潜水器。

　　美国“阿尔文”号深潜器

　　美国是较早开展载人深潜的国家之一。1964年建造的“阿尔文”号载人潜水器是他们的代表作，可以下潜到4500米的深海。1985年，它找到“泰坦尼克”号沉船的残骸，如今已经进行过近5000次下潜，是当今世界上下潜次数最多的载人潜水器。美国于1968年还建造了6000米级潜深的载人潜水器“海涯”号，重量为26吨。由于建造时的技术条件限制，其性能落后，1974年改装后归海军使用，现已退役。

　　俄罗斯“和平1”号潜水器

　　俄罗斯是目前世界上拥有载人潜水器最多的国家，比较著名的是1987年建成的“和平1”号和“和平2”号两艘6000米级潜水器，带有12套检测深海环境参数和海底地貌的设备，最大特点就是能源比较充足，可以在水下待17个小时至20个小时。电影《泰坦尼克号》里面很多镜头就是“和平1”号和“和平2”号探测的镜头。2007年8月2日由两艘“和平”号载人潜水器联合完成的俄罗斯“北极—2007”海洋科学考察，使这两艘载人潜水器再次引起世人瞩目。

　　日本“深海6500”号

　　日本1989年建成了下潜深度为6500米的“深海6500”号载人潜水器，重量为26吨，水下作业时间为8小时，装有三维水声成像等先进的研究观察装置，可旋转的采样篮使操作人员可以在两个观察窗视野下进行取样作业。它曾下潜到6527米深的海底，创造了载人潜水器深潜的世界纪录。“深海6500”载人潜水器已对6500米深的海洋斜坡和断层进行了调查，并被用于对地震、海啸等的研究。

　　法国“鹦鹉螺”号潜水器

　　法国1985年研制成的“鹦鹉螺”号潜水器最大下潜深度可达6000米，重量为18.5吨，可载3人，水下作业时间为5小时。它具有重量轻、上浮下潜速度快、能侧向移动、观察视野好、可携带一个小型水下机器人等特点，已完成过多金属结核区域、深海海底生态调查以及搜索沉船、有害废料等任务。