創(chuàng)造載人深潛世界紀(jì)錄：“蛟龍”號(hào)“升級(jí)”，探秘深海更有“潛力”

從跟跑、并跑到個(gè)別領(lǐng)域領(lǐng)跑，創(chuàng)造載人深潛世界紀(jì)錄；完成技術(shù)性能優(yōu)化后邁入業(yè)務(wù)化應(yīng)用新階段

“蛟龍”號(hào)“升級(jí)”，探秘深海更有“潛力”

海洋孕育了生命、聯(lián)通了世界、促進(jìn)了發(fā)展。作為認(rèn)識(shí)海洋的重要平臺(tái)，現(xiàn)代海洋科考船自二戰(zhàn)以來(lái)迅猛發(fā)展；作為科考船上的重要裝備，潛水器逐漸成為標(biāo)配。在所有潛水器類型中，載人潛水器（HOV）可以搭載科學(xué)家親臨海底，進(jìn)行最為逼真的現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)、原位探測(cè)、精細(xì)采樣等工作，成為國(guó)內(nèi)外研發(fā)的重點(diǎn)。

我國(guó)自上世紀(jì)90年代提出研發(fā)載人潛水器以來(lái)，經(jīng)30年探索發(fā)展，成績(jī)顯著。日前，中國(guó)大洋礦產(chǎn)資源研究開發(fā)協(xié)會(huì)第六屆常務(wù)理事會(huì)第十五次會(huì)議召開，總結(jié)指出以我國(guó)自主研制的“蛟龍”號(hào)為代表的深海高科技裝備實(shí)現(xiàn)了從跟跑、并跑到個(gè)別領(lǐng)域領(lǐng)跑的重大跨越，“蛟龍”號(hào)創(chuàng)造了載人深潛世界紀(jì)錄并投入業(yè)務(wù)化應(yīng)用。

“蛟龍”號(hào)新母船“深海一號(hào)”。

定位7000米級(jí)的信念

從即墨區(qū)鰲山衛(wèi)驅(qū)車出發(fā)，約十分鐘后就可以來(lái)到國(guó)家深?；毓芾碇行模ㄒ韵潞?jiǎn)稱“深海中心”）。深海中心近黃海而立，兩側(cè)被草島和柴島環(huán)抱，附近可以看到柴島村、向陽(yáng)莊村等小漁村。但漁船在這里已不太常見，令人矚目的是一艘艘巨大的科考船。草島上，一道300余米長(zhǎng)的大壩伸入大海，這就是國(guó)家深海基地碼頭。從深海中心副總工程師丁忠軍3樓的辦公室望出去，可以清楚地看到“蛟龍”號(hào)母船“深海一號(hào)”靜靜地?？吭诖a頭?！啊詈Ｒ惶?hào)’科考船近日剛剛回到青島，‘蛟龍’號(hào)完成第227次下潛?！倍≈臆娬f(shuō)。

10年前的6月27日，“蛟龍”號(hào)在海洋最深處馬里亞納海溝成功下潛7062米，這是我國(guó)載人深潛領(lǐng)域從未企及的深度。而要到達(dá)這個(gè)深度，需要強(qiáng)大的綜合國(guó)力作為支撐。連續(xù)多年擔(dān)任“蛟龍”號(hào)海試總指揮的劉峰說(shuō)，我國(guó)在上世紀(jì)90年代就曾提出研發(fā)載人潛水器，論證時(shí)間長(zhǎng)達(dá)10年。直到2002年，“7000米載人潛水器”（后命名為“蛟龍”號(hào)）正式立項(xiàng)，列入我國(guó)國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃（863計(jì)劃）重大專項(xiàng)。在此之前，我國(guó)在載人深潛領(lǐng)域缺席了近50年。

“蛟龍”號(hào)下潛。

國(guó)外潛水器研發(fā)經(jīng)歷了一段長(zhǎng)期的探索，而快速發(fā)展還是在二戰(zhàn)以后。其中，瑞士皮卡德父子在1950年代研制出著名的“的里雅斯特”號(hào)，并駕駛這艘載人潛水器于1953年創(chuàng)造了下潛3150米的世界紀(jì)錄。后來(lái)美國(guó)購(gòu)置了“的里雅斯特”號(hào)并進(jìn)行改裝，于1960年在馬里亞納海溝創(chuàng)造了下潛10916米的世界紀(jì)錄。不過(guò)，這次下潛屬于冷戰(zhàn)時(shí)期的“軍備競(jìng)賽”，可以說(shuō)只為打破下潛紀(jì)錄。1964年，美國(guó)“阿爾文號(hào)”成功下水，這是世界上第一臺(tái)作業(yè)型載人潛水器，第一代最大下潛2000米，第二代增加至4500米。除美國(guó)之外，1984年，法國(guó)建造了“鸚鵡螺號(hào)”，最大下潛深度達(dá)6000米；1987年，蘇聯(lián)（現(xiàn)俄羅斯）建造了“和平－1號(hào)”和“和平－2號(hào)”，最大下潛深度同樣為6000米；1990年，日本建造了“深海6500號(hào)”，最大下潛深度達(dá)6500米。

縱觀當(dāng)時(shí)國(guó)外發(fā)展，載人潛水器研發(fā)已成為一種趨勢(shì)。這也是上世紀(jì)90年代我國(guó)提出研發(fā)載人潛水器的原因。將載人潛水器的最大下潛深度定位到7000米級(jí)，則凸顯了我國(guó)對(duì)標(biāo)、超越世界上同類型載人潛水器的信念和決心。

“20世紀(jì)90年代，我國(guó)深海大洋事業(yè)蒸蒸日上。但重大深海科考裝備嚴(yán)重缺失，高精尖設(shè)備幾乎全部來(lái)自進(jìn)口。”丁忠軍回憶，我國(guó)需要有一個(gè)引領(lǐng)性的重大工程實(shí)現(xiàn)突破，提振我們進(jìn)入深海的民族自信心，而載人潛水器就是重大裝備里的杰出代表。

我國(guó)有發(fā)展高科技的戰(zhàn)略布局，也有更直接的現(xiàn)實(shí)需求。據(jù)介紹，隨著國(guó)際海底調(diào)查研究工作的深入，我國(guó)于2001年獲得東太平洋7．5萬(wàn)平方公里具有專屬勘探權(quán)和優(yōu)先開采權(quán)的多金屬結(jié)核勘探礦區(qū)。利用載人潛水器抵達(dá)海底，可以對(duì)海底資源環(huán)境進(jìn)行更加詳細(xì)的實(shí)地勘察，也可以直接在海底進(jìn)行取樣以及原位實(shí)驗(yàn)。由此，“蛟龍”號(hào)研發(fā)被更快提上了日程。

下潛7000米的挑戰(zhàn)

一般而言，在載人潛水器里，潛航員不用做特殊的安全防護(hù)。因此要保障潛航員的生命安全，就需要在潛水器上下功夫。首先要解決載人潛水器的耐壓?jiǎn)栴}?！膀札垺碧?hào)副總設(shè)計(jì)師朱敏曾這樣比喻：7000米水深對(duì)應(yīng)的壓力是7000噸，“蛟龍”號(hào)下潛7000米，相當(dāng)于潛水器本體每1平方米上摞了150輛96式坦克（每輛重約45噸）。“蛟龍”號(hào)承受巨壓而不變形，就對(duì)材料、結(jié)構(gòu)和密封技術(shù)等提出了高要求。其次要完善水聲通信技術(shù)。因?yàn)闊o(wú)線電波在水中衰減太快，所以“蛟龍”號(hào)在海底唯一的通信手段是水聲技術(shù)。為保持海底“蛟龍”號(hào)與海面之上科考母船交流暢通，需要解決水聲通信傳輸率低、噪音影響、回波干擾等難題。

關(guān)于自主研發(fā)還是租用國(guó)外載人潛水器，還發(fā)生過(guò)一個(gè)小插曲?！爱?dāng)時(shí)我們想租用美國(guó)的‘阿爾文號(hào)’載人潛水器，但對(duì)方開價(jià)，一個(gè)潛次就要50萬(wàn)美元。按當(dāng)年的匯率來(lái)算，我們使用他們的潛水器下潛一次就要支付約500萬(wàn)元，根本用不起?！倍≈臆姼袊@，我國(guó)沒(méi)有自己的載人潛水器，也租不起國(guó)外的載人潛水器，不靠自己研發(fā)能行嗎？

正是在上述各種因素的影響下，我國(guó)建立起了自己的載人潛水器研發(fā)隊(duì)伍。彼時(shí)，全國(guó)百余家單位通力合作，中船重工集團(tuán)公司七○二所全程參與載人球艙的制造和焊接，中國(guó)科學(xué)院聲學(xué)研究所負(fù)責(zé)聲學(xué)通信系統(tǒng)，中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所負(fù)責(zé)控制系統(tǒng)……除了聚焦載人潛水器本體之外，中國(guó)大洋礦產(chǎn)資源研究開發(fā)協(xié)會(huì)還專門選拔了我國(guó)第一代潛航員進(jìn)行集中培訓(xùn)，通過(guò)國(guó)際合作，于2005年乘坐美國(guó)“阿爾文號(hào)”載人潛水器完成了8人次的下潛任務(wù)，獲得了寶貴的下潛經(jīng)驗(yàn)，為后續(xù)開展?jié)摵絾T系統(tǒng)培訓(xùn)奠定了基礎(chǔ)。

“蛟龍”號(hào)拍攝的甲胄?？?。

經(jīng)過(guò)多年探索布局，“蛟龍”號(hào)生命支持系統(tǒng)、耐壓密封系統(tǒng)、自動(dòng)控制系統(tǒng)、聲學(xué)通信系統(tǒng)、電池能源系統(tǒng)等一系列關(guān)鍵技術(shù)取得突破。2009年，“蛟龍”號(hào)完成總裝。當(dāng)年8月，首潛38米，邁出了中國(guó)載人深潛第一步。此后四年，“蛟龍”號(hào)在科考母船“向陽(yáng)紅09”的支撐下，相繼取得1000米級(jí)、3000米級(jí)、5000米級(jí)和7000米級(jí)海試成功。2012年6月27日，“蛟龍”號(hào)在馬里亞納海溝成功下潛7062米，創(chuàng)世界同類型載人潛水器最深下潛紀(jì)錄。

作為中國(guó)自行設(shè)計(jì)、自主集成研制的第一臺(tái)載人潛水器，在一次次下潛中，“蛟龍”號(hào)的性能得到了驗(yàn)證，也在不斷刷新下潛紀(jì)錄中亮相世界舞臺(tái)。因?yàn)橛辛恕膀札垺碧?hào)，中國(guó)成為繼美、法、俄、日之后世界上第五個(gè)掌握大深度載人深潛技術(shù)的國(guó)家。

新模式、新學(xué)科

“大約9時(shí)，‘蛟龍’號(hào)開始垂直下潛，落向南海的海山。隨著下潛深度的增加，舷窗外的海水由寶藍(lán)色變成深藍(lán)色直到漆黑，閃著熒光的浮游生物向上一一劃過(guò)。很快，我們就下潛到了3573米深的海底。我們觀測(cè)到了無(wú)邊無(wú)際的鐵錳結(jié)核，看到了紫色、白色、紅色、深褐色的多種海參，還有紅色的真蝦、白色的海百合、海傘珊瑚、鎧甲蝦……原來(lái)幾千米的深海并不是生命的荒漠，生物種類數(shù)一點(diǎn)兒也不少。”

“蛟龍”號(hào)拍攝的盲蝦。

2013年6月，“蛟龍”號(hào)開啟首個(gè)試驗(yàn)性應(yīng)用航次，從海試階段正式邁進(jìn)為期5年的試驗(yàn)性應(yīng)用階段。在同年7月3日“蛟龍”號(hào)第58潛次中，潛航員唐嘉陵、中科院聲學(xué)所副研究員張東升、中科院海洋所研究員李新正一起乘坐“蛟龍”號(hào)在南海考察?！斑@次下潛，我親眼看到了深海海底各種奇奇怪怪的動(dòng)物?！崩钚抡a(bǔ)充說(shuō)，借助“蛟龍”號(hào)下潛，他們發(fā)現(xiàn)，在深海海山、冷泉或熱液環(huán)境中，生物群落個(gè)體密度和生物量遠(yuǎn)高于淺海，一些深海生物甚至不需要陽(yáng)光也可以生存。這些新發(fā)現(xiàn)，改變了科學(xué)家許多傳統(tǒng)認(rèn)知。

因?yàn)閾?dān)任副總工程師、長(zhǎng)期負(fù)責(zé)“蛟龍”號(hào)的布放與回收工作，丁忠軍對(duì)這次下潛也印象深刻?！霸谙聺摰郊s1000米時(shí)，我們就發(fā)現(xiàn)了大面積、密密麻麻的鎧甲蝦等生物。在海底，鐵錳結(jié)核一望無(wú)際，令人震驚。”丁忠軍感嘆，如今大家都清楚，海山被譽(yù)為“海底大花園”，是海洋生物的聚集地，是研究深海生物多樣性的熱點(diǎn)地區(qū)。但在當(dāng)時(shí)，國(guó)際上對(duì)海山也少有報(bào)道。更讓人想不到的是，他們利用我國(guó)自主研發(fā)的載人潛水器發(fā)現(xiàn)并證明，我國(guó)管轄海域的深水區(qū)也存在著如此豐富的海底世界。

“蛟龍”號(hào)拍攝的捕繩草海葵、海羊齒。

“‘蛟龍’號(hào)的應(yīng)用，開拓了我國(guó)深海資源環(huán)境勘查的一種新模式?！倍≈臆姳硎?，在此之前，我國(guó)對(duì)海底勘查的常用辦法是使用科考船上的抓斗裝備，但抓斗到達(dá)海底不會(huì)移動(dòng)，相當(dāng)于在大海中“盲采”。拍照觀察時(shí)，科考船通過(guò)纜繩將深海攝像光學(xué)拖體置入海中，在海底拍攝影像，但又受限于當(dāng)時(shí)的技術(shù)水平以及復(fù)雜的海底環(huán)境，光學(xué)拖體不可能無(wú)限接近海底?？梢哉f(shuō)，以往的深海調(diào)查手段都存在一定的局限性。“駕駛‘蛟龍’號(hào)，潛航員可以透過(guò)‘蛟龍’號(hào)舷窗直接觀察海洋，也可以駕駛‘蛟龍’號(hào)進(jìn)行取樣等工作，還可以利用‘蛟龍’號(hào)拍攝影像，其分辨率更是達(dá)到厘米級(jí)。”丁忠軍說(shuō)，借助“蛟龍”號(hào)，我國(guó)科學(xué)家深入海山區(qū)、冷泉區(qū)、熱液區(qū)、洋中脊等海底特殊生境，進(jìn)一步拓展了我們對(duì)深海的認(rèn)知。在海底的一次次新發(fā)現(xiàn)，又催生了深海生物基因資源、深海極端環(huán)境、深海礦產(chǎn)資源等新學(xué)科。近年來(lái)，中國(guó)學(xué)者在海洋生物多樣性等多個(gè)領(lǐng)域研究成果井噴，彰顯和提升了我國(guó)國(guó)際影響力，中國(guó)進(jìn)入了深海考察和研究的黃金時(shí)代。

在“蛟龍”號(hào)試驗(yàn)性應(yīng)用期間，我國(guó)第一個(gè)、世界第五個(gè)國(guó)家深海基地在青島建設(shè)。2015年3月17日，“向陽(yáng)紅09”船搭載“蛟龍”號(hào)停靠國(guó)家深?；卮a頭，標(biāo)志著國(guó)家深海基地啟用，“蛟龍”號(hào)正式安家青島。此后“蛟龍”號(hào)的運(yùn)維、管理都依托國(guó)家深?；剡M(jìn)行，有了更加系統(tǒng)化的保障舞臺(tái)。

“蛟龍”號(hào)完成升級(jí)改造

2017年，“蛟龍”號(hào)完成試驗(yàn)性應(yīng)用，具備業(yè)務(wù)化應(yīng)用的條件。在步入業(yè)務(wù)化運(yùn)行之前，由深海中心牽頭，開展了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃——深海關(guān)鍵技術(shù)與裝備專項(xiàng)“蛟龍?zhí)栞d人潛水器科學(xué)應(yīng)用與性能優(yōu)化”項(xiàng)目，從提高潛水器水下作業(yè)效率及安全性、降低運(yùn)行成本等角度，對(duì)“蛟龍”號(hào)進(jìn)行技術(shù)性能優(yōu)化。

2017年，深海中心總結(jié)“蛟龍”號(hào)歷次下潛經(jīng)驗(yàn)，對(duì)“蛟龍”號(hào)實(shí)施維護(hù)升級(jí)。據(jù)丁忠軍介紹，整體來(lái)看，主要是實(shí)施四個(gè)大方面的升級(jí)改造。首先是“蛟龍”號(hào)的整體結(jié)構(gòu)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)升級(jí)換代。比如，此前的機(jī)械手距離作業(yè)區(qū)較遠(yuǎn)，不方便作業(yè)，優(yōu)化后作業(yè)覆蓋范圍更寬，水下作業(yè)效率及安全性大大提高。其次是優(yōu)化了拋載系統(tǒng)。為了節(jié)省能源，“蛟龍”號(hào)靠壓載物下潛和上浮。本次優(yōu)化將壓載鐵換成了壓載沙，大幅提高了裝載效率和安全性。三是升級(jí)“蛟龍”號(hào)的導(dǎo)航控制系統(tǒng)。最大的改變是將海底的地形地貌圖疊加到了導(dǎo)航控制系統(tǒng)里，潛航員可以直接對(duì)照地圖去尋找目標(biāo)。最后是升級(jí)了“蛟龍”號(hào)上搭載的聲學(xué)設(shè)備。如今海底探測(cè)的分辨率大幅度提高，可更精細(xì)化開展海底勘查。

改造升級(jí)“蛟龍”號(hào)的同時(shí)，其母船“向陽(yáng)紅09”也面臨著船舶機(jī)械設(shè)備老化等問(wèn)題。2015年，“蛟龍”號(hào)新母船項(xiàng)目通過(guò)發(fā)改委立項(xiàng)，2017年正式開建，定名“深海一號(hào)”?！吧詈Ｒ惶?hào)”是針對(duì)“蛟龍”號(hào)特點(diǎn)專門設(shè)計(jì)的一艘4700噸級(jí)綜合科考船，可為“蛟龍”號(hào)深潛作業(yè)提供水下、水面支持及維護(hù)保養(yǎng)。

“一個(gè)載人潛水器是否具備業(yè)務(wù)化應(yīng)用條件，有三點(diǎn)很關(guān)鍵：第一，要有一個(gè)專業(yè)的科考母船；第二，載人潛水器自身具備優(yōu)異性能；第三，要有一支強(qiáng)有力的潛航員隊(duì)伍。”丁忠軍說(shuō)，隨著“深海一號(hào)”于2020年底完成海試驗(yàn)收，隨著“蛟龍”號(hào)科學(xué)應(yīng)用與性能優(yōu)化項(xiàng)目于2021年上半年完成海試驗(yàn)收，以及經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期摔打錘煉，深海中心建立了一支優(yōu)秀的潛航員隊(duì)伍，因此可以說(shuō)，“蛟龍”號(hào)從2021年進(jìn)入了業(yè)務(wù)化應(yīng)用階段。

回首來(lái)路，從立項(xiàng)研發(fā)到投入業(yè)務(wù)化應(yīng)用，“蛟龍”號(hào)已走過(guò)近20年。歷經(jīng)不斷探索、試錯(cuò)、優(yōu)化，“蛟龍”號(hào)迎來(lái)新生。截至目前，“蛟龍”號(hào)共完成下潛227次。在最新的一次海底熱液區(qū)下潛中，升級(jí)改造后的“蛟龍”號(hào)在高溫復(fù)雜環(huán)境下的作業(yè)性能也得到了進(jìn)一步驗(yàn)證。

“在專業(yè)載人深潛母船的支持下，新‘蛟龍’號(hào)的作業(yè)效率將大幅提高。站在新的起點(diǎn)上，將為我國(guó)深海資源環(huán)境調(diào)查研究提供更有力的支撐?！倍≈臆妼?duì)“蛟龍”號(hào)探秘深海大洋充滿信心。（青島日?qǐng)?bào)／觀海新聞?dòng)浾?李勛祥）

“蛟龍”號(hào)發(fā)展歷程

2002年

“蛟龍”號(hào)正式立項(xiàng)

2009年

“蛟龍”號(hào)完成總裝，當(dāng)年8月完成首潛

2012年6月27日

“蛟龍”號(hào)在馬里亞納海溝成功下潛7062米，創(chuàng)世界同類型載人潛水器最深下潛紀(jì)錄

2013年6月

“蛟龍”號(hào)開啟首個(gè)試驗(yàn)性應(yīng)用航次

2015年3月17日

國(guó)家深?；貑⒂?，“蛟龍”號(hào)正式安家青島

2017年

?“蛟龍”號(hào)實(shí)施維護(hù)升級(jí)

?“蛟龍”號(hào)新母船“深海一號(hào)”開建

2021年

“蛟龍”號(hào)進(jìn)入業(yè)務(wù)化應(yīng)用階段