12月11號(hào)，正在西南印度洋進(jìn)行大洋考察的“深海勇士”號(hào)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(yè)近8小時(shí)后成功返回母船。今天，大院er就帶你去好好認(rèn)識(shí)一下這位“深海勇士”。
人類探索深海的夢(mèng)想 靠它來(lái)實(shí)現(xiàn)
深海是什么樣的？古今中外，人們對(duì)深海都抱有無(wú)盡的想象，在神話傳說中，它喜怒無(wú)常、充滿神秘氣息，在龍王和波塞冬的掌控之中。海底有什么？海底真的有一個(gè)屬于亞特蘭蒂斯人的世界嗎？
在過去幾千年的絕大部分時(shí)間里，人們利用船只在海面活動(dòng)，受限于此工具，活動(dòng)范圍也局限于海平面的二維空間。而在近50年時(shí)間里，潛水器的發(fā)明使人們對(duì)海洋的三維甚至四維空間的認(rèn)識(shí)得到了極大的刷新和補(bǔ)充，它們潛入海底，執(zhí)行科學(xué)考察、海底勘探、開發(fā)、打撈、救生等任務(wù)，成為探索深海的利器。
潛水器分類
大家都對(duì)我國(guó)載人潛水器“蛟龍”號(hào)非常熟悉，2017年，我國(guó)又添加一大國(guó)重器——“深海勇士”號(hào)4500米級(jí)載人潛水器！該潛水器是國(guó)家863計(jì)劃支持研制的深海裝備，是以實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化、降低運(yùn)行成本、提高可靠性和可維護(hù)性為目標(biāo)而研制的一臺(tái)擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的潛水器，國(guó)產(chǎn)化率高達(dá)95%，與國(guó)際上同類型載人潛水器相比在電池容量、潛浮速度、聲學(xué)通信和自動(dòng)控制方面具有領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)。其工作母船為“探索一號(hào)”，由后甲板上的紅色A架進(jìn)行吊放和回收。
“深海勇士”名片
最大工作深度：4500m
尺寸：長(zhǎng)9.3m，寬3m，高4m
重量：20t
有效載荷：220kg
最長(zhǎng)水下工作時(shí)間：10h
容納人數(shù)：1名潛航員及2名科學(xué)家
“探索一號(hào)”科考船下放“深海勇士”號(hào)載人潛水器 （張桅/攝）
“深海勇士”個(gè)人檔案
現(xiàn)在，讓我們來(lái)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，由玻璃鋼制作而成，外形呈流線型，以便在水下運(yùn)動(dòng)時(shí)減少阻力。
載人艙
“深海勇士”號(hào)的鈦合金耐壓載人艙是個(gè)內(nèi)徑約2.1米的球體，之所以采用鈦合金是因?yàn)樗闹亓枯p、防腐蝕、強(qiáng)度大，下潛到海里時(shí)仍然可以保證里面是1個(gè)大氣壓，3名下潛人員就是坐在載人艙里進(jìn)行操作、觀察的。載人艙里配備有生命支持系統(tǒng)，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(zhǔn)備下潛 （張桅/攝）
“深海勇士”號(hào)載人艙的觀察窗數(shù)目達(dá)到了5個(gè)，這對(duì)生產(chǎn)工藝來(lái)說無(wú)疑是個(gè)嚴(yán)苛的考驗(yàn)，因?yàn)槊慷嚅_一個(gè)觀察窗都會(huì)對(duì)球殼的承壓和密封帶來(lái)極大挑戰(zhàn)，但是5個(gè)觀察窗的設(shè)計(jì)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(shè)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(nèi)部構(gòu)造。大大小小的耐壓罐共有二十多個(gè)，分布在潛水器內(nèi)部的左右舷、首部等易維護(hù)的位置，里面分別密封了控制板、配電板、通信機(jī)等眾多元件。這些耐壓罐能夠抵御460個(gè)大氣壓，打個(gè)比方，相當(dāng)于指甲蓋大小的面積上承擔(dān)著約460kg的重量。
照明和攝錄設(shè)備
在潛水器的首部，搭載了各種照明和攝錄設(shè)備。由于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(wú)光的，下潛人員透過觀察窗觀察周圍環(huán)境、攝錄設(shè)備的工作都離不開照明設(shè)備發(fā)揮的巨大作用，這就好比我們夜里開車，要開車燈，才能看清前方的路。在潛水器首部共有3臺(tái)攝像機(jī)和1臺(tái)照相機(jī)，底部有1臺(tái)照相機(jī)和一臺(tái)微光攝像機(jī)，尾部有一臺(tái)攝像機(jī)，能夠從多個(gè)角度對(duì)潛水器周圍和機(jī)械手工作的情況進(jìn)行實(shí)時(shí)記錄。
“深海勇士”號(hào)載人潛水器 （張桅/攝）
機(jī)械手
“深海勇士”的一大亮點(diǎn)莫過于兩支長(zhǎng)度近兩米的機(jī)械手了，機(jī)械手的七個(gè)關(guān)節(jié)都能夠靈活運(yùn)動(dòng)，在水下布放回收設(shè)備、抓取樣品都離不開它。這雙機(jī)械手在最遠(yuǎn)端的負(fù)載能力達(dá)到65公斤，也就是說能輕松地抓起一個(gè)差不多正常人體重的樣品。在兩支機(jī)械手的中間，是潛水器的采樣籃，機(jī)械手采集到的樣品先放到采樣藍(lán)里，之后被帶出水面。
鋰電池
潛水器下潛的速度會(huì)視下潛的深度來(lái)定，一般在40-50m/min之間，水下作業(yè)時(shí)間在2-8h之間，潛水器在水下能長(zhǎng)時(shí)間高效率作業(yè)，主要依靠自身攜帶的上噸重的鋰電池。這些鋰電池串聯(lián)供電，由一塊塊小的單體電池和各類傳感器等組成，能夠完成約五百次的充放電。
水下運(yùn)動(dòng)
“深海勇士”號(hào)是個(gè)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(yùn)動(dòng)，這是如何做到的呢？首先，它采用了國(guó)產(chǎn)固體浮力材料，這種浮力材料由玻璃微珠和環(huán)氧樹脂組成，玻璃微珠的直徑只有幾十微米，抓起來(lái)就像抓一把面粉的感覺，這兩者做成的浮力材料具有耐高壓、低吸水率的性質(zhì)。
下潛前，蛙人為“深海勇士”解開纜繩 （張漢羽/攝）
潛水器的動(dòng)力系統(tǒng)包括前側(cè)、中段和尾部分布的6個(gè)螺旋推動(dòng)器，它們使?jié)撍髟谒锌梢宰杂傻匾苿?dòng)。然而光靠這個(gè)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(gè)叫魚鰾的器官，魚鰾內(nèi)充滿氣體，魚可以通過調(diào)節(jié)魚鰾內(nèi)氣體的體積來(lái)控制身體的比重，從而在游動(dòng)時(shí)可以輕松自如地保持想要的狀態(tài)。潛水器中也有類似魚鰾的裝置，是由幾部分設(shè)備共同協(xié)作完成的。潛水器被母船的A架放入水中后，首先是浮在水面的，然后對(duì)潛水器內(nèi)部大約能裝1.8個(gè)立方海水的壓載水箱進(jìn)行注水，重量不斷增加，幾分鐘注滿后，自身重量大于浮力，潛水器便可以下潛了。
當(dāng)潛水器下潛至指定的工作深度時(shí)，便拋棄隨身攜帶的壓載鐵，以使?jié)撍髯陨碇亓透×ζ胶?，懸浮在水中。在作業(yè)過程中，如果需要對(duì)潛水器的高度進(jìn)行調(diào)整，可調(diào)壓載水艙通過注水與排水，就可以發(fā)揮四兩撥千斤的作用。當(dāng)完成作業(yè)后，潛水器拋掉上浮壓載鐵，潛水器浮力大于重力，便開始向上返程啦！當(dāng)潛水器接近水面時(shí)，壓載水箱開始向外排水，進(jìn)一步增大浮力，潛水器到達(dá)水面時(shí)便可以漂浮在水面啦！
通訊
“深海勇士”在下潛后跟“探索一號(hào)”之間是沒有纜繩連接的，那它是如何跟母船保持聯(lián)系的呢？由于無(wú)線電在水中衰減得更快，所以它們之間采取聲波來(lái)傳遞信號(hào)?！吧詈Ｓ率俊鄙习惭b了水聲數(shù)字通信機(jī)和備用的水聲電話，母船上安裝了水聲數(shù)字通信機(jī)，可以傳輸語(yǔ)音、文字和圖片，傳輸?shù)浇邮諘?huì)有約一分鐘的延遲，像科幻電影《巨齒鯊》里那種可以實(shí)時(shí)傳輸艙內(nèi)視頻的技術(shù)，也是研發(fā)人員的奮斗目標(biāo)之一啦！
“深海勇士”號(hào)載人潛水器和母船“探索一號(hào)”之間利用聲波進(jìn)行通訊（圖片來(lái)自諾亦騰）
跟隨“深海勇士”來(lái)一次下潛之旅
科考船上的工作任務(wù)是緊張而艱巨的，在確定下潛時(shí)間、地點(diǎn)、人員和任務(wù)后，科學(xué)家需要接受培訓(xùn)，目的是幫助科學(xué)家了解潛水器內(nèi)部設(shè)備和熟悉相關(guān)應(yīng)急操作，以及在水下執(zhí)行任務(wù)時(shí)需要運(yùn)用的軟件及使用方法。
在下潛前，相關(guān)工作人員在甲板上進(jìn)行緊張而有序的操作，1名潛航員和2名科學(xué)家也進(jìn)入潛水器的載人艙進(jìn)行準(zhǔn)備工作。幾分鐘后，潛水器開始入水，入水的過程中有些晃動(dòng)，下潛的過程中潛水器非常平穩(wěn)。下潛到200米的深度就基本上沒有光亮了，窗外是漆黑而寧?kù)o的世界，偶爾能看到一些發(fā)光的小生物，像黑夜里的螢火蟲。當(dāng)接近目標(biāo)深度時(shí)，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(zhǔn)備著底。著底后，便駕駛著潛水器開始工作啦。
“深海勇士”準(zhǔn)備下潛 （張桅/攝）
在幾個(gè)小時(shí)的緊張有序的作業(yè)后，必須根據(jù)計(jì)劃按時(shí)返回。返回水面后，下潛的科學(xué)家會(huì)經(jīng)歷潑水禮。
下潛人員接受潑水禮 （張漢羽/攝）
“深海勇士”在海底干了啥？
由于“深海勇士”可以在水下自由移動(dòng)，對(duì)于海底科學(xué)考察、采集樣品、鋪設(shè)水下設(shè)備和海底信息網(wǎng)絡(luò)、打撈、救援、深海電影拍攝等等，都具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)。
“深海勇士”于2017年10月在南海成功通過海試驗(yàn)證后，于2018年3月至6月，在南海成功完成了試驗(yàn)性應(yīng)用科考航次。
2018年4月28日至30日，“深海勇士”號(hào)載人潛水器和“海馬”號(hào)無(wú)人潛水器在“海馬冷泉”區(qū)進(jìn)行科考作業(yè)，成為我國(guó)首次使用兩種具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的國(guó)產(chǎn)化大深度潛水器進(jìn)行具有國(guó)際前沿科學(xué)技術(shù)水平的聯(lián)合科學(xué)考察。
“深海勇士”號(hào)（左）和“海馬”號(hào)（右）在海底進(jìn)行國(guó)旗交接 （“海馬”號(hào)/攝）
“深海勇士”在海馬冷泉區(qū)科考 （“海馬”號(hào)/攝）
“深海勇士”坐底海馬冷泉區(qū)采樣及試驗(yàn) （“海馬”號(hào)/攝）
pushcore插管集沉積物樣品（“深海勇士”號(hào)/攝）
“海馬冷泉”區(qū)生物群落及甲烷氣體釋放（“海馬”號(hào)/攝）
2018年4月，“探索一號(hào)”科考船攜“深海勇士”號(hào)載人潛水器在南海進(jìn)行了我國(guó)首個(gè)深海考古航次，共進(jìn)行7個(gè)潛次，最大下潛深度為1003米，標(biāo)志著我國(guó)走進(jìn)了千米深?？脊艜r(shí)代。
“深海勇士”在南海打撈清朝中晚期陶罐（“深海勇士”號(hào)/攝）
“深海勇士”在南海打撈宋代瓷碗碎片（“深海勇士”號(hào)/攝）
2018年3月至5月，“深海勇士”號(hào)載人潛水器在南?？瓶贾邪l(fā)現(xiàn)新的珊瑚片區(qū)，并采集珊瑚樣品。
“深海勇士”在南海北部采集珊瑚樣品（“深海勇士”號(hào)/攝）
“深海勇士”在南海中建南泥火山區(qū)發(fā)現(xiàn)深海冷水珊瑚林（“深海勇士”號(hào)/攝）
“深海勇士”在南海甘泉海臺(tái)觀測(cè)到海鞭珊瑚（“深海勇士”號(hào)/攝）
2018年6月，“深海勇士號(hào)”南海TS07航次第四航段主要在西沙海槽海域進(jìn)行下潛，科學(xué)任務(wù)是在西沙海槽及北緣滑坡體開展深海過程的觀測(cè)、樣品采集與實(shí)驗(yàn)。
西沙海槽生物種類相對(duì)單一，數(shù)量少，其生物生存的條件較為苛刻，為海底中的“沙漠”。攜帶有機(jī)質(zhì)的一根樹枝便可成為眾多生物的家（“深海勇士”號(hào)/攝）
“深海勇士”在西沙海槽區(qū)拍攝到的海參（“深海勇士”號(hào)/攝）
“深海勇士”在西沙海槽區(qū)拍攝到的海參（“深海勇士”號(hào)/攝）
結(jié)語(yǔ)
“深海勇士”號(hào)作為我國(guó)高國(guó)產(chǎn)化率的載人潛水器，在南海試驗(yàn)性應(yīng)用科考航次的圓滿成功，為“深海勇士”前往西南印度洋進(jìn)行海試奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。期待“深海勇士”為我們帶來(lái)更多的驚喜！
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