海中的“气球”

佘毅仁

【极限探索·深海专题之五】

大家都知道，气球能在空中向上飘。但有人却偏偏将它往水里按。这到底是怎么一回事？一起来看看奥古斯特·皮卡尔德博士的故事。

百 折 不 挠

皮卡尔德博士一直在思考如何让潜水器在水中自由航行。毕比-巴顿的深潜球优点和缺点都很明显，但这些缺点往往都无法弥补，比如深潜球没有自主水平运动的能力，而且万一牵引钢缆断裂，深潜球和乘员将有去无回，这就阻碍了潜水器向更大的深度进发。

皮卡尔德有设计航空气球的经验。气球在大气层中飞行时，采用的是气体不饱和填充的方式，随着高度的变化，气球里比空气轻的气体会减压、膨胀上升，这样气球就可以顺利上升了。

那么，潜水器能不能也使用这个原理呢？答案是肯定的，只是所需材料不同。在海中，潜水器当然要用耐压材料来制造，这点和天空中相反。

不过，载人工作舱依然是球形，载人工作舱的上方可安置一个浮筒来代替气球。这种结构和天空中飞行的气球有异曲同工之妙，只是海中与天空中的介质有所不同，从密度小的空气变成了密度大的海水，这样便需要拥有巧夺天工的才思才能使这种“气球”在海中遨游。

1937年，皮卡尔德向比利时国家科研基金会陈述了探索海洋的设想，基金会决定再次支持皮卡尔德完成这个伟大的梦想。皮卡尔德迅速组建了实验室，并完成各种基础实验。当时，理论体系和制造技术已经基本成熟。

可是不久，第二次世界大战爆发，皮卡尔德的工作被迫停了下来。战后，皮卡尔德加倍努力，重拾已停滞近10年的工作，并改进了原先的设计，经过不懈的努力最终把能够潜入深海的深潜器制造完成。研制期间，战后的重建给深潜器的研制工作制造了重重的麻烦，但超人的毅力驱使他必须实现年少时的梦想。

设计巧妙的

深潜器

二战时普通的潜水艇主要用于军事，通常潜深只有数十米至100多米，极限潜深也不过200米。当时的技术和材料不足以保证潜水艇在大深度作战环境中的稳定性能。潜水艇改变升降姿势是通过向压载水舱内注入海水，并调整升降舵来实现的。

当潜水艇想要上浮时，潜水艇使用高压空气将压载水舱里的海水排出艇体，依据密度原理，密度较大的物体下沉，密度较小的物体上浮，潜水艇就这样控制上浮或相对悬停在所需要的深度。

一般潜水艇被设计成全封闭结构，潜水艇的外壳为耐压的钢材，具备相应厚度的钢材可以抵御极限设计潜深时的水压，且保证艇体不会变形。潜水艇在水下只能通过声呐规避障碍物航行。潜水艇的动力结构一般被设计成水面上使用柴油机行进，同时为蓄电池充电，水下使用蓄电池的电力驱动发电机前进。

最重要的是，全封闭潜水艇无法直接观察水下周围的情况。

而深潜器则与普通潜水艇完全不同。既然它是航行在海中的“气球”，那所有的部件都必须要能抵抗住深海巨大的水压。但如果使用与潜水艇一样的钢材，那整个深潜器将会超重。

既然说到气球，那么浮筒内的介质便至关重要。到底使用什么介质来帮助载人舱自由游弋呢？皮卡尔德利用他超凡卓绝的物理学才能，决定使用汽油代替空气放在浮筒里作为上浮的介质，问题就这样简单地被解决了。汽油和水同为液体，比重则远比水小，因此，汽油在水中一定会快速上升。由于液体很难被压缩，所以浮筒可以用较轻质的钢板制造，其作用就像气球球体一样，防止汽油在水中逸散。

当然，载人舱必须保持常压，而且要建造得结实可靠，足以抵御深海的高压。

这种新颖的深潜器于1948年制造完成，即使用现在的眼光来看，这种设计无论工作原理还是外观都十分超前。为了感谢比利时国家科研基金会的全力支持，他将这种深潜器命名为“弗恩斯- 2”。

当时的媒体立即寻找到了新闻主题：著名航空家——奥古斯特·皮卡尔德教授在完成大气层气球探空的实验后，现在又将深入海洋，探测神秘的海底世界。此时，有人称皮卡尔德为“天才浮力学家”。

“天才浮力学家”

这种深潜器，长约7米，宽约3.2米，高约5.8米。由于皮卡尔德身材高大，耐压载人舱的外部直径约为2.2米，壁厚9厘米。皮卡尔德想使用它遨游整个海洋，但由于经验和材料所限，设计的潜深较为有限。

皮卡尔德的设计可谓煞费苦心，耐压载人舱与汽油浮筒相连，中间设计安装有套环支柱，把浮筒和耐压载人舱连为一体。这个支柱还有一个重要的功能，就是在母船上的吊车将整个深潜器吊装出入水时起到支柱的作用。

浮筒设计极有新意，为双层结构，外壁由薄钢板制成；内含多个分隔式油箱，油箱内承载高质量的航空汽油，共计20余吨重。

再说说耐压载人舱吧。耐压载人舱安装了各种先进的科研设备，内部空间也被扩展到2米（直径）。

就耐压载人舱本身而言，材料的革新是令人耳目一新的亮点，比起毕比-巴顿的深潜球，耐压载人舱不仅体积扩大了1/4，还最早使用了有机玻璃作为观察窗的材料。有机玻璃又轻又坚固，结构均匀稳定，并具有相当的韧性，在大压强环境下仍然不易碎裂。

皮卡尔德运用了圆棱台的设计来制造观察窗，这种观察窗能有效解决窗边缘渗水的问题。深潜球只有一排向前观察的小直径观察窗，而耐压载人舱安排了前后2个观察窗，观察效果大为改善。

和深潜球一样，耐压载人舱使用压缩氧气供乘员呼吸。深潜器装有测深仪、温度计、电池组等设备，耐压载人舱额定乘员为2人。

另外，为了保证乘员的生命安全，深潜器还装有新型照明灯和主动声呐，不断发出声波，使母船能确定其所在位置，万一发生意外时可及时救援。

氢气球在天空中时，有万有引力约束吊舱，使其在任意高度都可以自由落体的形式返回地面，那么深潜器用汽油作为介质提供了浮力，岂不是永远浮在海面上无法下沉了吗？

针对这个问题，皮卡尔德为深潜器挂装了一个压载铁块。当深潜器触底时，可以控制压载铁块与深潜器分离。这样，深潜器便可以自动上浮完成整个作业流程。

1948年9月开始，皮卡尔德开始对“弗恩斯-2”进行测试。10月末，皮卡尔德亲自驾驶深潜器进行载人海试，并轻松完成了浅深度的海试。

虽然海试非常顺利，但也暴露出部分设计缺陷。所有成员必须在母船上先进入载人舱，确保万无一失后，由吊车吊装入海，再通过加油管向浮筒顶部的油箱开口内注入汽油。

加油完成后，最终在深潜器底部加上压载配重铁块，深潜器开始下潜。

整个流程费时费力，极为麻烦。设计经验的不足潜藏着隐患，最终发展成毁灭性的打击。

1948年11月3日，在北非西侧大西洋佛得角群岛海域，皮卡尔德进行了一次无人深潜海试。深潜器上不仅拥有常用设备，还加装了一个巧夺天工的装置。这个装置用于压载铁块触及海底时，通过力学传导的方式自动与深潜器脱离，最终使深潜器自动上浮。这次海试完成了下潜约1400米的骄人成绩，并创造出新的世界纪录。

可也许是大自然想不断地考验皮卡尔德，在上浮至海面的过程中，突然变化的海况造成了狂风巨浪，严重地毁坏了深潜器的浮筒，致使深潜器彻底失去工作能力。

这次海试的挫折被媒体评价为“完全失败”，各界对皮卡尔德深潜事业的前途提出了质疑，甚至连比利时国家科研基金会也决定停止对皮卡尔德的资助。

的确，纺锤状的扁平浮筒不利于深潜器在海面上拖曳航行。毕竟皮卡尔德是科学家，缺乏造船经验。机械设计能力的欠缺不可避免地导致了此种结果，似乎深潜事业也遇上了瓶颈。

不过，皮卡尔德的儿子雅克，此时已经成为父亲的得力助手。

这对上阵的父子兵继续运用惊人的才智和坚韧不拔的意志力，征服海洋的极限深度……