海底一万米

全球深度大于6000米的海沟共有37条，这些海沟所在的区域被称作海斗深渊，简称深渊。它们是迄今全球海洋中人类难以企及、知之甚少的地方。包括马里亚纳海沟在内的9条最深的海沟分布在西太平洋，它们中的5条深度均超过万米。海底万米深渊可谓是科研的“无人区”。然而，随着人们对深渊展开科学调查，一些认识正在被颠覆。

从陆地走向水池

2020年3月，万米载人潜水器在中国船舶集团有限公司七〇二所完成总装并开始全流程水池试验。

水池试验是在一个位于江苏无锡的人工水池中进行的。水池试验是潜水器从陆地走向水中的第一步，如果把万米载人潜水器比作一辆新车，那么无论是对潜水器，还是将来要操作潜水器的潜航员来说，试验的水池都相当于一个“试车场”。

所谓全流程水池试验，就是要求潜水器在水池环境中，把将来在海洋中需要检验的事情，在水池环境中模拟开展测试，并且潜航员、潜水器调试人员也需要参与合练，熟悉相关操作预案，让潜水器和潜航员都符合出海条件。

走向深海并不容易，第一个问题就是海水带来的高压。7000米级载人潜水器“蛟龙”号在7000米处受到的压力是700个大气压，对万米载人潜水器来说，再往下4000余米，还要再增加400余个大气压，相当于在一平方米的面积上要顶着一万多吨的重物。这么大的压力加在潜水器上，对潜水器的材料、结构设计等，都提出了巨大挑战。

除了要承受巨大水压，潜水器还要搭载相关人员、一系列科学设施等，在水中完成科考作业，进一步加大了万米载人潜水器的制造难度。

从一九八六年沈阳自动化研究所研制出我国首台水下机器人”海人一号”，到参与研制我国第一台”蛟龙”号载人潜水器，再到研制“潜龙””探索””海翼””海星”等无人潜水器……三十四年来，我国水下机器人正游向更深更远的大海。

中国船舶集团有限公司七〇二所副所长、万米载人潜水器总设计师叶聪告诉记者，万米载人潜水器具备覆盖全球海洋100%海域的作业能力，这来源于九大关键技术的支撑，如载人潜水器球壳、浮力材料等。

比如作为潜水器主结构之一的载人潜水器球壳，可以说是极限设计、极限制造。万米载人潜水器的载人球壳不仅选择了钛合金材料，除此之外，科研人员还大胆推翻原有的设计，改变了此前使用的瓜瓣焊接方法。所谓瓜瓣焊接方法，就是先制造西瓜瓣，再焊接为一个整球，但这种方法焊缝多、工期长。万米载人潜水器采用了半球焊接，减少了焊缝数，工艺更难，但是可靠性显著提高。

两艘母船为潜水器护航

水池试验之后，万米载人潜水器将走出实验室，进入海试阶段。叶聪说，在尝试万米下潜的终极目标前，潜水器预计将首先开展浅海试验。

但万米载人潜水器无法自己抵达马里亚纳海沟并进行下潜，它需要“搭车”前往。

为确保海试工作顺利进行，除母船“探索一号”外，还需要一条海试支持保障母船。2018年12月20日，海南省出资购置了福建马尾船厂一条正在建造中的海洋工程船——也就是后来的“探索二号”。相比新造船，中国科学院深海科学与工程研究所用不到5折的低成本价就获取了一條性能优异的船舶，大大缩短了船舶建造和改造的工期，满足了万米载人潜水器海试时间窗口的要求。

2019年1月13日，“探索二号”在福建马尾顺利下水。该船采用电力推进，配置有两个全回转主推进器，一个槽道侧推和一个伸缩桨测推，续航力超过15000海里。船舶配置了近10000马力的主发动机组，具备2级动力定位（DP）能力，优秀的动力性能可提高船舶在恶劣海况中的适用性和在航率。

同时，2级动力定位系统在船舶发生单个故障的情况下，能自动保持船舶的位置和艏向，使船舶具备灵活和精确的操控性能，提高船舶作业效率。两艘船还布置了共计20个“深海移动实验室”，覆盖地质、化学、生物等各专业方向。利用潜水器从万米深海获取的数据及采集的地质、生物样品，科学家可在现场实验室进行样品分析和数据处理，再通过船舶配置的低温及超低温样品库保存样品，靠近码头后转运到陆地进行进一步研究。

一般来说，去马里亚纳海沟“挑战者深渊”海域进行海试需要至少提前6个月到外交部报备，获得海试许可。因此按照正常取证流程，“探索二号”或无法参与今年下半年的万米深潜试验。获悉相关情况后，中国船级社广州审图中心及船级社福州分社通过提前筹备，在满足规范要求的前提下，加班加点，仅用3个工作日便完成了30份中国船级社（CCS）证书的取证工作。获取CCS证书后，还需要获取海事局的国籍证书。海南海事局以“探索二号”为试点，在全国开创首例船舶登记“一事通办”，仅用一天时间便完成了外交部报备所需国籍证书的办理工作。

中国科学院深海科学与工程研究所海洋装备与运行管理中心主任唐古拉山告诉记者，取得船舶证书标志着船舶建造工作完成。由此，万米载人潜水器海试期间，将配有“探索一号”母船以及“探索二号”支持保障母船两条船舶，累计可以搭乘科考队员120人。

凭深海装备探索“无人区”

2016年7月，国家重点研发计划“全海深载人潜水器总体设计、集成与海试”项目正式立项。

总有人问叶聪，为什么要越潜越深？这个问题的答案，他已经讲了多次：海底蕴藏了丰富的资源，探索海洋、保护海洋、经略海洋，建设海洋强国，都与深潜密切相关，高技术深潜装备可以帮助我们更好地绘制深海“藏宝图”。

海底万米深渊可谓是科研的“无人区”，全海深载人潜水器是“人无我无”的科考装备。以深渊进入技术、深渊探测技术为代表的深海技术，代表了当前国际深海工程技术领域的顶级水平。放眼全球，到访过万米深渊的全海深潜水器屈指可数。

以前人们以为，由于超高的静水压力、缺乏阳光和食物供给，加之特殊的海底地形、剧烈的构造活动等多种极端环境因素，海面6000米以下应该是一片死气沉沉、与世隔绝、毫无生命活力的世界。然而，随着人们对深渊展开科学调查，这些认识正在被颠覆。以深渊地学、深渊生命科学为代表的深渊科学研究，代表了当前国际深海科学研究的最新前沿。

深海装备是深海大洋调查的有力保障，随着深海调查技术进步，全球近年来又陆续开展了多项大型深渊调查活动，发现了更多深渊新物种，深渊生物量和生命活力也远超预期。

“中国的载人潜水器是中国深海科技的集中体现。此前已经投入使用的‘深海勇士号、‘蛟龙号，为全海深载人潜水器奠定了中国制造的基础。全海深载人潜水器建成投入使用后，将会创造新的‘中国深度，进一步提升我国海洋探测能力与研究水平。”叶聪说。

“海斗一号”4次万米深潜

5月26日，“海斗一号”在“挑战者深渊”10863米的北坡区域着底，高清摄像观测到周边类似岩石状的海底凸起。“海斗一号”利用机械手完成了触发采水样、布放标志物、沉积物取样和岩石状物体的抓取，此次万米海试和应用完美收官。

6月8日，由中国科学院沈阳自动化研究所主持研制的我国首台作业型全海深自主遥控潜水器“海斗一号”载誉归来。“海斗一号”此次在马里亚纳海沟成功完成首次万米海试与试验性应用任务，填补了我国万米作业型无人潜水器的空白，标志着我国无人潜水器技术跨入可覆盖全海深探测与作业的新时代。

本次科考任务中，“海斗一号”在马里亚纳海沟实现了4次万米下潜，在高精度深度探测、机械手作业、近海底工作时间、声学探测与定位、声学通信作用距离及高清视频传输等方面，创造了我国潜水器领域多项第一。

据科考队员介绍，“海斗一号”的万米“首秀”完美软着陆在深度为10884米的海底，之后的3次下潜深度分别为10907米、10802米、10863米，不仅顺利完成了海试与科考应用，还在下潜深度、作业难度上取得突破。

“海斗一号”在国内首次利用全海深高精度声学定位技术和机载多传感器信息融合方法，完成了对马里亚纳海沟“挑战者深渊”最深区域的巡航探测与高精度深度测量，获取了完整的全海深剖面与深渊海底的温盐深、深度剖面洋流变化等数据，为研究深渊水团特性的空间变化规律、深渊底层洋流结构等，提供了宝贵的数据资料。

同时，借助具有完全自主知識产权的全海深机械手，“海斗一号”多次开展了深渊海底样品抓取、沉积物取样、标志物布放、水样采集等万米深渊坐底作业，并利用高清摄像系统获取了不同作业点的影像资料，为深入研究探索深渊地质环境特点和生物演化机制提供了珍贵素材。

伴随着光纤微缆的徐徐吐出，“海斗一号”无动力下潜至万米以下深度，自动探测到距离海底80米后，自主抛下潜压载，以近乎零浮力的状态悬浮在万米深渊近海底。

“从海面至万米深渊，密度、压力、温度等环境参数的变化会导致潜水器产生几十公斤的浮力变化，在没有先验数据支撑的条件下，依靠项目组精准的浮力模型计算和配置，实现了‘海斗一号万米近海底的中性浮力状态，这简直是一个奇迹。”科考人员介绍称。

“未来10年，中国的水下机器人一定能到达马里亚纳海沟。”记者几年前在沈阳自动化研究所采访时，科研人员曾作出这样的预言。

2016年，在我国首次深渊科考任务中，沈阳自动化研究所自主研发的水下机器人“海斗”号就实现了这一预言。

如今，由沈阳自动化所联合中国科学院声学所、哈尔滨工程大学和中国科学院西安光学精密机械研究所等国内10余家单位共同研制的“海斗一号”，成功完成万米海试与试验性应用任务，使我国万米深渊科考再添利器，为我国深渊科学研究提供了一种全新的技术手段。

从1986年沈阳自动化研究所研制出我国首台水下机器人“海人一号”，到参与研制我国第一台“蛟龙”号载人潜水器，再到研制“潜龙”“探索”“海翼”“海星”等无人潜水器……34年来，我国水下机器人正游向更深更远的大海。

◎ 来源|综合科技日报、新华社