“奋斗者”号：万米海底，妙不可言

何为“奋斗者”号

“奋斗者”号是中国自主研发的万米载人潜水器，由“蛟龙”号、“深海勇士”号载人潜水器的科研团队承担主要的研发任务。它融合了“蛟龙”号、“深海勇士”号之前两代深潜装备的优良“血统”，除了拥有安全稳定、动力强劲的能源系统，还拥有更加先进的控制系统和定位系统，以及更加耐压的载人球舱等。

深海环境恶劣，必须“奋斗”抵御

马里亚纳海沟是世界上最深的海沟，海沟底部有着高达1100个大气压的巨大水压，相当于2000头非洲象踩在一个人的背上，同时完全黑暗，温度低，可谓是地球上环境最恶劣的区域之一。不同于八年前卡梅隆使用的“皮厚馅小”型潜水器，“奋斗者”号要搭载三人下潜到地球最深处进行科考工作。这是对“奋斗者”号设计的最全面验证与挑战，让我们看看“奋斗者”号如何抵御深海恶劣环境。

为了保证载客量，潜水器载人舱要足够大；而为了减轻潜水器的负担，球舱又不能太重。深海高压下，除了要设计能够撑得住的材料，还要有能避免因温度过高引发的自燃隐患的电池系统。“奋斗者”号的上百块单体锂电池为若干组排列，模块之间的间隙中充满了油。当某个电池的温度升高时，热量会先传递给周围的油，然后油再通过电池箱体将热量传递给外部的海水，来缓解电池发热的状况。此外，每批锂电池在成组前，都严格进行撞击、针刺、海水浸泡、短路、过充、过放等十几项安全抽检以及超过万米压力环境下的安全测试，这样才能成为“奋斗者”号合格的能量包。

完成潜水工作后，“奋斗者”号又是如何安全返回水面的呢？这主要是浮力材料的功劳。浮力材料是成千上万个纳米级大小的玻璃微珠，它们不仅能为潜水器提供足够的浮力，自身也非常结实，经得起海底水压的考验。

探究极限海底，越战越勇

2020年6月19日，由专项总体专家组、业主单位、科研团队代表组成的评议组对征名十强名单评议后，潜水器的名字最终定为“奋斗者”号。

7月到11月，“奋斗者”号载人潜水器正式进入海试，共进行了30个潜次的试验，累计海底作业时间为141小时48分。

11月10日，北京时间清晨4时20分左右，在早两个时区的马里亚纳海沟，太阳已从太平洋上升起，“奋斗者”号载着3名潜航员，从“探索一号”母船机库缓缓推出，被稳稳地起吊布放入水，蛙人解缆后注水下潜。舱内，显控面板上的深度数字逐渐增大，舷窗外的颜色从碧蓝到深蓝到变暗，直至一片漆黑。

8时12分，“奋斗者”号在马里亚纳海沟成功下潜到10909米，成为中国历史上第一艘下潜到“挑战者深渊”的载人潜水器。

之后，在11月13日的海试任务中，“奋斗者”号载人潜水器和“沧海”号深海着陆器联合作业，实现万米水下全球首次高清视频信号直播和传输。

11月16日，“奋斗者”号仅用半小时左右的时间就找回了此前布放在海底的3个取样器，作业难度堪比“大海捞针”。这项操作对深海科考特别是未来实现深海科研的原位培养、长期监测等意义重大。

11月19日，“奋斗者”号下潜，是此轮万米海试的“交卷”一关。它承担着复核洋底科考作业功能的任务，坐底后开启巡航和作业模式，进行潜水器功能性能检测，测试机械手，并在找到“沧海”号后与其联合作业。

潜水器载人舱球壳“钛”厉害

“奋斗者”号全海深载人潜水器成功完成万米海试并于28日胜利返航。该钛合金团队采用自主发明的Ti62A钛合金新材料，为“奋斗者”号建造了世界最大、搭载人数最多的潜水器载人舱球壳。其中，中科院金属所独创的新型钛合金材料Ti62A成功解决了载人舱材料所面临的强度、韧性和可焊性等难题。

载人舱是全海深载人潜水器的核心关键部件，是人类进入万米深海的硬件保障和安全屏障，标志一个国家载人潜水器的技术水平。此前，世界上最先进的全海深潜水器是美国2019年5月完成万米下潜的“极限因子”，其载人舱可搭载2人。

全海深载人潜水器是我国自主研发建造的全新一代载人潜水器，该潜水器建成后，将在世界最大深度（约11000米）的海洋完成载人下潜并进行科考作业，是深海进入能力的顶级体现。载人舱是全海深载人潜水器的核心部件，要求重量轻、强度高、可焊接、耐腐蚀、抗疲劳、长寿命，对材料的大规格制备能力和综合力学性能有着很高的要求。载人舱使用的钛合金材料之前一直被广泛适用于航空航天领域。科研人员发现，钛合金因诸多优越性和独特性，用于深海装备更为理想。

在中科院战略性先导专项支持下，中科院金属所于2014年开始针对全海深载人潜水器用载人舱材料与制造等关键技术展开调研论证和预先研究。2016年国家重点研发计划立项后，由中科院金属所牵头，联合宝钛股份、中船集团洛阳船舶材料研究所、中航工业制造技术研究院和中科院深海科学与工程研究所等单位的技术优势，组建了全海深钛合金载人舱研制“国家队”，历时3年完成了研制工作，成功建造世界最大、可搭载3人的全海深载人舱，解决了若干钛合金基础科学问题，攻克了载人舱材料、成形、焊接等一系列关键技术瓶颈。

以往，深潜器主要使用Ti64材料，在万米海深的极端压力条件下，按照我国载人舱的目标尺寸和厚度要求，这种材料在强度、韧性等指标上已不可能达到。金属所首次提出一种新型的合金设计方案，并据此设计实现了一种全新的钛合金显微结构，在此基础上发明了具有良好热加工成形和焊接成形性能的钛合金Ti62A，在韧性和可焊性与Ti64合金相当的前提下大幅度提升了强度，从而成功解决了载人舱球壳的材料難题。

为了解决大尺寸超厚钛合金材料成形的均匀性和力学性能稳定性难题，金属所通过设计材料微观组织及其获取工艺，成功克服了钛合金的“尺寸效应”，为实现载人球舱材料微观组织均匀和力学性能稳定奠定了技术基础。

在万米级拥有综合性技术实力

2014年4月，中国科学院正式启动了“海斗深渊前沿科技问题研究与攻关”先导专项（B类）项目。紧接着，在国家重点研发计划“深海关键技术与装备”重点专项中，支持开展全海深載人潜水器总体设计、集成与海试项目，也就是研制“奋斗者”号载人潜水器。其中，中国船舶集团有限公司第七〇二研究所牵头负责“奋斗者”号的总体设计和集成建造，中科院深海所是“奋斗者”号的业主单位及海试任务牵头单位。

七〇二研究所副所长叶聪介绍：“该项目主要利用‘蛟龙’号深海潜水器和深海探测设备在马里亚纳海沟进行科学考察与试验，建立和发展我国海斗深渊生物学、海斗深渊生态学、海斗深渊地学等多个学科体系，并以此为引导，进一步攻克全海深潜水器关键技术及全海深探测装备关键技术，推动我国深海科学和深海装备技术向最深的海洋区域进军。”

作为人类历史上第4艘全海深载人潜水器，为实现万米海底作业目标，“奋斗者”号研发团队历经5年艰苦攻关，在耐压结构设计及安全性评估、钛合金材料制备及焊接、浮力材料研制与加工、声学通信定位、智能控制技术、锂离子电池、海水泵、作业机械手等方面，实现多项重大技术突破，核心部件国产化率超过96.5%。

叶聪告诉记者，从2020年7月到11月，“奋斗者”号载人潜水器正式进入海试，共进行了30个潜次的试验，累计海底作业时间141小时48分。其中，在马里亚纳海沟下潜13次，11人24人次参与了8个超过万米的深海试验。在挑战者深渊最深区域进行了6个潜次，单潜次海底作业时间超过6小时，最长水中时间达13小时，最大下潜深度为10909米。

3月16日，参与验收专家组人员一致认为，“奋斗者”号在万米级海试中显示的优势，诸如，可乘载3人的舱体，海底连续6小时的作业能力、海试过程中8从次抵达万米以深的海底，在多种类科考样品的采集及多次目标搜寻布放回收作业中展示的作业能力、自动巡航以及链接水面的高速数字水声通信等特点，表明了“奋斗者”号在万米级所拥有的综合性技术实力。“奋斗者”号海试现场验收得分达到99.25分。

“奋斗者”号研发和海试的成功是我国深海高科技的研发及产业发展。这一成功同时也标志了人类在经历了六十多年持续不懈的努力后，万米级载人深潜开始从简单的极限挑战和探险阶段迈入了可在海洋极限深度进行常规科考作业的时代，这一进步将极大地更新人类对深海尤其是海斗深渊的理解和认识。

“奋斗者”号研制及海试的成功，显著提升了我国载人深潜的技术装备能力和自主创新水平，推动了潜水器向全海深谱系化、功能化发展，为探索深海科学奥秘、保护和合理利用海洋资源提供了又一利器，为引导公众关心认识海洋、提升全民海洋意识、加快建设海洋强国作出了突出贡献。

（来源：科普中国数说科学、人民网、科技日报）