跟着深海“的士”去寻宝

2022-06-16张真源

知识就是力量 2022年6期

张真源

不仅是深潜

以前深海探测，对海底情况的很多了解往往是在母船上，依靠一系列的操作和探测的设备来完成的，不能面对面、像陆地上的调查一样。奋斗者号载人潜水器（以下简称“奋斗者号”）可以对整个海底的矿产资源直接进行探测，使得探矿的效率大大提高，同时也提升了中国在国际深海空间治理的话语权。奋斗者号还将进一步助推国际深渊科学研究的进展，加速深海生物基因产业的发展，特别是在抗癌、抗菌方面，深海生物基因可以为提高人类生命健康水平作出新的贡献。

万米海底有多妙

对于人类来说，深海陌生而神秘。科研人员通过搭乘奋斗者号下潜至深海观察到，深海生物有着不同于浅海的、非常特别的、适应深海生存的机制和策略，主要表现在不依赖阳光。

奋斗者号在深海可以依托高精度探测设备和机械手等装置，取得大量数据资料和样本等，还发现一些深海生物不通过光合作用、只是借助硫化物就提供能量等奇妙现象。

目前，奋斗者号还在持续进行万米深渊的探索性下潜，科学家围绕深渊生态、地球物理等课题的研究也都在持续推进，相信未来还会有更多新的发现展现给世人。

奋斗者号本领大

可以下潜至万米海底的载人潜水器，究竟是如何下潜和上浮的？它在深海的工作原理又是什么样的呢？

奋斗者号采用无缆无动力上浮下潜技术，可以在海底连续作业6小时。专用固体浮力材料是它获取水下净浮力、实现无动力上浮和悬浮定位的核心结构部件，需要兼具密度小和抗压强度高两个相对立的特性。

到达万米深海后，奋斗者号采用左右两套主从伺服液压机械手开展作业，可实现6 自由度运动控制（指操作有6 个独立驱动的关节结构，能在其工作空间中实现抓取物件的任意位置和姿态），持重能力超过60 千克，可顺利完成岩石、生物抓取等作业任务。

奋斗者号还拥有智能故障诊断以及海底自主避碰等功能，能够在海底自动匹配地形巡航、循迹航行以及悬停定位。依靠这些技术，奋斗者号就可以对海底标志物进行精准的科学探测作业和返回。

实现万米连通——水声通信技术

我们知道，光和无线电信号在深海中的衰减是非常快的，所以潜水器与工作母船之间很难实现通信。奋斗者号在茫茫深海深潜，如同一粒芝麻撒进大海，如何确定它的位置？此时，声音成为最有效的信息传递方式。

声音在空气中的传播速度是340米/ 秒，在海里可以达到1500 米/ 秒。因此，高速水声通信是奋斗者号与母船探索一号之间沟通的唯一桥梁，可以实现从万米海底至海面的文字、语音以及图像的实时传输。奋斗者号将声音信号通过调制解调，携带相关的数据进行传输，就达到传播信息的目的了。

但是，水声通信可用的工作频率窄导致其数据率比较低，能够传输的信息量比较少。为此，奋斗者号采用了一项关键的核心技术——相干通信技术，它是一整套从信号编码调制到信道自适应均衡和纠错编解码等技术构成的整体解决方案，可以克服远距离传输带来的信号损耗，在信号微弱的情况下提取出有效信息。

奋斗者号声学系统，包含了自主研发的全海深水声通信机、地形地貌探测声呐、多波束前视声呐、多普勒测速仪、避碰声呐，以及定位声呐和惯性导航设备的系统集成，实现了从万米海底传声传影。由多普勒测速仪、定位声呐及惯性导航等设备集成的组合导航系统，还为奋斗者号的巡航作业提供了高精度的水下定位导航。

深潜的法宝——载人舱球壳

大家都知道，万米深潜需要克服巨大的压力。奋斗者号设计下潜深度为1.1 万米，在这个深度它要承受的压力，相当于2000 头非洲象踩在一个人的背上。那么，奋斗者号是如何“抗压”的呢？答案就是——载人舱。载人舱作为奋斗者号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，可搭载3 人的载人舱球壳，是目前万米深度以下世界最大、搭载人数最多的潜水器载人舱球壳。

为了抵御沉重的压力，奋斗者号采用了更加耐压的高强度、高韧性、可焊接的钛合金载人球舱，在耐压结构设计理论方法及安全性评估、钛合金材料制备及电子束焊接方面实现多项重大突破，并通过了反复试验验证，以确保舱内人员的安全。

在深海开直播

2020 年11 月，奋斗者号在海试过程中进行了全球首次万米深海电视直播。跨越如此大深度的直播，是如何实现的呢？

原来，海底电视直播是利用预先布放好的着陆器完成的。着陆器与探索二号保障船之间有微细光缆相连接，当奋斗者号下潜到预定海域后，着陆器就可以对奋斗者号进行实时拍摄，依托水下激光技术将奋斗者号舱内画面传送到着陆器，着陆器再将画面通过微细光缆传输到探索二号保障船，保障船再利用卫星将直播信号传送到电视台，至此大家就可以在电视上看到奋斗者号在万米海底的优美身姿了。