『海牛』寻宝，『奋斗』领航
2023-09-21本刊综合
◎本刊综合
小新，好久不见，这段时间你去哪了？
天气太热啦，我去海南潜水了。
哇，潜水好玩吗？
当然啦！我在教练的带领下，看到了各种神奇、美丽的海洋生物，有海星、红珊瑚，还有各种叫不出名字的鱼。
太厉害了！
一般般啦，我这次最深只下潜到了10 米，等我长大了，我要去万米深海探险，去海底寻宝！
别吹牛了。我听说海水压力很大，普通人在不佩戴任何潜水装备的情况时，最多只能下潜10 米。即便借助水下呼吸器，人们下潜的最深纪录也只有332 米。
你可太小瞧我们人类了。500 年前，达·芬奇设计潜水服，150 年前，凡尔纳撰写《海底两万里》，当时的科学幻想很多都已经成为现实。在中国，不仅有深海“神兽”帮忙探测海底宝藏，还有深海“巴士”载我们潜入万米深海，去神秘的海底世界一探究竟！
真的吗？听起来真是不可思议。
眼见为实。走，带你去认识一下这些大国重器吧。
深海“神兽”——“海牛Ⅱ号”
外貌特征
我主要由海底钻机本体、海底原位探测仪、移动式海底钻机配套收放系统三部分组成。其中，钻机本体外观上是一个橙黄色、八边形的钢质构造，高7.6 米，“腰围”10 米，体质量12.5 吨。我还有3 条可收放的“大长腿”，即便是站在地形复杂的海底，也能保持直立的姿态。
我看似笨重，但是在海底工作时可灵活了！
我最重要的“武器”是78 根钻杆，每根钻杆有3 米长，像左轮手枪的子弹一样排列在圆盘上。操作时，通过圆盘旋转，机械手取杆上膛，把钻杆一根根钻进岩层，这样就能拿到我想要的东西。
主要用途
深海矿产资源丰富，发现、研究它们，需要通过水下钻探获取样本。在各种取样方式中，我的钻探成本低、效率高、样品扰动小、易操作，备受科学家的青睐。另外，在建造海底油气采场和海上风电场这些“巨无霸”时，也需要我入海勘探出最佳位置。
最自豪的事
2021 年4 月7 日晚，我悄然下潜，游至南海2000 米的水下，成功下钻231 米，刷新了当时深海海底钻机的世界纪录。除了钻得深，我还带回来了珍贵的可燃冰！
图1 “海牛Ⅱ号”准备进行海试作业（图/湖南科技大学）
你知道吗
深海是一个巨大的宝库，海底存在大量石油、天然气等能源，其储量约占全球油气储量的三分之一。
浅海的光照充分、饵料丰富，海洋生物快速繁衍。海洋生物死亡后，残骸被泥沙一层一层掩埋起来。被埋藏的生物遗体经过漫长的物理、化学、地质作用，生成石油和天然气。
简单来说，石油是由生物的尸体形成的。
独门绝技
在海水的压力下，可燃冰呈“冰”状，但一旦离开其适宜的海水深度，就会因压力减小而变成气体挥发。我的绝招是“保压取芯”——保持与海底地层相等压力的状态，将可燃冰带到海面上。此前，全球海底钻机的最大钻孔深度设计能力为200 米，而实际保压取芯作业最深只到达147 米。我成功下钻231 米，大大刷新了这一纪录！
看家本领
我拥有125 项国家专利，4 项国际发明专利。有了这些专利的加持，我的工作效率更高、反应更灵敏、操控更简便、功能更多样。
图2 “海牛Ⅱ号”正在进行海试作业（图/金永平 摄）
效率提高：按照传统的提钻取芯技术，岩芯管装满后要将钻杆一根根收回，取出装满的岩芯管，换一根空的岩芯管，重新拧接后才能继续钻进。若是钻进深度为20～30米，这样的技术问题不大，但超过这一深度，所需时间就大幅拉长，完成一次作业需要好几天。时间就是金钱，科考船在海上工作一天，光油费就得20 多万元。我采用自动遥控绳索取芯技术，钻进60 米，完成一次样品提取只需约20 个小时，钻进231 米，也只花了约30 个小时。
反应灵敏：我的身上有上百个传感器，这些传感器都是我的“眼睛”，根据它们“看到”的信息，钻头就可以自动调整钻进模式，大幅提高了钻探效率、取芯率和取芯质量。
操控简便：以前的海底钻机是一个命令对应一个按键，下海时需要好几个人不眠不休地守着。现在只需按一个按键就可以执行一套指令，一个人就可轻松操作。
功能多样：在钻孔取芯的同时，我还能干“兼职”：原位探测岩石的电阻率、孔隙率，给孔内周边岩石拍照等。
最危险的事
2021 年3 月，我在1000 米水深顺利完成海底作业，正准备回到海面时，突然听到一声巨响，原来是从丹麦进口的配套收放绞车坏了！
当时的我还悬吊在1000 米的水下，离海底约6 米，上不去，下不来。更惊险的是，根据天气预报，48 小时后，强台风就要经过这片海域，运载船必须离开躲避。大家紧急向丹麦厂家求助，答复是已经过了保修期，没遇过这种情况，爱莫能助。时间过去了9 小时，大家都以为我没救了。
还好，万步炎教授没有放弃我！他带领团队尝试了各种办法，最后决定构建一个液压系统替代原有电动系统损坏部件的工作。经过近30 个小时奋战，他们搭建安装好临时系统，在台风来袭前2 小时成功将我救上船，带我一起踏上归程。
最感谢的人
我最想感谢万步炎教授。没有他的雄心勃勃，我就不会出现；没有他的坚持不懈，我就无法从0.7 米下钻到231 米，一次次刷新海底钻机钻深纪录；没有他的机智勇敢，我早就葬身海底，不可能在太平洋、印度洋钻进数千个“中国孔”。
下一个目标
在超万米的马里亚纳海沟打下世界第一钻！
“养牛专业户”
2023 年5 月，来自湖南的“养牛专业户”——湖南科技大学万步炎教授被授予“时代楷模”称号。他说：“我最自豪的两件事：第一，中国的第一台深海钻机是我发明的；第二，我带队研发的‘海牛Ⅱ号’创造了世界纪录！”
为了让“海牛”达到世界领先水平，万步炎“敢”“稳”“拼”！
“敢”：2003 年，国内科考船上装备了铠装光纤动力复合电缆，但电压高达3300 伏，不了解其性能，几年没人敢用。2008 年，万步炎第一个“吃螃蟹”。钻机下潜到1000 米，电缆绝缘值时高时低，随时会漏电，全船人的心都提到了嗓子眼。万步炎发现是胶带问题，紧急抢修好了，可是专家组不同意继续试验。又是万步炎拍胸脯担保，不然2 米钻机还要再等一年才能海试。
“稳”：科学研究不可能一帆风顺。“养牛”20 多年，万步炎经历了20 米钻机设备被脐带缆拉倒、60 米钻机电机轴断了、231 米钻机绞车坏了等“至暗时刻”，但他处变不惊、临危不乱，一次次化险为夷。
“拼”：夏天，甲板上有时候温度高达70 摄氏度，可万步炎比年轻人还能熬，连续工作20 多个小时仍精神抖擞。每次海试，他都不会缺席，因为“出海机会是宝贵的，要珍惜，只有亲临一线，才能获取真实的情况，才能把‘海牛’做得更好”。
图4 万步炎（二排左三）和湖南科技大学海洋实验室的部分成员（图/湖南科技大学）
深海“巴士”——“奋斗者”号
外貌特征
我看起来像是一条大头鱼，这样的设计是为了减少阻力。我的肚子被涂成绿色，因为绿光在海水中衰减较小，便于人们在深海中找到我。我的头顶被刷成橘色，当我浮上水面时，方便母船第一时间发现我。
别看我外形呆萌，其实我对自己的“衣着打扮”非常讲究。
独门绝技
我不仅外形亮丽，而且肚里“有货”，可以同时搭载3 名潜航员下潜。
图5 “奋斗者”号的球形载人舱（图/中国科学院金属研究所）
在万米深海，水压超过110 兆帕，相当于2000 头非洲象同时踩在一个人的身上。为了保证水下潜航员的安全，我的载人舱被设计成球形。它由国产新型钛合金材料打造而成，不仅抗住了万米深海的巨大压力，还大大减轻了自身的重量，扩大了舱内空间，潜航员可以更加舒适地在里面工作。
此前，也有国外深潜器依靠球形载人舱成功挑战了万米重压，但舱体空间仅能容纳一两个人，无法搭载更多的人和设备。2012年，加拿大导演卡梅隆单独乘坐“深海挑战者”号探险马里亚纳海沟，为了把自己“塞”进载人舱，他甚至专门进行了瑜伽训练。
最自豪的事
2020 年10 月27 日，我潜入马里亚纳海沟，首次在万米海底留下中国的足迹。同年11 月10 日，我再次于海底成功坐底10 909 米，创造了中国载人深潜新纪录。
看家本领
超长续航：我可以在万米海底持续作业6 小时，“油腻”的锂电池为我提供了充足的能源。上百块单体锂电池分为若干组排列，模块之间的间隙充满了油。当某个模块的温度升高时，周围的油会把热量通过电池箱体传递给外部的海水，起到散热的作用。
图6 “奋斗者”号即将入水（图/陈凯姿 摄）
灵活操作：我有一对灵活的机械手，它有7 个关节，可360 度转动，操作精度达到1 厘米，能够在海底轻松布放、拾取，还能承载几十千克的质量，实现万米“海底捞”。我曾“捞”到过海底的沉积物、岩石、生物样品、深海水体，为科学家们后续研究提供了非常有价值的数据和资料。
上浮下潜：为了下潜至海底，我背了一个大包袱——总质量近2 吨的四块压载铁。在完成作业准备上浮时，我会抛出其中两块，使所受浮力大于自身重力。返航过程中，身上的浮力材料也会助我一臂之力。这种特殊材料由成千上万个纳米级大小的玻璃微珠构成，它们不仅能为我提供足够的浮力，还特别结实，能够经受住海底的巨大水压。
家族成员
在我国的载人潜水器家族，我还有两位哥哥。
大哥“蛟龙”号于2010 年7 月下潜到3759 米的深海，使我国成为世界上第五个掌握3500 米大深度载人深潜技术的国家。2012 年，大哥下潜至7062 米，创世界同类作业型潜水器最大下潜深度纪录。
图7 “蛟龙”号（图/高悦 摄）
二哥“深海勇士”号于2017 年10 月3日海试成功，它可以在水下深潜4500 米。截至2023 年6 月16 日，二哥已完成577次下潜任务，保持世界领先的运维水平。
图8 “深海勇士”号（图/中国科学院深海科学与工程研究所）
当然，我的工作能力也很强。2022 年，我完成了75 潜次作业，今后，我将搭载更多科学家遨游在世界海洋的最深处，帮助他们实现科学梦想。
下潜至万米深海是什么感受？我现在就想去体验！
这个问题我可回答不了，还是邀请“奋斗者”号的乘客，我国首位下潜至万米海底的女科学家——贺丽生来分享她的经历吧。
贺丽生：
为了节约宝贵的能源，下潜过程中载人舱内的灯都是关着的，只靠仪器的显示屏来照明。下潜速度大约为1 米/秒，“奋斗者”号要3 个小时才能下到万米深的海底。
图8 贺丽生处理采集的海底生物（图/中国科学院深海科学与工程研究所）
随着下潜深度的不断增加，周围海水的温度逐渐下降，到4000 米时降到了最低点，只有2摄氏度左右。因为人体会散发热量，所以舱内的温度还能维持在17 摄氏度左右，一件棉坎肩足以御寒。
图9 科研人员在清点从万米海底获取的钩虾样品（图/陈凯姿 摄）
当“奋斗者”号成功坐底马里亚纳海沟，我从观察窗口往外看，发现这里的生物真的非常多！记得我看到过几只钩虾、很多海参，还发现了不少多毛类生物。这里的海参跟我们之前看到的海参差别很大，它们个头不大，身体是透明的。
这么深的海底还有生物存活？
是呀，没想到吧！以前，人们以为海面6000 米以下的地方是一个死气沉沉、与世隔绝的世界。然而，随着人们的不断探索，这些认识正在被颠覆。
万米海底，妙不可言，大洋之下仍有许多未知等待我们揭秘。我们要努力学习，怀揣好奇，探索未知，挑战自我，为祖国的深海探索工作贡献力量！
