深海王者——“奋斗者”号

周亚丽

这是迄今为止人类离地心最近的一次，若不是人类科技的不断进步，谁敢去往号称“地球第四极”的魔鬼之境——马里亚纳海沟，这里的最深处足有11304米，把地球最高峰珠穆朗玛峰装进去都绰绰有余。2020年11月10日，中国自主研制的载人深潜器“奋斗者”号代表人类抵达了海沟深处10909米的位置，创造了中国载人深潜的最新纪录，标志着中国在大深度载人深潜领域达到了世界领先水平。

步步为赢

从2020年10月10日起，“奋斗者”号就开赴马里亚纳海沟展开了万米海试，成功完成了13次下潜，其中8次下潜深度突破万米。奇怪，为什么“奋斗者”号不一次下到最深处呢？这是出于对载人考察的安全、潜水器设计及装备安全的考虑，毕竟一万多米深的海沟是地球的极端高压环境，极限下潜需要由浅到深，逐步推进。当“奋斗者”号下潜到2000米深度时，假如发现了问题，一定要把问题解决，再次下潜确认没问题后，接着去往4000米、5000米……一天1000米，深海超级战队就这样不断地验证“奋斗者”号的性能。事实证明，“奋斗者”号果真是个“钢铁战士”！

“奮斗者”号究竟是凭借什么才如此勇猛无畏的呢？

打造“超能扛”

在3000米的深海里，潜水器身上一平方米需要承受相当于3000吨重量的压力，海水的温度大约为3摄氏度。这就已经够惊人了，1万米深海的压力，每一平方米承受的压力可以达到1万吨。因为深潜器下潜需要让内部和外部的压强达到平衡，在万米海沟里，“奋斗者”号内部浸满海水，也几乎要达到深海的超高压状态。怕水的电池、设备怎么办？它们已经提前用壳包裹住，并且在其间灌注了硅油。载人舱怎么办？人在里面需要呼吸，可不能被海水侵占。这样一来，载人舱的外壳需要承担抗压重任。“奋斗者”号采用了球形载人舱，因为球形舱在各方向都受力均匀，不容易出现应力集中，造成舱体局部损坏。

无敌钛外衣

为了让“奋斗者”号能安全造访马里亚纳海沟，中国科学院金属研究所钛合金团队特别为它打造了一套“钢铁战衣”。他们用自主研发的钛合金新材料采用新型的合金设计方案，建造出世界最大、搭载人数最多的全海深载人舱。

此前，美国的“极限因子”于2019年5月搭载了2名深潜员实现了万米下潜，而“奋斗者”号搭载了3名深潜员。多一个人，对一艘深潜器来说可不是小事。这意味着从一开始建造时，就要大幅度提高舱体材料的厚度和强度。可是钛合金材料有自己的“脾气”——尺寸和厚度越大，它的均匀性和力学性能稳定就越难以保证，这还怎么保护深潜员呢？

设计团队研究了新型的钛合金显微结构，发明了钛合金Ti62A，它有良好的热加工成形和焊接成形性能，强度也有大幅提升，成功解决了深海极端高压环境里载人舱的材料难题。还有超大厚度高强钛合金电子束焊接和热处理技术，也在建造“奋斗者”号的过程中实现了国内技术的跨越。

智能控制“眼明手快”

勇闯马里亚纳海沟，光靠勇力还不够，在未知的深海需要有足够机智的“大脑”。多亏中国科学院沈阳自动化研究所，给“奋斗者”号载人深潜器配备了自主研制的智能化控制系统，搭配上电动观测云台以及主从伺服液压机械手等全海深技术装备，帮助“奋斗者”号实现了高精度航行控制、全景科学观测、高精准作业取样等功能。

“奋斗者”号的智能控制系统可以进行在线故障诊断和海底自主避碰等，大大提高了深潜器的安全性。通过神经网络优化算法，“奋斗者”号拥有了贴海底自动匹配地形巡航、定点航行及悬停定位等炫酷十足的高精度控制功能。

“奋斗者”号的机械手也十分强大。它配备了两套主从伺服液压机械手，机械手具有7个关节，可以实现六自由度运动控制，持重能力超过60千克。为了让机械手在超高压环境里也能顺利工作，研究团队也必须攻克好些技术难关，比如超高压密封技术、超高压油液环境驱动与控制等，填补了我国相关领域的多个空白。

【知识链接】

六自由度——物体在空间具有六个自由度，即沿x、y、z三个直角坐标轴方向的移动自由度和绕这三个坐标轴的转动自由度。通过六个自由度可以完全确定物体在空间中的位置。

“认路”有高招

你可能要问了，在黑夜一般的海沟里，“奋斗者”号是怎么知道自己的位置的？听说，“奋斗者”号在万米之外，也能跟母船“探索一号”进行实时沟通，难道海底声音传播不会延迟吗？这些问题可问到点子上了，说到这，“奋斗者”号可又要自豪一把了。它的水底通信技术可是声学前沿科技的大集结。

中国科学院声学研究所给“奋斗者”号配备了全海深水声通信机、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、定位声呐和惯性导航设备等。而且，这些高精尖设备全是由中国自主研发而成。

“奋斗者”号与母船“探索一号”通过水声通信来实现文字、语音及图像的实时传输。而声学多普勒测速仪、定位声呐和惯性导航等设备组成的导航系统，让“奋斗者”号在进行巡航作业时能精确地得到水下定位导航。

上九天、下五洋，人类征服星辰大海难道就是为了满足征服欲望？当然不是。像马里亚纳海沟，它是大洋板块和陆地板块真正的交汇处，派深潜器前去一探究竟，是为了研究海沟的形成、演变和生态，从而帮助我们了解地球板块的演化过程、地球生命起源、生态循环、洋流变迁、深海矿产等。尤其是对耐高压、耐低温的极端环境中的生命研究，对未来人类如何适应太空的极端环境，甚至定居也具有启示意义。

【知识链接】

世界上第一个造访马里亚纳海沟的潜水器——“的里雅斯特”号

19世纪50年代由瑞士的皮卡德父子建造。它的外形酷似飞艇，底部是载人球舱，上端用一个装满汽油的筒提供返航时的浮力。1960年，“的里雅斯特”号在马里亚纳海沟下潜，在抵达9000米深度时，一个观察窗突然出现裂缝。在这种情况下，“的里雅斯特”号依然继续下潜，代表人类第一次成功到达马里亚纳海沟10916米处。