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大洋样品馆“蛟龙”号1:2模型

创造中国“新深度”

蔚蓝幽静的海洋,总是给人一种神秘的感觉。而在水深数千米甚至数百米的深海,由于没有光照,深海海域常年处于黑暗状态,加之压力大、温度低、氧气稀薄等原因,在科学不发达的时代,这里曾一度被认为是荒蛮之地和生命禁区。

但是好奇心与求知欲是人类的天性,它们推动着人类不断探究未曾到达的领域。探索和发掘海洋的未知奥秘,就是人类孜孜不倦的追求之一。为了探索这个覆盖了地球表面四分之三面积的广袤区域,美国、法国、俄国、日本先后研制出了能够下潜6000米至6500米的载人深潜器。

2002年,科技部将深海载人潜水器研制列为国家高技术研究发展计划(863计划)重大专项,启动“蛟龙”号载人潜水器的自行设计、自主集成研制工作。

在仅有600米载人深潜技术积累的基础上,国内100多家单位通过连续多年的基础研究、技术攻关,攻克了大深度耐压、密封、安全技术,可靠水声通信技术,深海复杂环境下精细作业技术等世界性难题,成功研发了具有自主知识产权的“蛟龙”号载人潜水器。

从2009年至2012年,“蛟龙”号接连取得1000米级、3000米级、5000米级和7000米级海试成功。2012年6月27日,“蛟龙”号在世界上最深的海沟——马里亚纳海沟里创造了下潜7062.68米的中国载人深潜纪录,也打破了世界上同类作业型载人潜水器最大下潜深度纪录。

而这“蛟龙”号的本事到底有多大?请跟随小编的步伐来一探究竟。

技高胆大小蛟龙

“蛟龙”号的长、宽、高分别为8.2米、3.0米和3.4米,空重不超过22吨,有效荷载是220公斤(不包括乘员重量),最大速度每小时2.5海里,工作范围可覆盖全球99.8%的海域。作为我国首台自主设计、自主集成研制的作业型深海载人潜水器,“蛟龙”号不仅具有国际上同类型潜水器的最大下潜深度,而且在声学通讯、自动控制以及深度作业等性能方面拥有明显的优势。

技高胆大“小蛟龙”

法宝一:“金钟罩”外壳和载人耐压舱

“蛟龙”号由动力系统、导航定位系统、照明摄像系统、观察系统、工作系统、通信系统、外壳、载人耐压舱等组成,其中“蛟龙”号外壳和载人耐压舱都采用了钛合金材料。这种材料具有高强度、低密度、抗腐蚀性强和低温性能好的特点。这些特性使得“蛟龙”号能够抵抗深海七千米的高压、低温、高腐蚀的极端环境。

在潜水器下潜到几千米那么大深度以后,普遍会面临一个巨大的困难——压力。7000米左右的这个深度对应的压力是多少呢?每平方米7000吨。这是一个什么概念?咱们国家的96式坦克大概45吨重,大约相当于150辆96式坦克叠罗汉,压在一平方米的面积上,可以想象蛟龙身上承受着多大的压力!而这样巨大的压力使得载人潜水器在材料、设计、制造加工等等方面都有非常高的要求。因此为了更好的保证下潜人员的安全,除了使用钛合金材料打造载人耐压舱外,还把舱体设计成了球形,因为球体结构能够很好地抵消来自海水中各个方向的力。

法宝二:“水下qq”——高速水声通信系统

由于“蛟龙”号要下潜到深海7000米处,不可能从水面拉一根电缆下去跟下面去通信,而无线电波在如此深的海底也根本用不了,这时候只能靠水声通信。水声通信系统就像是潜水器的嘴巴和耳朵,它的工作原理是先将文字、语音、图像等信息经过编码、调制处理后,由功率放大器推动声学换能器将电信号转换为声信号。声信号通过水这一介质,将信息传递到远方的接收换能器,这时声信号又转换为电信号,经过放大、滤波和数字化后,数字信号处理器对信号进行自适应均衡、纠错等处理,还原成声音、文字及图片。在作业中,水面人员不仅可以和“蛟龙”号水下人员通过文字交流,甚至还能发语音、发照片,因此“蛟龙”号科研团队为其取了个外号叫“水下QQ”。

法宝三:独特的航行操控系统

就像开车一样,时间一长,驾驶员难免产生疲劳感。为了避免潜航员因长时间驾驶产生驾驶疲劳,中科院沈阳自动化研究所为“蛟龙”号设计了类似智能汽车一样便捷的航行系统和操控系统,让其具备定向、定深、定高航行以及悬停定位功能,大大减少了驾驶员操纵的难度。

**自动定向航行:**驾驶员设定好方向后,“蛟龙”号可以自动航行,而不用担心跑偏。

**自动定高航行:**这一功能可以让潜水器与海底保持一定高度,尽管海底山形起伏,自动定高功能可以让“蛟龙”号轻而易举地在复杂环境中航行,避免出现碰撞。

**自动定深功能:**可以 让“蛟龙”号保持与海面固定距离。

**悬停定位功能:**一旦在海底发现目标,“蛟龙”号不需要像大部分国外深潜器那样坐底作业,而是由驾驶员行驶到相应位置,“定住”位置,与目标保持固定的距离,方便机械手进行操作。在海底,蛟龙号可以克服因为洋流、机械手运动带动整个潜水器晃动等使它摇摆不定的干扰因素,而做到精确地“悬停”。


“蛟龙”号VS“的里雅斯特”号

有些朋友可能会对“蛟龙”号打破现役的作业型载人潜水器下潜的世界纪录有疑问,美国的“的里雅斯特”号在1960年就下潜到了10916米,而美国导演詹姆斯·卡梅隆在2012年也独自乘坐“深海挑战者”号,下潜至马里亚纳海沟10898米深处了,因此认为“蛟龙”号的下潜深度尚不及上个世纪的“的里亚斯特”号等深潜器,这种说法实际上混淆了探险型潜水器和作业型潜水器的特点。

无论是“的里亚斯特”号还是“深海挑战者”号,都属于载人探险型潜水器,这种潜水器下潜能力强,但活动范围有限,空间狭小且不具备深海作业能力,更不要说进行深海科研,因此它们仅能作为探险、摄影和打破深潜纪录等用途。

而“蛟龙”号属于载人作业型潜水器,可用于深海探测科考项目,具有水下观察、照相摄像、观测探测、取样作业等功能。主要用来执行水下考察、海底勘探、海底开发和打捞、救生等任务。

深海大洋里蕴藏着丰富的资源,是人类未来发展的蓝色希望,更是大国博弈的战略空间。

正如中国大洋协会秘书长、“蛟龙”号7000米级海试现场总指挥刘峰所说,“‘蛟龙’号是我国载人深潜发展历程中的一个重要里程碑。它不只是一个深海装备,更代表了一种精神,一种不畏艰险、赶超世界的精神,它是中华民族进军深海的号角。”


部分图片来源于网络

参考资料:

1、知网;

2、知乎——「蛟龙号」的科技水平有多高?

来源: 大洋样品馆 张老师