國產載人潛水器，跋涉萬米深海（瞰前沿·大國重器）
海南三亞，鹿回頭半島。中國科學院深海科學與工程研究所坐落於此，科學家們以科研為舟，探秘深海。
新西蘭，普伊斯哥海溝。今年年初，中國自主研發的載人潛水器“奮鬥者”號滿載一批寶貴的生物樣品上浮。日前，我國科學家對在馬裏亞納海溝、雅浦海溝等科考航次中獲得的深淵鈎蝦樣本進行研究，相關成果發表於國際期刊《細胞》。
從國內自主研發到國際科考合作，“深海勇士”號、“奮鬥者”號等載人潛水器在“探索”系列科考船的搭載下，向更深更遠的大海進發。讓我們在同潛航員與科學家的對話中，瞭解載人潛水器縱橫深海的絕技。
——編 者
闖深海，載人潛水器有啥絕技
海洋不僅藴含豐富資源，也藏着地球演化與生命起源的線索。作為人類潛向深海的交通工具，載人潛水器需要應對無光、高壓、低温等多重考驗。
從“蛟龍”號7000米級載人潛水器入海，到國產化率達到95%的“深海勇士”號4500米級載人潛水器的成功研發，再到“奮鬥者”號全海深載人潛水器實現極限深潛……向萬米深海逐步“跳躍”，載人潛水器可謂“身懷絕技”：除了“沉下去”“浮起來”，還“看得清”“可通話”，要在沉浮之間聽聲辨位，完成採集岩石、文物、生物樣品等任務，為深海研究帶回一手資料。
【專家看點】
王碩（中國科學院深海科學與工程研究所高級工程師）：
多深算“深海”？海洋生物領域將透光層以下的區域定義為深海，深度一般在200米以下；對海洋工程及資源勘探開發而言，一般將水深1000米以下的區域作為深海。萬米海底，壓強極大，每平方米要承擔1.1萬噸左右的壓力，這要求載人潛水器進化出高強本領。
和無人型潛水器相比，載人潛水器最大的特點在於擁有一套生命支持系統。以“奮鬥者”號為例，研製耐高壓的載人球艙是一大技術難點。經過反覆試驗，科學家們選擇了強度與韌性均衡、相對輕、耐腐蝕的新型鈦合金材料，最終制成能夠應對深海巨大水壓、搭載3名潛航員的載人球艙。
“奮鬥者”號如何實現“沉下去”“浮起來”？除了應用固體浮力材料，“奮鬥者”號上還裝配有兩組壓載鐵。通過攜帶與拋載，“奮鬥者”號可以控制自身所受浮力與重力的關係，實現無動力的下潛與上浮。除此之外，載人潛水器還有自己的“魚鰾”——浮力調節系統。在海底作業時，通過海水泵進行小範圍的浮力調節，使潛水器能夠輕鬆完成一定深度範圍內的航行。科學家們設計的神經網絡優化算法，讓“奮鬥者”號能夠在海底複雜地形巡航、定點航行以及懸停定位，其水平面和垂直面航行控制性能指標均達到國際先進水平。
不僅如此，在海底，“奮鬥者”號還“看得清”“可通話”。“奮鬥者”號裝有視頻燈光系統，能照亮周圍十幾米的海底景象，並即時記錄、存儲影像；兼具定時和即時信息交互功能的水聲通信系統，每100秒會與科考母船交流數據信息，可以隨時發送語音，實現海底通話。
探遺址，“深海勇士”號顯身手
今年下半年，“深海勇士”號載人潛水器預計將搭乘“探索”系列科考船在南海開展深海考古等工作。此前，“深海勇士”號已在南海西北陸坡一號、二號沉船遺址考古調查中“立功”。依託“深海勇士”號，歷經3個階段的深海考古調查已確認一號沉船遺物數量超10萬件，共提取文物900餘件套。
【專家看點】
陳傳緒（中國科學院深海科學與工程研究所研究員）：
茫茫大海，我們如何確定沉船與文物的位置？儘管“靠運氣”偶有所得，但主要還是通過文獻資料確定大致範圍後，利用無人型潛水器進行掃測，最後由“深海勇士”號等載人潛水器大展身手，進行調查與文物提取工作。
以一個8小時的潛次為例，其中要進行遺址調查與文物提取。下潛之前，潛航員會就提取文物的數量、潛次調查範圍等同考古專家團隊溝通，確定方案。下潛後，“深海勇士”號通過長基線定位系統導航，確保向既定位置移動。此外，三維激光掃描儀和高清相機也有用武之地，即時記錄沉船遺址的全景圖與文物的相應位置，避免文物提取後遺失相關位置信息。3個玻璃觀察窗，便於考古人員進行現場記錄。
“深海勇士”號在深海進行考古，離不開靈巧的“手”：經過改造的柔性材料機械手抗高壓、自由度高，關節能夠靈活運動，最遠端的負載能力達到65公斤，可在不損害文物表面紋飾的前提下，將文物採集到潛水器中。未來，應用人工智能也將助力海底文物的識別、統計與提取，提高深海考古效率。
入深淵，“奮鬥者”號作“捕手”
在由中國科學院牽頭的“全球深淵深潛探索計劃”支持下，科學家圍繞深淵的生命起源、地質演化等重大科學問題，對全球主要海溝深淵進行載人深潛科考，創造了多項世界載人深潛作業紀錄，取得一系列原創性科學發現。其中，我國科學家利用“奮鬥者”號載人潛水器等設備，對馬裏亞納海溝、雅浦海溝等科考航次中獲得的深淵鈎蝦樣本進行研究，相關成果近期發表在國際學術期刊《細胞》上。
【專家看點】
張海濱（中國科學院深海科學與工程研究所深海生物學研究室主任、研究員）：
深淵，是指水深超過6000米的深海區域，具有超高靜水壓力、黑暗、低温、營養來源匱乏等特點，是地球上最極端的海洋環境。而深淵鈎蝦卻自得其樂，呈現出顯著的優勢種羣特徵，生物量占主導地位。深淵生態系統中，深淵鈎蝦有着雙重角色：既是分解者——以海洋動物屍體等腐殖質為主要食物來源，又是能量傳遞者——是深淵獅子魚等掠食者的主要獵物。對深淵鈎蝦這一物種開展研究，能為深入理解生命如何適應深淵環境提供新的見解。
要研究深淵鈎蝦，先要“抓”。一種抓法，是用攜有籠狀或桶狀誘捕裝置的深淵着陸器，在海底放置十幾個小時來獲得大量深淵鈎蝦樣本；另一種抓法，是“奮鬥者”號作“捕手”，用機械手布放誘捕裝置，雖然採集數量相對較少，但用時更短。
同文物一樣，生物樣本的提取與保存也有一定要求。網籠、亞克力桶、採水瓶……裝置不斷升級，採集的深淵鈎蝦質量也不斷提升。未來，我們會製造深淵動物保真採集和培養裝置，在保温保壓的前提下，將生物活體從海底轉移到實驗室，更好地助力深淵生物研究。
研究獲得的深淵鈎蝦基因組是全球已發表的“最深”的動物基因組，為探究深淵生態系統提供了寶貴的數據資源。