創(chuàng)造載人深潛世界紀(jì)錄：“蛟龍”號“升級”，探秘深海更有“潛力”

從跟跑、并跑到個別領(lǐng)域領(lǐng)跑，創(chuàng)造載人深潛世界紀(jì)錄；完成技術(shù)性能優(yōu)化后邁入業(yè)務(wù)化應(yīng)用新階段

“蛟龍”號“升級”，探秘深海更有“潛力”

海洋孕育了生命、聯(lián)通了世界、促進了發(fā)展。作為認(rèn)識海洋的重要平臺，現(xiàn)代海洋科考船自二戰(zhàn)以來迅猛發(fā)展；作為科考船上的重要裝備，潛水器逐漸成為標(biāo)配。在所有潛水器類型中，載人潛水器（HOV）可以搭載科學(xué)家親臨海底，進行最為逼真的現(xiàn)場觀測、原位探測、精細(xì)采樣等工作，成為國內(nèi)外研發(fā)的重點。

我國自上世紀(jì)90年代提出研發(fā)載人潛水器以來，經(jīng)30年探索發(fā)展，成績顯著。日前，中國大洋礦產(chǎn)資源研究開發(fā)協(xié)會第六屆常務(wù)理事會第十五次會議召開，總結(jié)指出以我國自主研制的“蛟龍”號為代表的深海高科技裝備實現(xiàn)了從跟跑、并跑到個別領(lǐng)域領(lǐng)跑的重大跨越，“蛟龍”號創(chuàng)造了載人深潛世界紀(jì)錄并投入業(yè)務(wù)化應(yīng)用。

“蛟龍”號新母船“深海一號”。

定位7000米級的信念

從即墨區(qū)鰲山衛(wèi)驅(qū)車出發(fā)，約十分鐘后就可以來到國家深?；毓芾碇行模ㄒ韵潞喎Q“深海中心”）。深海中心近黃海而立，兩側(cè)被草島和柴島環(huán)抱，附近可以看到柴島村、向陽莊村等小漁村。但漁船在這里已不太常見，令人矚目的是一艘艘巨大的科考船。草島上，一道300余米長的大壩伸入大海，這就是國家深?；卮a頭。從深海中心副總工程師丁忠軍3樓的辦公室望出去，可以清楚地看到“蛟龍”號母船“深海一號”靜靜地停靠在碼頭?！啊詈Ｒ惶枴瓶即談倓偦氐角鄭u，‘蛟龍’號完成第227次下潛。”丁忠軍說。

10年前的6月27日，“蛟龍”號在海洋最深處馬里亞納海溝成功下潛7062米，這是我國載人深潛領(lǐng)域從未企及的深度。而要到達這個深度，需要強大的綜合國力作為支撐。連續(xù)多年擔(dān)任“蛟龍”號海試總指揮的劉峰說，我國在上世紀(jì)90年代就曾提出研發(fā)載人潛水器，論證時間長達10年。直到2002年，“7000米載人潛水器”（后命名為“蛟龍”號）正式立項，列入我國國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃（863計劃）重大專項。在此之前，我國在載人深潛領(lǐng)域缺席了近50年。

“蛟龍”號下潛。

國外潛水器研發(fā)經(jīng)歷了一段長期的探索，而快速發(fā)展還是在二戰(zhàn)以后。其中，瑞士皮卡德父子在1950年代研制出著名的“的里雅斯特”號，并駕駛這艘載人潛水器于1953年創(chuàng)造了下潛3150米的世界紀(jì)錄。后來美國購置了“的里雅斯特”號并進行改裝，于1960年在馬里亞納海溝創(chuàng)造了下潛10916米的世界紀(jì)錄。不過，這次下潛屬于冷戰(zhàn)時期的“軍備競賽”，可以說只為打破下潛紀(jì)錄。1964年，美國“阿爾文號”成功下水，這是世界上第一臺作業(yè)型載人潛水器，第一代最大下潛2000米，第二代增加至4500米。除美國之外，1984年，法國建造了“鸚鵡螺號”，最大下潛深度達6000米；1987年，蘇聯(lián)（現(xiàn)俄羅斯）建造了“和平－1號”和“和平－2號”，最大下潛深度同樣為6000米；1990年，日本建造了“深海6500號”，最大下潛深度達6500米。

縱觀當(dāng)時國外發(fā)展，載人潛水器研發(fā)已成為一種趨勢。這也是上世紀(jì)90年代我國提出研發(fā)載人潛水器的原因。將載人潛水器的最大下潛深度定位到7000米級，則凸顯了我國對標(biāo)、超越世界上同類型載人潛水器的信念和決心。

“20世紀(jì)90年代，我國深海大洋事業(yè)蒸蒸日上。但重大深海科考裝備嚴(yán)重缺失，高精尖設(shè)備幾乎全部來自進口?！倍≈臆娀貞洠覈枰幸粋€引領(lǐng)性的重大工程實現(xiàn)突破，提振我們進入深海的民族自信心，而載人潛水器就是重大裝備里的杰出代表。

我國有發(fā)展高科技的戰(zhàn)略布局，也有更直接的現(xiàn)實需求。據(jù)介紹，隨著國際海底調(diào)查研究工作的深入，我國于2001年獲得東太平洋7．5萬平方公里具有專屬勘探權(quán)和優(yōu)先開采權(quán)的多金屬結(jié)核勘探礦區(qū)。利用載人潛水器抵達海底，可以對海底資源環(huán)境進行更加詳細(xì)的實地勘察，也可以直接在海底進行取樣以及原位實驗。由此，“蛟龍”號研發(fā)被更快提上了日程。

下潛7000米的挑戰(zhàn)

一般而言，在載人潛水器里，潛航員不用做特殊的安全防護。因此要保障潛航員的生命安全，就需要在潛水器上下功夫。首先要解決載人潛水器的耐壓問題?！膀札垺碧柛笨傇O(shè)計師朱敏曾這樣比喻：7000米水深對應(yīng)的壓力是7000噸，“蛟龍”號下潛7000米，相當(dāng)于潛水器本體每1平方米上摞了150輛96式坦克（每輛重約45噸）?！膀札垺碧柍惺芫迚憾蛔冃危蛯Σ牧?、結(jié)構(gòu)和密封技術(shù)等提出了高要求。其次要完善水聲通信技術(shù)。因為無線電波在水中衰減太快，所以“蛟龍”號在海底唯一的通信手段是水聲技術(shù)。為保持海底“蛟龍”號與海面之上科考母船交流暢通，需要解決水聲通信傳輸率低、噪音影響、回波干擾等難題。

關(guān)于自主研發(fā)還是租用國外載人潛水器，還發(fā)生過一個小插曲?！爱?dāng)時我們想租用美國的‘阿爾文號’載人潛水器，但對方開價，一個潛次就要50萬美元。按當(dāng)年的匯率來算，我們使用他們的潛水器下潛一次就要支付約500萬元，根本用不起?！倍≈臆姼袊@，我國沒有自己的載人潛水器，也租不起國外的載人潛水器，不靠自己研發(fā)能行嗎？

正是在上述各種因素的影響下，我國建立起了自己的載人潛水器研發(fā)隊伍。彼時，全國百余家單位通力合作，中船重工集團公司七○二所全程參與載人球艙的制造和焊接，中國科學(xué)院聲學(xué)研究所負(fù)責(zé)聲學(xué)通信系統(tǒng)，中國科學(xué)院沈陽自動化研究所負(fù)責(zé)控制系統(tǒng)……除了聚焦載人潛水器本體之外，中國大洋礦產(chǎn)資源研究開發(fā)協(xié)會還專門選拔了我國第一代潛航員進行集中培訓(xùn)，通過國際合作，于2005年乘坐美國“阿爾文號”載人潛水器完成了8人次的下潛任務(wù)，獲得了寶貴的下潛經(jīng)驗，為后續(xù)開展?jié)摵絾T系統(tǒng)培訓(xùn)奠定了基礎(chǔ)。

“蛟龍”號拍攝的甲胄海葵。

經(jīng)過多年探索布局，“蛟龍”號生命支持系統(tǒng)、耐壓密封系統(tǒng)、自動控制系統(tǒng)、聲學(xué)通信系統(tǒng)、電池能源系統(tǒng)等一系列關(guān)鍵技術(shù)取得突破。2009年，“蛟龍”號完成總裝。當(dāng)年8月，首潛38米，邁出了中國載人深潛第一步。此后四年，“蛟龍”號在科考母船“向陽紅09”的支撐下，相繼取得1000米級、3000米級、5000米級和7000米級海試成功。2012年6月27日，“蛟龍”號在馬里亞納海溝成功下潛7062米，創(chuàng)世界同類型載人潛水器最深下潛紀(jì)錄。

作為中國自行設(shè)計、自主集成研制的第一臺載人潛水器，在一次次下潛中，“蛟龍”號的性能得到了驗證，也在不斷刷新下潛紀(jì)錄中亮相世界舞臺。因為有了“蛟龍”號，中國成為繼美、法、俄、日之后世界上第五個掌握大深度載人深潛技術(shù)的國家。

新模式、新學(xué)科

“大約9時，‘蛟龍’號開始垂直下潛，落向南海的海山。隨著下潛深度的增加，舷窗外的海水由寶藍(lán)色變成深藍(lán)色直到漆黑，閃著熒光的浮游生物向上一一劃過。很快，我們就下潛到了3573米深的海底。我們觀測到了無邊無際的鐵錳結(jié)核，看到了紫色、白色、紅色、深褐色的多種海參，還有紅色的真蝦、白色的海百合、海傘珊瑚、鎧甲蝦……原來幾千米的深海并不是生命的荒漠，生物種類數(shù)一點兒也不少?！?/p>

“蛟龍”號拍攝的盲蝦。

2013年6月，“蛟龍”號開啟首個試驗性應(yīng)用航次，從海試階段正式邁進為期5年的試驗性應(yīng)用階段。在同年7月3日“蛟龍”號第58潛次中，潛航員唐嘉陵、中科院聲學(xué)所副研究員張東升、中科院海洋所研究員李新正一起乘坐“蛟龍”號在南海考察?！斑@次下潛，我親眼看到了深海海底各種奇奇怪怪的動物。”李新正補充說，借助“蛟龍”號下潛，他們發(fā)現(xiàn)，在深海海山、冷泉或熱液環(huán)境中，生物群落個體密度和生物量遠(yuǎn)高于淺海，一些深海生物甚至不需要陽光也可以生存。這些新發(fā)現(xiàn)，改變了科學(xué)家許多傳統(tǒng)認(rèn)知。

因為擔(dān)任副總工程師、長期負(fù)責(zé)“蛟龍”號的布放與回收工作，丁忠軍對這次下潛也印象深刻。“在下潛到約1000米時，我們就發(fā)現(xiàn)了大面積、密密麻麻的鎧甲蝦等生物。在海底，鐵錳結(jié)核一望無際，令人震驚?！倍≈臆姼袊@，如今大家都清楚，海山被譽為“海底大花園”，是海洋生物的聚集地，是研究深海生物多樣性的熱點地區(qū)。但在當(dāng)時，國際上對海山也少有報道。更讓人想不到的是，他們利用我國自主研發(fā)的載人潛水器發(fā)現(xiàn)并證明，我國管轄海域的深水區(qū)也存在著如此豐富的海底世界。

“蛟龍”號拍攝的捕繩草?？?、海羊齒。

“‘蛟龍’號的應(yīng)用，開拓了我國深海資源環(huán)境勘查的一種新模式?！倍≈臆姳硎?，在此之前，我國對海底勘查的常用辦法是使用科考船上的抓斗裝備，但抓斗到達海底不會移動，相當(dāng)于在大海中“盲采”。拍照觀察時，科考船通過纜繩將深海攝像光學(xué)拖體置入海中，在海底拍攝影像，但又受限于當(dāng)時的技術(shù)水平以及復(fù)雜的海底環(huán)境，光學(xué)拖體不可能無限接近海底?？梢哉f，以往的深海調(diào)查手段都存在一定的局限性。“駕駛‘蛟龍’號，潛航員可以透過‘蛟龍’號舷窗直接觀察海洋，也可以駕駛‘蛟龍’號進行取樣等工作，還可以利用‘蛟龍’號拍攝影像，其分辨率更是達到厘米級?！倍≈臆娬f，借助“蛟龍”號，我國科學(xué)家深入海山區(qū)、冷泉區(qū)、熱液區(qū)、洋中脊等海底特殊生境，進一步拓展了我們對深海的認(rèn)知。在海底的一次次新發(fā)現(xiàn)，又催生了深海生物基因資源、深海極端環(huán)境、深海礦產(chǎn)資源等新學(xué)科。近年來，中國學(xué)者在海洋生物多樣性等多個領(lǐng)域研究成果井噴，彰顯和提升了我國國際影響力，中國進入了深?？疾旌脱芯康狞S金時代。

在“蛟龍”號試驗性應(yīng)用期間，我國第一個、世界第五個國家深?；卦谇鄭u建設(shè)。2015年3月17日，“向陽紅09”船搭載“蛟龍”號?？繃疑詈；卮a頭，標(biāo)志著國家深海基地啟用，“蛟龍”號正式安家青島。此后“蛟龍”號的運維、管理都依托國家深海基地進行，有了更加系統(tǒng)化的保障舞臺。

“蛟龍”號完成升級改造

2017年，“蛟龍”號完成試驗性應(yīng)用，具備業(yè)務(wù)化應(yīng)用的條件。在步入業(yè)務(wù)化運行之前，由深海中心牽頭，開展了國家重點研發(fā)計劃——深海關(guān)鍵技術(shù)與裝備專項“蛟龍?zhí)栞d人潛水器科學(xué)應(yīng)用與性能優(yōu)化”項目，從提高潛水器水下作業(yè)效率及安全性、降低運行成本等角度，對“蛟龍”號進行技術(shù)性能優(yōu)化。

2017年，深海中心總結(jié)“蛟龍”號歷次下潛經(jīng)驗，對“蛟龍”號實施維護升級。據(jù)丁忠軍介紹，整體來看，主要是實施四個大方面的升級改造。首先是“蛟龍”號的整體結(jié)構(gòu)系統(tǒng)實現(xiàn)升級換代。比如，此前的機械手距離作業(yè)區(qū)較遠(yuǎn)，不方便作業(yè)，優(yōu)化后作業(yè)覆蓋范圍更寬，水下作業(yè)效率及安全性大大提高。其次是優(yōu)化了拋載系統(tǒng)。為了節(jié)省能源，“蛟龍”號靠壓載物下潛和上浮。本次優(yōu)化將壓載鐵換成了壓載沙，大幅提高了裝載效率和安全性。三是升級“蛟龍”號的導(dǎo)航控制系統(tǒng)。最大的改變是將海底的地形地貌圖疊加到了導(dǎo)航控制系統(tǒng)里，潛航員可以直接對照地圖去尋找目標(biāo)。最后是升級了“蛟龍”號上搭載的聲學(xué)設(shè)備。如今海底探測的分辨率大幅度提高，可更精細(xì)化開展海底勘查。

改造升級“蛟龍”號的同時，其母船“向陽紅09”也面臨著船舶機械設(shè)備老化等問題。2015年，“蛟龍”號新母船項目通過發(fā)改委立項，2017年正式開建，定名“深海一號”。“深海一號”是針對“蛟龍”號特點專門設(shè)計的一艘4700噸級綜合科考船，可為“蛟龍”號深潛作業(yè)提供水下、水面支持及維護保養(yǎng)。

“一個載人潛水器是否具備業(yè)務(wù)化應(yīng)用條件，有三點很關(guān)鍵：第一，要有一個專業(yè)的科考母船；第二，載人潛水器自身具備優(yōu)異性能；第三，要有一支強有力的潛航員隊伍。”丁忠軍說，隨著“深海一號”于2020年底完成海試驗收，隨著“蛟龍”號科學(xué)應(yīng)用與性能優(yōu)化項目于2021年上半年完成海試驗收，以及經(jīng)過長期摔打錘煉，深海中心建立了一支優(yōu)秀的潛航員隊伍，因此可以說，“蛟龍”號從2021年進入了業(yè)務(wù)化應(yīng)用階段。

回首來路，從立項研發(fā)到投入業(yè)務(wù)化應(yīng)用，“蛟龍”號已走過近20年。歷經(jīng)不斷探索、試錯、優(yōu)化，“蛟龍”號迎來新生。截至目前，“蛟龍”號共完成下潛227次。在最新的一次海底熱液區(qū)下潛中，升級改造后的“蛟龍”號在高溫復(fù)雜環(huán)境下的作業(yè)性能也得到了進一步驗證。

“在專業(yè)載人深潛母船的支持下，新‘蛟龍’號的作業(yè)效率將大幅提高。站在新的起點上，將為我國深海資源環(huán)境調(diào)查研究提供更有力的支撐。”丁忠軍對“蛟龍”號探秘深海大洋充滿信心。（青島日報／觀海新聞記者 李勛祥）

“蛟龍”號發(fā)展歷程

2002年

“蛟龍”號正式立項

2009年

“蛟龍”號完成總裝，當(dāng)年8月完成首潛

2012年6月27日

“蛟龍”號在馬里亞納海溝成功下潛7062米，創(chuàng)世界同類型載人潛水器最深下潛紀(jì)錄

2013年6月

“蛟龍”號開啟首個試驗性應(yīng)用航次

2015年3月17日

國家深海基地啟用，“蛟龍”號正式安家青島

2017年

?“蛟龍”號實施維護升級

?“蛟龍”號新母船“深海一號”開建

2021年

“蛟龍”號進入業(yè)務(wù)化應(yīng)用階段