如何看待詹姆斯·卡梅隆下潛10898米
——“蛟龍”號海試現(xiàn)場總指揮劉峰談卡梅隆馬里亞納海溝探險

撰文/劉峰

如何看待詹姆斯·卡梅隆下潛10898米
——“蛟龍”號海試現(xiàn)場總指揮劉峰談卡梅隆馬里亞納海溝探險

撰文/劉峰

“深海挑戰(zhàn)者”潛水器

卡梅隆“蝸居”在直徑只有1.09米的載人球殼內(nèi)

“所有這一切的目標并非僅僅是破紀錄以及做一些嘩眾取寵的下潛。我們同時還希望能夠挑戰(zhàn)的不僅是科學知識，還有工程技術(shù)的極限。”

1954年8月16日，詹姆斯·卡梅隆出生在加拿大安大略省的一個中產(chǎn)階級家庭。他的父親是一名電氣工程師，母親是一位藝術(shù)家，這似乎注定了卡梅隆天生就兼具工程和藝術(shù)兩方面的才華。初入電影圈，卡梅隆的才華很快就得到了好萊塢制片人的賞識，他不但是個優(yōu)秀的特技工程人員，更有出眾的想象力?？仿μ街詈W秘始終滿懷著熱情。從1989年拍攝電影《深淵》開始，到1997年乘坐俄羅斯深海載人潛水器“和平”號對沉睡于大西洋底的“泰坦尼克”號完成探險拍攝以及《泰坦尼克號》電影獲得當年全球最佳票房之后，卡梅隆的深海探險活動就一發(fā)不可收拾。

為了探索“泰坦尼克”號的海底殘骸，通過實體攝影來加強電影的歷史真實性，卡梅隆召集了俄羅斯、美國和加拿大的科學家、攝影師、水手和歷史學家，于1995年組織了12次下潛。他們使用俄羅斯2艘“和平”號載人潛水器下潛到約3700米的沉船殘骸深處，用一臺遙控潛水器進入沉船殘骸內(nèi)部，拍攝到了“泰坦尼克”號沉沒后人所未達的地方，獲得了最佳拍攝視角和震撼效果?！渡詈Ｓ撵`》是卡梅隆再次下潛尋訪“泰坦尼克”號沉船的紀錄片，為完成《泰坦尼克》和《深海幽靈》的拍攝，他下潛3700米的海底殘骸處的次數(shù)超過30次。

對于今年3月馬里亞納海溝“挑戰(zhàn)者深淵”的探險，卡梅隆曾表示：“所有這一切的目標并非僅僅是破紀錄以及做一些嘩眾取寵的下潛。我們同時還希望能夠挑戰(zhàn)的不僅是科學知識，還有工程技術(shù)的極限?！?/p>

與現(xiàn)代載人潛水器的鼻祖“曲斯特”載人潛水器相比，卡梅隆的“深海挑戰(zhàn)者”的總重量不到“曲斯特”總重量的十二分之一。

人類深海探險隨科技的進步而不斷發(fā)展，同時人類對探知深海的渴望也推動了深海技術(shù)的不斷創(chuàng)新，并促使深海技術(shù)裝備不斷走向成熟。

60年前建造的“曲斯特”載人潛水器可以算得上現(xiàn)代載人潛水器的鼻祖。它排水量達150噸，長18.14米，寬3.51米，高5.64米。潛水器載人球內(nèi)徑為2.1米，可以容納2人，1952年在意大利完成建造。經(jīng)過8年的試驗和技術(shù)改進，1960年1月23日，唐·華爾什和亞格斯·皮卡德2人下潛到挑戰(zhàn)者深淵，奪得了下潛深度的冠軍，創(chuàng)造了人類進入深海的輝煌歷史。

1960年1月23日唐.華爾什和亞格斯.皮卡德2人乘坐“曲斯特”下潛到挑戰(zhàn)者深淵，奪得了下潛深度的冠軍，創(chuàng)造了人類進入深海的輝煌歷史

由于當時技術(shù)條件的限制，“曲斯特”體積和重量龐大，給建造與使用帶來極大的困難。它的操縱性很差，在海底根本沒有自航能力，活動范圍極其有限，更談不上拍照、取樣和開展深海調(diào)查能力。在它創(chuàng)造了世界深度紀錄之后，就逐漸淡出了人們的視線。和“曲斯特”相比，卡梅隆的“深海挑戰(zhàn)者”潛水器高7.3米，用玻璃微珠復(fù)合材料作為浮力材料，潛水器的總重量僅11.8噸，不到“曲斯特”潛水器的十二分之一。

隨著深海技術(shù)和材料的不斷發(fā)展，載人潛水器的設(shè)計和制造不再利用汽油為其提供浮力，取而代之的是比重更小、且能夠耐壓的浮力材料，從而使載人潛水器的體積、重量都遠小于先前的“曲斯特”潛水器，水面布放和回收都更加方便，而且還安裝了推進器，保證了它們能夠在水下自由航行。

卡梅隆的11000米載人潛水器，目的是為了極限探險，不像用于深?？茖W考察的載人潛水器那樣需要幾千次的下潛壽命?！吧詈Ｌ魬?zhàn)者”無法匹敵目前用于深?？疾燧d人潛水器每天都需要下潛的頻度要求。

在深海載人潛水器的關(guān)鍵技術(shù)中，難度最大的無疑是載人球艙設(shè)計和加工制造。載人球艙的直徑越大，對材料的要求就越高，加工制造難度也越大。簡單來說，球殼中材料的應(yīng)力與下潛深度成正比，與球殼直徑的立方成正比。為了減少潛水器總體重量，近年來制造的載人球殼多采用比重小、強度大的鈦合金材料。目前用于深?？茖W考察的幾型載人潛水器的載人球艙直徑都在2米左右，以保證3個下潛人員的生存活動空間。

卡梅隆的11000米載人潛水器，目的是為了極限探險，不像用于深?？茖W考察的載人潛水器那樣需要幾千次的下潛壽命，它的設(shè)計壽命也許幾次就可以滿足要求，因此無須在可靠性方面花太多精力。為了保證載人球殼能夠耐受1100個大氣壓的考驗，同時為了減小制造難度，節(jié)省經(jīng)費開支，只能盡可能地減小球殼的直徑，自己受委屈“蝸居”在直徑只有1.09米的球殼內(nèi)。這樣的載人球殼只需采用普通的高強度鋼就可以制造，而無需采用強度高、但價格昂貴的鈦合金材料。

對于一次深海探險來講，“蝸居”在這樣狹小空間內(nèi)67個小時，也許可以勉強接受，但要求他第二天連續(xù)下潛，則是不可想象的?？仿〈舜翁诫U隨行的心理學家說：“下次下潛至少要在幾個星期之后，以使卡梅隆的身心健康得到恢復(fù)?！憋@然，“深海挑戰(zhàn)者”無法匹敵目前用于深海考察載人潛水器每天都需要下潛的頻度要求。

卡梅隆的“深海挑戰(zhàn)者”潛水器最大的特點在于它裝備了8臺高清攝像機，其中4臺安裝在了載人球殼的外面。他的團隊為這次探險專門開發(fā)了可以在水下拍攝3D影像的系統(tǒng)，以獲得最佳的水下拍攝效果。這種技術(shù)創(chuàng)新無疑為深海攝像技術(shù)的發(fā)展做出了貢獻。

目前的幾型科學考察用潛水器下潛和上浮的速度都在12節(jié)之間，如果以這樣的速度下潛到挑戰(zhàn)者深淵，需要4小時，來回就要8小時，極大地限制了海底作業(yè)時間。而“深海挑戰(zhàn)者”下潛速度卻提高到了4.5節(jié)，這一技術(shù)大大節(jié)省了下潛上浮時間，有效地增加了潛水器海底工作時間?？仿〉募夹g(shù)攻關(guān)團隊，潛心研究8年的時間，終于實現(xiàn)了前人無法達到的目標。這些技術(shù)創(chuàng)新無疑在深海技術(shù)領(lǐng)域掀起一股強勁的創(chuàng)新熱潮，必將進一步推動深海技術(shù)的革新和發(fā)展。

據(jù)不完全統(tǒng)計，目前全世界仍在使用的各類載人潛水器約90艘，有的用于深?？茖W考察；有的用于海底觀光；有的用于海底探險。這當中潛深超過1000米的僅12艘，下潛更深的潛水器數(shù)量則更少。

目前擁有6000米以上深度載人潛水器的國家包括美國、日本、法國、俄羅斯。中國建造的“蛟龍”號載人潛水器設(shè)計深度7000米，2011年開展了5000米級載人深潛試驗，下潛深度達到5188米，2012年夏季將進一步開展7000米級深潛試驗。

20世紀60年代是小深度載人潛水器發(fā)展的鼎盛時期，20世紀90年代是大深度載人潛水器發(fā)展的成熟期。20世紀80到90年代，美國、法國、日本和俄羅斯等國相繼發(fā)展了用于海洋科學研究和海洋資源調(diào)查的大深度潛水器，最具代表性的有美國的“阿爾文”號，日本的“深海6500”，法國的“鸚鵡螺”號和俄羅斯的“和平”號。

法國的“鸚鵡螺”號

在“阿爾文”號接近50年的歷史中，創(chuàng)造了諸多輝煌。1977年在加拉帕格斯裂隙，科學家首次發(fā)現(xiàn)海底熱泉附近生活著豐富的另類海底生物，因為海底沒有任何光線，科學家推斷這些生物依靠化學合成而非光合作用獲得自身需要的能量，這一革命性的發(fā)現(xiàn)，掀起了生命起源命題的大討論?！鞍栁摹碧柕拿暣笤脒€因為它在1966年與其他潛水器在地中海搜尋，一起成功打撈起美國丟失的一顆氫彈。

法國于1985年研制成工作水深6000米的“鸚鵡螺”號載人潛水器，其重量為18.5噸，可載3人，水下作業(yè)時間5小時，裝有2只分別為6自由度和5自由度的機械手以及用作工具箱、樣品存放的采樣籃，并配有海水取樣器、沉積物取樣器、巖石取芯器、溫度測量儀以及液壓錘和其他切割工具?！胞W鵡螺”號可以進行多種海底樣品的采集和其他復(fù)雜的作業(yè)任務(wù)，還能隨時獲得潛水器本身的精確位置。它具有重量輕、上浮下潛速度快、能側(cè)向移動、觀察視野好、可攜帶一個小型水下機器人等特點，已進行過多金屬結(jié)核區(qū)域、海溝、深海海底生態(tài)等調(diào)查和沉船、有害廢料搜索等任務(wù)，至今已下潛過1000余次。

日本的“深海6500”潛水器

前蘇聯(lián)和芬蘭于1987年聯(lián)合研制了2艘6000米載人潛水器“和平1”和“和平2”，重量均為19噸。它們是僅有的2艘用馬氏體Ni鋼制造載人球殼的潛水器。它們水下瞬時航速高達5節(jié)，垂直潛浮速度可從每分鐘幾厘米到每分鐘3540米；備有高分辨率的攝像系統(tǒng)，2只多自由度機械手及一套取樣裝置，12套測量深海環(huán)境參數(shù)和海底地形地貌的科學設(shè)備。30年來，它們在太平洋、印度洋、大西洋和北極海底進行了上千次的科學技術(shù)考察，包括對海底熱液硫化物礦床、深海生物及浮游生物調(diào)查和取樣；大洋中脊水溫場測量；失事核潛艇“共青團員”號核輻射檢測以及“泰坦尼克”號沉船的水下攝影等。在2007年8月2日由“和平1”與“和平2”載人潛水器聯(lián)合完成的“北極－2007”海洋科學考察，使這2艘載人潛水器再次引起世人矚目，并由此正式引發(fā)了國際社會在北極的利益之爭。

日本在1981年建成的潛深為2000米的載人潛水器樣機基礎(chǔ)上，于1989年建成了潛深為6500米的“深海6500”載人潛水器，重26噸，水下作業(yè)時間8小時，裝有三維水聲成像等先進的觀察裝置?？尚D(zhuǎn)的采樣籃使操作人員可以在2個觀察窗間任選一個進行取樣作業(yè)，這是其他載人潛水器無法做到的。它進行過錳結(jié)核、熱液礦床、鈷結(jié)殼等資源調(diào)查；進行過水深達6500米的海洋斜坡和海底斷層調(diào)查；從地球物理角度對日本島礁沿線的地殼運動以及地震、海嘯等進行過調(diào)查；還在4000余米深海處發(fā)現(xiàn)了古鯨遺骨及其寄生的貽貝類、蝦類等典型生物群。自投入使用以來已下潛了1420余次。

5000米級海試是中國載人深潛第一次真正意義上挑戰(zhàn)深海極限環(huán)境的嘗試，試驗的成功標志著我國深海載人技術(shù)已跨入國際第一梯隊，步入國際先進行列。我們有理由去期待7000米級海試再創(chuàng)輝煌。

人類探索新知的渴望是推動科學技術(shù)進步的重要力量。根據(jù)國際上深海技術(shù)的成熟度和我國不斷發(fā)展的經(jīng)濟技術(shù)實力，考慮深度指標突破和經(jīng)濟適用等各方面的因素，中國確定了研發(fā)7000米載人潛水器的目標，并計劃實現(xiàn)5項標志性突破。

7000米載人潛水器將要突破的5項標志性成果

◆在世界上同類型的載人潛水器中具有最大工作深度——7000米，這意味著該潛水器可在占世界海洋面積99.8%的廣大海域使用。

◆與其他國家載人潛水器相比具有最為強大的動力；這表明該潛水器能長時間地進行水下作業(yè)、具有從事高強度作業(yè)的能力。

◆具有針對作業(yè)目標穩(wěn)定的懸停定位能力，為該潛水器完成高精度作業(yè)任務(wù)提供了可靠保障。

◆具有先進的水聲通信和海底微地形地貌探測能力，高速傳輸圖像和語音，探測海底的小目標。

◆配有多種高性能作業(yè)工具，確保載人潛水器能在特殊的海洋環(huán)境或海底地質(zhì)條件下完成保溫保壓取樣和潛鉆取芯等復(fù)雜任務(wù)。

“蛟龍”號在5000米級海試中完成5次下潛，5次穿越4000米深度，4次到達5000米深度，創(chuàng)造了最大下潛5188米的深度紀錄?！膀札垺碧柛鞣N設(shè)備的耐壓、密封等關(guān)鍵技術(shù)經(jīng)受了考驗和驗證，潛水器總體狀態(tài)穩(wěn)定，試驗內(nèi)容全面完成。5000米級海試是中國載人深潛第一次真正意義上挑戰(zhàn)深海極限環(huán)境的嘗試，試驗的成功標志著我國深海載人技術(shù)已跨入國際第一梯隊，步入國際先進行列。

惡劣的海況、極端深海環(huán)境的技術(shù)挑戰(zhàn)成就了中國載人深潛隊伍的迅速成長。我們有理由相信，從中國載人深潛精神中一路走來的中國載人深潛隊伍，一定能夠在7000米級海試中創(chuàng)造新的輝煌。