深海探測(cè)那些事

趙洋

最具深度的導(dǎo)演

2014年5月，美國伍茲霍爾海洋研究所一臺(tái)遠(yuǎn)程控制的深海潛水機(jī)器人“涅柔斯”在新西蘭附近海域下潛作業(yè)時(shí)因壓力過大而爆裂。當(dāng)時(shí)，“涅柔斯”正在執(zhí)行對(duì)世界第五深海溝——克馬德克海溝的探索任務(wù)。對(duì)此，著名電影導(dǎo)演詹姆斯·卡梅隆感慨道：“我感覺失去了一個(gè)朋友，‘涅柔斯’是一部奇異的、具有突破意義的機(jī)器人。它是世界上唯一一臺(tái)能夠到達(dá)極深海溝的現(xiàn)役交通工具?！笨仿〉牧硪粋€(gè)頭銜是深海探險(xiǎn)家。早在拍攝科幻影片《深淵》（1989年）時(shí)，他就嘗試了前所未有的水下特技效果，營(yíng)造出深邃神秘而又斑斕迷人的深海景觀。到1995年準(zhǔn)備拍攝《泰坦尼克號(hào)》時(shí)，他不但繼續(xù)運(yùn)用了在《深淵》中實(shí)踐過的水下特技手段，還專門乘坐小型潛水器到“泰坦尼克”號(hào)殘骸所在的海底一探究竟。為了拍攝“泰坦尼克”號(hào)內(nèi)部的景象，他的團(tuán)隊(duì)用三年時(shí)間打造了小型遙控潛水器，裝有一架性能良好的攝像機(jī)，可以在6000米深度拍出清晰的三維圖像。

2012年3月26日，關(guān)島附近海域，卡梅隆孤身一人乘坐“深海挑戰(zhàn)者”號(hào)開始向地球最深的深淵下墜。在下潛了兩小時(shí)三十六分鐘之后，“深海挑戰(zhàn)者”號(hào)終于“降落”在馬里亞納海溝的挑戰(zhàn)者深淵，這里的海床位于海平面以下10898米?？仿〕蔀樽?960年以來第一個(gè)潛入世界最深處的人，更是首位只身潛入的探險(xiǎn)家。他在地球最深的海溝停留了三個(gè)小時(shí)，后來他回憶道：“那里很像是月球表面，非?；臎?，非常孤立。我的感覺是，這里是和整個(gè)人類世界徹底隔絕開的……我覺得自己似乎正在太空中，我感覺自己去到了另一顆行星然后又返回了。”

這項(xiàng)深潛考察行動(dòng)經(jīng)歷了長(zhǎng)達(dá)七年之久的準(zhǔn)備工作，包括設(shè)計(jì)和制造一臺(tái)專用的深潛器，可以載人深入到這一太平洋的最深海溝，承受那里的巨大水壓?？仿≌f：“我所乘坐的圓形載人艙整個(gè)發(fā)生收縮，向外觀察的窗戶向我的方向靠攏過來，外面的壓強(qiáng)高達(dá)每平方英寸1萬6千磅（約相當(dāng)于1000倍大氣壓）?！睗撍饕驍D壓縮短了7厘米。探險(xiǎn)結(jié)束后，他把“深海挑戰(zhàn)者”捐獻(xiàn)給了伍茲霍爾海洋研究所。

深海探測(cè)器小史

卡梅隆曾說，把他的注意力引向科幻和海底的原因是一致的——“探索別樣的世界，無論是想象的還是真實(shí)的”。因?yàn)樗軌蛳胂蟮降碾x地球最近的地方就是海底，那里是一個(gè)完全不同的世界，有它自己的運(yùn)行規(guī)律，所以，他選擇了深海。

與卡梅隆一樣，自古以來，有許多人都向往去探索那個(gè)深深的未知世界。但由于生理?xiàng)l件的限制，人既不能長(zhǎng)時(shí)間閉氣潛水，也不能潛入很深的水下。古代的潛水者會(huì)將一個(gè)桶扣在頭上，這樣通過呼吸桶中壓縮的空氣可以潛得時(shí)間更長(zhǎng)些。即便這樣，人仍然無法在水下自由活動(dòng)，于是人們提出了潛水服的設(shè)想。1679年，意大利人博雷利發(fā)明了世界上第一套潛水服。這是一種與現(xiàn)代潛水服相似的密封裝備，潛水服靠氣泵保持空氣流通，潛水員穿上它就可以避免或減輕水下的壓力。

有史以來第一臺(tái)潛水鐘是意大利人塔爾奇利亞在1554年發(fā)明的。這是一個(gè)木質(zhì)球型潛水器，由座艙和壓載艙組成，座艙里裝有絞盤，纜繩系在壓載艙上，通過機(jī)械傳動(dòng)來改變壓載浮力，控制升降。這一設(shè)計(jì)思想對(duì)以后潛水器的研制產(chǎn)生了巨大的影響。1714年，英國潛水員萊塞布里奇別出心裁地制造了一種木桶潛水器。木桶頂部是一個(gè)可以打開的密封蓋，是潛水員出入口，桶的側(cè)面上部有一個(gè)觀察窗口，下部有兩個(gè)密封套筒，潛水員可以將手由此伸出，進(jìn)行水下作業(yè)。但這種潛水裝置十分笨重，潛水員行動(dòng)很不方便。

1857年，法國人卡比羅爾發(fā)明了橡膠制成的潛水服。潛水員頭戴沉重的盔形帽，身穿笨重的潛水服，拖著像臍帶一樣的纜繩和通氣管潛人海中。這種潛水服比潛水鐘方便多了，但仍需從海面上輸送空氣，人的潛水行動(dòng)受橡皮管長(zhǎng)度的限制，一旦通氣管纏絞，很容易發(fā)生危險(xiǎn)，所以只能在平坦的海底潛水。隨著技術(shù)的發(fā)展，自航式潛水鐘出現(xiàn)了，這是一種有機(jī)動(dòng)能力的深潛器，潛水鐘到達(dá)近底水層后，乘員接通帶動(dòng)螺旋槳的電動(dòng)機(jī)，它依靠自身動(dòng)力尋找水下目標(biāo)。

1933年，瑞士氣象學(xué)家奧古斯特·皮卡德提出，要使深潛器下潛到200米以下、必須在深潛器上加一個(gè)壓力艙加以保護(hù)。他設(shè)計(jì)出一種獨(dú)特的“水下氣球”式潛水器，主要由鋼制的潛水球和像船一樣的浮筒構(gòu)成。浮筒內(nèi)充滿比海水比重小得多的汽油，為深潛器提供浮力，同時(shí)又在潛水球內(nèi)放進(jìn)鐵砂等壓艙物。這種深潛器可以完全拋掉系纜繩，在海洋里自由沉浮和航行。在以后的二十多年中，皮卡德和他的兒子杰昆斯·皮卡德建造的深潛器不斷創(chuàng)造著潛水深度的紀(jì)錄。1960年，利用皮卡德家族技術(shù)研制的“的里雅斯特”號(hào)載人深潛器首次潛入馬里亞納海溝。

上世紀(jì)60年代以來，以美國“阿爾文”號(hào)為代表的第二代深潛器得到長(zhǎng)足發(fā)展。這類深潛器自帶動(dòng)力裝置，還配備了水下攝像機(jī)、機(jī)械手等，不僅可以觀察水下情況，還可以進(jìn)行一些簡(jiǎn)單抓取作業(yè)和海洋資源調(diào)查等任務(wù)。1984年，法國海洋開發(fā)研究院研制了“SM97”載人潛水器，可載三人下潛，能對(duì)世界97%的大洋海底進(jìn)行直接考察，同時(shí)還能采集海底礦物樣品。對(duì)于勘探深海海床，“阿爾文”號(hào)是完美的，但是對(duì)于勘探大部分海洋生物生活的中層海域，它的勘探效率并不高。能夠像生活在那里的生物一樣自由移動(dòng)的潛艇并不多。1995年，被譽(yù)為“水下飛機(jī)”的“深潛I”號(hào)新型潛水器橫空出世，在美國進(jìn)行了首次深潛試驗(yàn)，它擁有類似飛機(jī)一樣的舵面，無需使用壓載箱就可以在水下做翻滾動(dòng)作，最高速度達(dá)15節(jié)，并具有垂直上浮或下潛的能力。改進(jìn)后的“深潛II”號(hào)船身使用陶瓷化合物，擁有比鈦更高的強(qiáng)度重量比，最大下潛深度可達(dá)35800英尺，兩個(gè)高速推進(jìn)器可以使?jié)撏б悦糠昼?00英尺的速度前進(jìn)。四套橫向懸停電動(dòng)推進(jìn)器可使船只穩(wěn)在1英寸誤差內(nèi)并穩(wěn)定懸停在懸崖峭壁上，實(shí)現(xiàn)在海床附近進(jìn)行精細(xì)動(dòng)作?！吧顫揑I”號(hào)利用舵面上下方的海水壓力差形成升力實(shí)現(xiàn)快速上升或下潛，每分鐘可下潛400英尺，比原有的深潛器快三倍。更為獨(dú)特的是其駕駛艙布局，駕駛員“趴著”用操作桿控制舵面駕駛潛艇，以便使視線盡可能接近檢視區(qū)和機(jī)械臂。而且這樣還使耐壓艙的體積最小化，將潛艇的重量減小到區(qū)區(qū)5000磅。

打撈氫彈，深潛器顯神威

1964年7月，兩架美軍飛機(jī)在西班牙上空進(jìn)行空戰(zhàn)演練時(shí)發(fā)生碰撞，飛行員采取緊急措施，把機(jī)上的四枚氫彈拋了出去。四枚氫彈雖沒有意外爆炸，但在降落傘的牽引下，不知落到了何方。

美國軍方和西班牙警方火速趕往現(xiàn)場(chǎng)，經(jīng)過兩天的搜尋，三枚落在地面的氫彈被找到，唯獨(dú)還有一枚氫彈下落不明。美國軍隊(duì)和西班牙警察以飛機(jī)墜毀處為圓心，查遍了方圓上百公里的土地，依舊蹤跡全無。最后，還是一個(gè)村民向西班牙警察提供了一條線索：“那天我看到一個(gè)黑乎乎的東西從天上掉下來，落進(jìn)了海里?！泵儡娏⒓凑{(diào)來一批經(jīng)驗(yàn)豐富的潛水員，在附近淺海里拉網(wǎng)式地搜尋，一連十多天，把附近淺海查了個(gè)遍，還是沒結(jié)果。這下大家不禁懷疑村民在說謊，但多次問詢，他均一口咬定，說看見它落進(jìn)了海里。五角大樓下令，不管代價(jià)多大，無論如何要找回這枚氫彈，否則它爆與不爆都后患無窮。美國海軍調(diào)來了當(dāng)時(shí)最先進(jìn)的“阿爾文”號(hào)和“阿魯明納”號(hào)深潛器，著手在百米以下的海域撈彈。

兩艘深潛器在潛水母艦的引導(dǎo)下，鉆進(jìn)數(shù)百米的深海，打開高強(qiáng)度的照明燈，啟動(dòng)水下攝像系統(tǒng)，在茫茫海底展開搜尋。艱苦而細(xì)致的海底作業(yè)持續(xù)了整整半個(gè)月，卻一無所獲。最后事實(shí)證明村民沒有說謊。十八天后，“阿爾文”號(hào)終于在一個(gè)海底深谷中發(fā)現(xiàn)了這枚氫彈。它正落在一塊懸崖絕壁的斜坡上，白色降落傘也在旁邊。

海面上的指揮員命令“阿爾文”號(hào)進(jìn)行打撈?！鞍栁摹碧?hào)當(dāng)即伸出機(jī)械手前去捉它。但這是一種冒險(xiǎn)，因?yàn)闄C(jī)械手萬一沒有抓牢，破壞了它的不穩(wěn)定平衡狀態(tài)，氫彈便會(huì)滾下近1000米深的海中谷底，再打撈就難了。探照燈瞄準(zhǔn)氫彈，潛艇挪到了最佳位置，機(jī)械手小心翼翼地向它靠近了，正要下手，卻突遇一股巨大的海流沖擊，潛艇輕微晃動(dòng)了幾下，機(jī)械手失手了，雖然沒有把氫彈碰下深谷，機(jī)械手反倒被降落傘的繩子緊緊纏住，伸不開，張不了，縮不回，連潛艇也無法脫身了，情況無比危急。

海面指揮員命令“阿爾文”號(hào)停止不動(dòng)，以防意外觸動(dòng)氫彈。海面隨后派來一艘無人駕駛的深潛器前來搭救“阿爾文”號(hào)，用它的機(jī)械手剪斷降落傘繩，才把“阿爾文”號(hào)解脫出來，逃離險(xiǎn)境。

剩下的工作只有交給無人駕駛的潛艇去完成了。無人的“阿魯明納”號(hào)用機(jī)械手操作纜繩套牢了氫彈，終于從869米深的海中把氫彈撈了上來，多少顆懸著的心總算平靜了下來。

載人還是無人？

美國海洋生物學(xué)家西爾維·埃勒曾說過：“有一種錯(cuò)誤觀念認(rèn)為，我們已經(jīng)征服了海底，而事實(shí)是我們關(guān)于海底的知識(shí)還不如火星的多。”

海洋覆蓋了地球表面四分之三的面積，平均深度為3.7公里，海洋生物的物種多樣性超過了地球上任何其他的生態(tài)系統(tǒng)。所有這些都刺激著世界上最勇敢的探險(xiǎn)家們的想象力，誘惑著人們?nèi)フ鞣厍蛏线@一未知地。盡管深海探險(xiǎn)充滿危險(xiǎn)和困難，但它所獲得的卻是高額回報(bào)：儲(chǔ)量巨大的石油和金屬礦藏；能改變我們對(duì)地球以及生命演化認(rèn)識(shí)的科學(xué)發(fā)現(xiàn)；從深海細(xì)菌、礦物和魚類中，能提煉出治療人類疾病的奇特的新藥物。

但是，把運(yùn)載工具送到如此深的深海需要巨額資金和發(fā)達(dá)的工程技術(shù)。這種船只必須足夠小，依靠電池便可移動(dòng)，同時(shí)足夠堅(jiān)固耐用，以抵抗巨大的水壓。在23000英尺的深度，每平方英寸承受的水壓高達(dá)10340磅，相當(dāng)于在一顆人頭上擺放一輛校車。載人潛艇必須滿足更高的標(biāo)準(zhǔn)：它必須保證所有乘員生存。

海洋學(xué)家對(duì)于下一代深海探險(xiǎn)任務(wù)應(yīng)該由機(jī)器人、還是由人、或者由兩者共同來完成一直存在激烈的爭(zhēng)論。曾因第一個(gè)發(fā)現(xiàn)熱液火山口、并考察“泰坦尼克”號(hào)殘骸從而在載人深潛器領(lǐng)域享有盛譽(yù)的海洋學(xué)家羅伯特·巴拉德支持利用遙控設(shè)備。他的理由很簡(jiǎn)單：相對(duì)于載人潛艇，遙控設(shè)備不攜帶耗費(fèi)能量的生命保障系統(tǒng)，可以爭(zhēng)取到更多在海床上停留的時(shí)間，進(jìn)而擁有更多的機(jī)會(huì)探索未知世界。機(jī)器人通過光纖電纜向船只發(fā)出高清晰度的圖像和視頻信號(hào)，然后船只再通過高速光纖電纜將數(shù)據(jù)傳輸至一系列命令中心，這樣海洋學(xué)家可以實(shí)時(shí)分析結(jié)果。“我關(guān)心的是在海底停留的時(shí)間，而不是潛水的精神體驗(yàn)?！卑屠抡f。

另外一種觀點(diǎn)認(rèn)為，當(dāng)有人坐在駕駛艙里時(shí)，收集海床上的樣本變得更加簡(jiǎn)便，而且任何機(jī)器都無法復(fù)制人類眼睛的全景視野。2004年，著名海洋學(xué)家席爾瓦·厄爾深入1400英尺深的佛羅里達(dá)礁群，眼角的余光瞥到一條6英尺長(zhǎng)的翻車魚，這是一種從前被認(rèn)為僅僅生活在海水表層的太陽魚。在眾多支持載人潛艇研究的科學(xué)家中，厄爾是最著名的一位。她把自己的觀點(diǎn)濃縮成一個(gè)比喻——“你怎么可能派一個(gè)機(jī)器人去法國品嘗葡萄酒呢？”

卡梅隆的團(tuán)隊(duì)雖然一直致力于開發(fā)無人深潛器，但他對(duì)載人深潛情有獨(dú)鐘。這在他給“蛟龍”號(hào)團(tuán)隊(duì)發(fā)來的賀信里表露無遺。當(dāng)“蛟龍”號(hào)團(tuán)隊(duì)被評(píng)為2013年中國經(jīng)濟(jì)年度人物時(shí)，卡梅隆賀信中說：“祝賀‘蛟龍’團(tuán)隊(duì)……確實(shí)這項(xiàng)工作非常困難，你們的成就更為重要……你們成功了。我相信你們所有這些設(shè)備可能都有自己的用武之地，但還是需要人能夠潛下去，看清楚?！?/p>

但是對(duì)于動(dòng)態(tài)的海洋現(xiàn)象及精細(xì)化的海洋觀測(cè)來說，自主式無人深潛器具有載人觀測(cè)平臺(tái)不具備的優(yōu)勢(shì)。海洋觀測(cè)是在較大尺度上進(jìn)行的，因此超遠(yuǎn)程自主無人深潛器是未來發(fā)展的重點(diǎn)。目前日本計(jì)劃研制下潛深度6000米，航程3000公里的長(zhǎng)航程自主無人深潛器。英國南安普頓大學(xué)正在研制的超遠(yuǎn)程自主無人深潛器潛深6000米，在時(shí)速1.44公里情況下航程可達(dá)6000公里。

在木衛(wèi)二上潛水

許多年前，在卡梅隆團(tuán)隊(duì)開發(fā)深潛設(shè)備時(shí)，他們?cè)咴L美國的一些研究機(jī)構(gòu)，希望找到研究人員共同參與即將開始的探險(xiǎn)。但許多海洋學(xué)家都沒有響應(yīng)，因?yàn)樗麄兊难芯坑?jì)劃早已安排好。反倒是美國航空航天局（NASA）埃姆斯研究中心、約翰遜太空技術(shù)中心和噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家們做出了熱烈回應(yīng)。原來，這些航天局的專家打算利用卡梅隆的深潛器下海收集數(shù)據(jù)，研究深海熱泉以及深海熱泉中的各種微生物等，這些生物可能在其他行星或者太陽系中的某些衛(wèi)星上找到。

NASA已經(jīng)計(jì)劃在本世紀(jì)向木衛(wèi)二發(fā)射無人探測(cè)器，探察其冰下海洋中可能存在的生命體。探測(cè)器母船到達(dá)木衛(wèi)二的軌道之后，就會(huì)彈出一個(gè)著陸（其實(shí)是“著冰”）機(jī)器人。在木衛(wèi)二的冰殼上實(shí)施軟著陸后，該機(jī)器人會(huì)放下一個(gè)攜帶“潛泳機(jī)器人”的“穿冰機(jī)器人”。穿冰機(jī)器人將在木衛(wèi)二的冰殼中融化出一條孔道，到達(dá)可能存在的地下海洋。穿冰機(jī)器人在行進(jìn)的過程中，會(huì)在它身后重新凍結(jié)的冰層當(dāng)中放置若干無線電收發(fā)機(jī)，這些收發(fā)機(jī)能以突發(fā)脈沖傳輸模式將信號(hào)傳送至沿木衛(wèi)二軌道飛行的探測(cè)器母船上。經(jīng)過探測(cè)器母船中轉(zhuǎn)信號(hào)，地球上的科學(xué)家可以隨時(shí)了解冰下的探測(cè)進(jìn)程。由于遙遠(yuǎn)距離造成的通訊時(shí)延，在整個(gè)任務(wù)執(zhí)行過程中，無論是穿冰機(jī)器人、潛泳機(jī)器人還是木衛(wèi)二軌道探測(cè)器，都無法接收人類給出的任何指令，而要完全地獨(dú)立判斷形勢(shì)，自主決定如何操作。

當(dāng)魚雷形狀的穿冰機(jī)器人鉆透木衛(wèi)二厚厚的冰層，發(fā)現(xiàn)可能存在的地下海洋時(shí)，這個(gè)機(jī)器人就會(huì)放出一個(gè)叫做“潛泳機(jī)器人”的能獨(dú)立工作的自推式水下機(jī)器人。潛泳機(jī)器人立即進(jìn)入水中，開始對(duì)水域進(jìn)行科學(xué)測(cè)量。這個(gè)潛泳機(jī)器人能夠分析地下海洋的化學(xué)成分，還能尋找外星生命的痕跡。潛泳機(jī)器人探測(cè)到的數(shù)據(jù)會(huì)經(jīng)由穿冰機(jī)器人、位于地面的機(jī)器人和繞軌道運(yùn)行的母船傳回地球。

20世紀(jì)60年代，人類探索深海和太空的征程幾乎同時(shí)起步。時(shí)至今日，太陽系的謎團(tuán)相繼揭開，可我們對(duì)深海世界的情形仍知之甚少。在某種程度上，靜謐深邃的海底景觀與外太空驚人地相似——無數(shù)發(fā)光生物綻放的綺麗光彩，將深海點(diǎn)綴得如同璀璨的星空。就像卡梅隆在地球最深處體會(huì)的那樣，“那是一種真正與世隔絕的孤獨(dú)感，超過任何一種體驗(yàn)。你會(huì)意識(shí)到在這片黑暗無邊的未知和未探索之地面前，自己是多么渺小。”

【責(zé)任編輯：楊 楓】