潛龍在淵 中國載人深潛技術(shù)開啟探海之旅

特別策劃/本刊編輯部

長久以來，深海對于人類而言就是一個神秘的存在，因為缺乏有效的觀測手段，沒人知道海底深處究竟是什么樣的。人們渴望有朝一日能潛到那深邃的地方，載人深潛技術(shù)也就應(yīng)運而生了。

20世紀(jì)后期，國外深潛事業(yè)發(fā)展如火如荼，中國科學(xué)家們也不甘落后。然而，起步較晚的中國深海探索面臨著重重考驗。

意料中的技術(shù)封鎖

中國科研工作者發(fā)展載人深潛技術(shù)的意愿，其實早已有之。早在1990年，中國大洋礦產(chǎn)資源研究開發(fā)協(xié)會成立，就明確提出要研制中國大深度載人潛水器。因為當(dāng)時各種條件的限制，這個想法一直沒有得到重視，但科研工作者們從來沒有放棄這個前往深海的夢想。

2002年6月的一天，早已從中國船舶重工集團公司七O二研究所退休的花甲老人徐芑南接到了一個電話，放下電話后，他就急匆匆地說道：“來不及了！要趕快回所里！”家人都在納悶為什么他接了一個電話就如此激動，只有他知道，實現(xiàn)畢生心愿的機會終于來了。原來，國家科技部終于將7000米深海載人潛水器列為863計劃的重大專項，目標(biāo)是研發(fā)出一臺達到國際一流水平的深海載人潛水器。這項重大又光榮的任務(wù)就交給了七O二所。

然而剛開始，科研工作者們就要面對一個嚴(yán)峻的問題，那就是各國對深潛技術(shù)的嚴(yán)格封鎖，幾乎找不到任何關(guān)于深海潛水器的核心技術(shù)資料。為了收集資料，科研工作者們四處奔波，足跡踏遍了已經(jīng)發(fā)展過載人深海潛水器的國家，迫切希望可以從他們那里學(xué)到設(shè)計和制造深海潛水器的經(jīng)驗。然而表面上那些國家會表示歡迎交流，但是當(dāng)真正談及核心技術(shù)時，卻都三緘其口。

面對如此嚴(yán)密的技術(shù)封鎖，中國的科研人員并沒有選擇退卻放棄，反而是堅定了自主研發(fā)的決心。因為任何嚴(yán)密的封鎖都擋不住一顆想探索未知的心，我們的好奇心早就到了深海，已經(jīng)迫不及待想見見深海的神秘了。

薄弱的技術(shù)基礎(chǔ)

要發(fā)展深潛技術(shù)，需要解決各項技術(shù)上的問題，而中國當(dāng)時幾乎是從零開始的。面對薄弱的技術(shù)基礎(chǔ)，面對無數(shù)個技術(shù)難關(guān)，科研人員選擇了迎難而上。這樣復(fù)雜又系統(tǒng)的工程被拆分成了潛水器本體、母船及水面支持系統(tǒng)、潛航員培訓(xùn)、應(yīng)用體系等4個方面。于是在國內(nèi)僅有600米載人深潛技術(shù)的基礎(chǔ)上，全國100多家單位分工明確，吹響了奮斗的號角，開始了“蛟龍?zhí)枴陛d人潛水器的研制。這是以中國神話中翻江倒海的蛟龍來命名的，寓意“蛟龍入海”。

載人潛水器最重要的結(jié)構(gòu)之一就是載人艙，這是需要可靠的耐壓材料制成的艙體。潛水器在深海中，就仿佛時時刻刻被一只無堅不摧的大自然之手捏緊，如果無法抵抗大自然的這股力量，就會像小朋友玩的橡皮泥一樣被捏成各種形狀。而且“蛟龍?zhí)枴睗撍鞯妮d人艙并不是一次性的，需要反復(fù)在低壓與高壓環(huán)境之間移動，還要在極寒的深海和高溫?zé)嵋簠^(qū)域中運行，可以說是真正在“水深火熱”之中行動的潛水器?？蒲腥藛T陷入了十分苦惱的局面。因為“蛟龍?zhí)枴钡妮d人艙外殼被設(shè)計成一個鈦合金耐壓球殼，可是中國并沒有加工這類鈦合金的技術(shù)與經(jīng)驗。

就在一籌莫展之際，從遠(yuǎn)方傳來了好消息。在得知中國有制造載人艙球殼的意愿后，俄羅斯方面與中國方面協(xié)商后，同意幫助中國制造載人艙球殼！這一好消息是如此振奮人心，讓本來愁眉不展的科研人員松了一口氣。最終決定由中國自行設(shè)計，由俄羅斯負(fù)責(zé)制造，這無疑是當(dāng)時最好的選擇。不僅如此，在“蛟龍?zhí)枴钡难兄七^程中，中俄在鈦合金載人球、鈦合金框架、深壓海水泵等技術(shù)上展開密切合作，使得中國科研人員少走了很多彎路。

“蛟龍?zhí)枴陛d人潛水器總設(shè)計師徐芑南說：“我想這是一些人對‘蛟龍?zhí)栕畲蟮囊蓡?，有幾成部件是中國自主制造的？”其實“蛟龍?zhí)枴弊鳛橐慌_原型機，不能只顧追求100%的中國制造，而是要明白“設(shè)計與總體集成優(yōu)化技術(shù)是自主知識產(chǎn)權(quán)的關(guān)鍵”。

徐芑南說： “從方案設(shè)計，到潛水器的初步設(shè)計和詳細(xì)設(shè)計，全部由我國工程技術(shù)人員自主完成，總裝聯(lián)調(diào)和海上試驗也是我們獨立完成的?！边@就是我國科研人員了不起的地方，不僅在研究上不懈努力，更懂得靈活變通，知道這是一個合作與交流的世界。這一明智的選擇不但節(jié)省了時間與精力，也為后來中國自主研發(fā)載人艙的成功奠定了基礎(chǔ)，中國載人深潛事業(yè)也終于步入了正軌。

借鑒中的自主創(chuàng)新

“蛟龍?zhí)枴笨傇O(shè)計師徐芑南曾經(jīng)說過：“載人潛水器的研制和試驗是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程，‘蛟龍?zhí)柹嫌?2個分系統(tǒng)，每個分系統(tǒng)都有自己的難關(guān)，每個問題都必須要解決，不能有短板?！彼裕膀札?zhí)枴毖兄茍F隊從一開始就確定了“豐富繼承、重點突破、集成創(chuàng)新、整體跨越”的設(shè)計思想和“自主設(shè)計、自主集成、獨立完成海上試驗”的研制道路。我們因為落后世界最先進技術(shù)很多年，在模仿借鑒先進技術(shù)的同時，創(chuàng)新成了我們的必然選擇。

根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，載人潛水器中用到的蓄電池主要是鉛酸電池、銀鋅電池及鋰離子電池。這3種電池各有千秋，在各國的潛水器上都有應(yīng)用。在種種因素的考量下，科研人員最終決定采用大容量銀鋅電池作為“蛟龍?zhí)枴钡摹靶呐K”，然而研發(fā)的過程卻異常曲折。

在深海高壓條件下，大容量電池在使用時可能產(chǎn)生氫氣，而這些氫氣會威脅科研人員的安全。為了解決這個隱患，負(fù)責(zé)電池研發(fā)的河南科隆集團高級工程師田偉龍與其團隊成員可謂是絞盡腦汁。

起初，田偉龍團隊因為沒能控制好電池工作中產(chǎn)生的氣體，導(dǎo)致實驗球殼在模擬條件下常常發(fā)生爆炸。面對一次次的失敗，田偉龍并沒有氣餒，反而從失敗中汲取經(jīng)驗，不斷嘗試。一件小事為整個研發(fā)過程帶來了轉(zhuǎn)機。某天凌晨，田偉龍看見一個同事去飲水機前接水，每當(dāng)有水流出的時候，水桶中就會向上咕嚕咕嚕冒泡。這令他靈光一閃，想到水桶中的水少了，為了平衡壓力，水桶中的氣體就多了，這不正是自己苦思冥想的解決電池壓力平衡的妙招嗎？

趁著靈感還在，田偉龍說干就干，設(shè)計了一種包含了一個管道的新電池。這個看似平凡的設(shè)計，最終解決了電池抗壓能力差的問題，大容量銀鋅電池終于在田偉龍團隊的不斷努力下研制出來了。田偉龍驕傲地說：“這是我們地地道道的自主創(chuàng)新。”這種創(chuàng)新讓“蛟龍?zhí)枴睋碛辛艘活w蓬勃跳動的“心臟”，面對那未知的深海，躍躍欲試。

科研人員不會止步于此，在“蛟龍?zhí)枴敝笥謩?chuàng)新出一件件的成果。在我國4500米載人潛水器“深海勇士號”上，國產(chǎn)化部件達到90%以上，其中，耐壓載人艙球殼就是從“蛟龍?zhí)枴鼻驓つ抢镂×私?jīng)驗，使用的材料是我國1985年研制的鈦合金，焊接則采用各國載人艙都采用的瓜瓣焊接技術(shù)。瓜瓣焊接，簡單地說就是先將鈦合金板沖壓成西瓜瓣狀，再將每小瓣組裝焊接，組成一個完整的球殼。之后，科研人員更是在萬米載人潛水器上創(chuàng)新使用了半球焊接技術(shù)。這種技術(shù)比瓜瓣焊接更加復(fù)雜，工藝要求極高，但是因減少了焊縫數(shù)，使得載人艙的可靠性大幅提高，滿足了萬米深度的要求。

萬米載人潛水器球艙課題組副組長王鼎春說，研發(fā)“蛟龍?zhí)枴焙汀吧詈Ｓ率刻枴钡那蚺摷夹g(shù)，是一個“跟跑”和“并跑”的過程，但通過這次萬米球殼的研制，我國的該項技術(shù)已經(jīng)達到了世界“領(lǐng)跑”水平。

因為在借鑒的基礎(chǔ)上不斷創(chuàng)新，中國載人深潛技術(shù)不斷提升，慢慢走到了世界領(lǐng)先的地位。

一波三折的深潛試驗

2009年8月，“蛟龍?zhí)枴背酥跋蜿柤t09號”海洋調(diào)查船，陸續(xù)進行了1000米和3000米的海試工作，然而，任務(wù)過程卻是一波三折。

在50米海試階段，通信問題就暴露了出來。由于“向陽紅09號”的船體與“蛟龍?zhí)枴本嚯x太近，通信系統(tǒng)無法建立。據(jù)“向陽紅09號”船長回憶：第10次試驗中，潛水器返回時比預(yù)定時間晚了近10分鐘。這讓船上的科研人員都捏了一把汗，直到看到“蛟龍?zhí)枴备∩纤妫蠹也潘闪艘豢跉狻?/p>

在300米海試時，電池系統(tǒng)也出現(xiàn)了問題?！爸餍铍姵匾恢笔俏覀兊男念^大患，這種銀鋅電池的壽命只有一年，可我們的電池已經(jīng)使用了一年半，訂購的新電池因為經(jīng)費問題一直沒有落實。”“蛟龍?zhí)枴备笨傇O(shè)計師胡震回憶道。2009年9月13日，大家的擔(dān)心終于成了現(xiàn)實?！膀札?zhí)枴痹谏细r，突然發(fā)出“砰”的一聲巨響。大家趕忙開始檢查，結(jié)果發(fā)現(xiàn)主蓄電池箱的保護罩壞了，導(dǎo)致一個電池爆裂。多虧了檢修人員連夜搶修，“蛟龍?zhí)枴眱H僅用了一天時間，就叉可以進行下潛試驗了。

在1000米海試時，第一次載人下潛需要3名潛航員。然而，當(dāng)時“莫拉克”臺風(fēng)才剛剛過去，有潛航員對這變化莫測又無情的大海產(chǎn)生了恐懼心理，現(xiàn)場副總指揮崔維成看到這個情況，立即向總指揮主動請纓：“讓我?guī)ь^下潛吧！”海試現(xiàn)場顧問丁抗教授也請求道：“我有在美國‘阿爾文7號的下潛經(jīng)歷，我也參加下潛！”在征得總指揮同意后，兩位深潛事業(yè)的領(lǐng)頭人物親自上陣執(zhí)行下潛任務(wù)。受此鼓舞，潛航員心中的恐懼蕩然無存，所有工作人員上下一心，使得之后的海試也都得以順利進行。

在3000米海試時，“蛟龍?zhí)枴庇殖霈F(xiàn)了絕緣故障，然而當(dāng)進行故障檢測時，卻怎么也檢測不出故障點。這個時有時無的故障就成了電子配電組成員楊申申心中無法散去的陰云。在第30次海試檢查時，又測到絕緣故障，檢測人員抓住機會，迅速開始探索故障范圍，逐漸將故障范圍縮小到高度計上。楊申申回憶道：“打開高度計時，發(fā)現(xiàn)內(nèi)部有幾滴海水，就是它們在里面滾來滾去，造成絕緣故障時有時無?！?/p>

就這樣，在崔維成和丁抗這些領(lǐng)頭人的帶領(lǐng)下，在楊申申這些試驗團隊成員恪守職責(zé)的努力下，在胡震等設(shè)計團隊對“蛟龍?zhí)枴背霈F(xiàn)的問題一次次改進下，整個科研團隊?wèi)?zhàn)勝了一個個挑戰(zhàn)，成功完成了全部海試。

從初露鋒芒到國際領(lǐng)先

在經(jīng)過一系列測試與改進后，2010年5月，搭載著“蛟龍?zhí)枴钡摹跋蜿柤t09號”駛進了南中國海，朝著3500米的深潛目標(biāo)進發(fā)。在5月31日至7月18日期間，“蛟龍?zhí)枴蓖瓿闪?7次下潛任務(wù)，其中7次穿越2000米深度，4次突破3000米，最大下潛深度達到了3759米。

2011年7月，“蛟龍?zhí)枴钡诌_東太平洋的預(yù)定試驗海區(qū)，開始新的挑戰(zhàn)。7月26日6時12分，“蛟龍?zhí)枴钡谝淮蜗聺撝?038.5米，這個深度意味著“蛟龍?zhí)枴笨梢缘竭_全球超過70%的海底。5000米載人海試的成功，使中國成為繼美國、法國、俄羅斯、日本之后，第5個掌握5000米以上大深度載人深潛技術(shù)的國家。在缺席世界載人深潛50年后，經(jīng)過科研人員的不斷努力，中國終于趕上來了！

2012年6月，“蛟龍?zhí)枴毕蚰壳耙阎淖钌詈稀R里亞納海溝進發(fā)了！馬里亞納海溝已經(jīng)形成了6000萬年，最深處的深度超過了珠穆朗瑪峰海拔的最高處。這個海溝就像是自然界對人類深海探索設(shè)置的守護者，阻止人們再去探尋地球深處的奧秘。而我們的“蛟龍?zhí)枴本褪且y而上，挑戰(zhàn)7000米的深度，打敗這個深海守護者。為什么選擇7000米？因為如果“蛟龍?zhí)枴蹦芟聺摰竭@個深度，那么在理論上，它就能在全球99.8%的海域進行深潛作業(yè)，這是整個團隊所追求的目標(biāo)。

為此，“蛟龍?zhí)枴敝饕M行了3個方面的技術(shù)改善。首先是液壓系統(tǒng)性能提升，保證了“蛟龍?zhí)枴蹦芸棺? 000米深度產(chǎn)生的巨大壓力和極低溫度;其次是改善了高清視頻系統(tǒng)，調(diào)整照射面積，提高拍攝精度;最后是配備了GPS定位裝置，提升了“蛟龍?zhí)枴钡陌踩浴?/p>

萬事俱備，向7000米下潛！2012年6月15日至6月30日，“蛟龍?zhí)枴惫查_展了6次深潛，最大深度達到7062.68米。深海最后的防線也被攻破了。

2012年7月16日上午，返程的“向陽紅09號”抵達青島，這標(biāo)志著“蛟龍?zhí)枴陛d人潛水器7000米級海試任務(wù)圓滿完成，也標(biāo)志著“蛟龍?zhí)枴睔v時10年的研制和海試工作圓滿成功。

在此之后，“蛟龍?zhí)枴背晒νㄟ^驗收，開始正式執(zhí)行深海作業(yè)。拍攝海底生物，探尋未知生命的神奇;勘測深海地形，繪制地球板塊的壯麗;采集深海礦石，發(fā)現(xiàn)海底礦脈的富饒……從太平洋到印度洋的海底，都能發(fā)現(xiàn)“蛟龍?zhí)枴泵β档纳碛啊?/p>

中國發(fā)展深潛器的步伐不會到此為止。在充分學(xué)習(xí)“蛟龍?zhí)枴钡某晒?jīng)驗與技術(shù)后，我國科研人員又自主研發(fā)出了4500米載人作業(yè)潛水器——“深海勇士號”?！吧詈Ｓ率刻枴蓖黄屏吮姸嚓P(guān)鍵技術(shù)，性能在各個方面都大幅提高，是中國深潛事業(yè)冉冉升起的新星。

這之后，“三龍”成為中國深?？碧街匦脱b備的代表，分別為“蛟龍?zhí)枴陛d人潛水器、“海龍?zhí)枴睙o人有纜潛水器、“潛龍?zhí)枴睙o人無纜潛水器?！叭垺毙螒B(tài)各異，性能也各有不同?！膀札?zhí)枴贝钶d科研人員進入深海進行觀測與操作;“海龍?zhí)枴币揽坷|繩傳遞電力與信號保證作業(yè)的時長和有效性;“潛龍?zhí)枴睉{借沒有纜繩的特點能夠更靈活地行動與作業(yè)。

中國大洋礦產(chǎn)資源研究開發(fā)協(xié)會秘書長兼辦公室主任劉峰表示，2018年，我國全力推進了“蛟龍?zhí)胶！惫こ虒嵤?，大力推進“三龍”變“七龍”——在“三龍”基礎(chǔ)上，增加深海鉆探的“深龍”、深海開發(fā)的“鯤龍”、利用海洋數(shù)據(jù)進行云計算的“云龍”以及在海面進行支撐的“龍宮”，更好地推進大洋工作可持續(xù)發(fā)展。

在經(jīng)歷過一次次失敗與挫折后，中國的深潛事業(yè)終于迎來了新的篇章。中國的深潛器建造也不再受制于人，深潛技術(shù)不再落后于人，達到了國際一流水平。中國的深潛器可以在全球99%以上的深海作業(yè)，標(biāo)志著中國深海載人科研和資源勘探能力達到國際領(lǐng)先水平。前不久，我國自主研發(fā)的全海深載人潛水器萬米級載人艙建造完成并通過總體集成單位驗收，據(jù)悉，這是世界上空間最大、搭載人數(shù)最多的萬米級載人艙。中國載人深潛開始向著萬米深潛的目標(biāo)不斷前進！

（責(zé)任編輯：張潔 白玉磊 責(zé)任校對：趙夢祺）