新技術(shù)新裝備助力“深海撈”

劉朝暉

5月31日 ，潛航員為“深海勇士”號(hào)載人潛水器解開(kāi)與“探索一號(hào)”科考船相連的纜繩，為“深海勇士”號(hào)載人潛水器下潛考古調(diào)查做準(zhǔn)備。

近日，由國(guó)家文物局考古研究中心、中國(guó)科學(xué)院深海科學(xué)與工程研究所、中國(guó)（海南）南海博物館聯(lián)合組成的深海考古隊(duì)搭乘“探索一號(hào)”科考船，在南海西北陸坡一號(hào)、二號(hào)沉船遺址海域進(jìn)行第一階段調(diào)查，開(kāi)啟了中國(guó)深?？脊诺男缕?。

“探索一號(hào)”科考船上的“深海勇士”號(hào)載人潛水器從水下拍攝回來(lái)的畫面顯示，一片漆黑的1500米深的南海海底，大量已經(jīng)沉睡了500多年的瓷器，在探照燈下，依然顯現(xiàn)出鮮艷的釉色，光彩奪目。

包括載人深潛器“深海勇士”號(hào)在內(nèi)，我國(guó)深海裝備技術(shù)近年來(lái)取得的突破性進(jìn)展，在此次考古發(fā)現(xiàn)中發(fā)揮了關(guān)鍵作用，并為后續(xù)考古調(diào)查工作和打撈提供了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)支撐。用最新的前沿科技“打撈”歷史，使得這些沉睡深海的寶藏有了重見(jiàn)天日的可能。

新技術(shù)新裝備現(xiàn)身深?？脊?/h3>

中國(guó)深?？脊艌F(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)南海西北陸坡一號(hào)、二號(hào)沉船的過(guò)程，堪稱是一次深?？萍寂c水下考古的完美融合。

據(jù)國(guó)家文物局網(wǎng)站報(bào)道，南海西北陸坡一號(hào)、二號(hào)沉船分別是“深海勇士”號(hào)載人潛水器在中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)支持下，基于前期相關(guān)海底探測(cè)結(jié)果，在2022年10月23日“深海勇士”號(hào)第500潛次發(fā)現(xiàn)的。

據(jù)悉，此次考古工作利用中國(guó)科學(xué)院自主研發(fā)的潛載測(cè)深側(cè)掃聲吶獲取了沉船區(qū)域水下全局分布圖，為快速厘清文物分布范圍、測(cè)繪基點(diǎn)選址及文物保護(hù)方案制定提供了關(guān)鍵數(shù)據(jù)圖像支撐。

國(guó)家文物局考古研究中心主任唐煒表示，在第一階段的考古調(diào)查中，首次采用了一系列新技術(shù)、新裝備，比如在深海沉船設(shè)置水下永久測(cè)繪基點(diǎn)，并使用長(zhǎng)基線定位技術(shù)進(jìn)行位置標(biāo)定，大大提高了水下考古工作和資料記錄的精度與準(zhǔn)確性；綜合使用多種技術(shù)手段進(jìn)行多角度、全方位的考古記錄。這些對(duì)于水下考古技術(shù)的提升起到了非常重要的作用，在探索水下考古發(fā)掘技術(shù)與裝備研發(fā)等方面邁出了重要一步。

據(jù)中國(guó)科學(xué)院深?？茖W(xué)與工程研究所科學(xué)部副主任陳傳緒介紹，近年來(lái)，中國(guó)科學(xué)院先導(dǎo)專項(xiàng)等自主部署研發(fā)的船載多波束系統(tǒng)、應(yīng)急救援打撈作業(yè)工具、水下無(wú)人探測(cè)平臺(tái)等系列技術(shù)和裝備，為深海文物水下發(fā)現(xiàn)打撈奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。我國(guó)深海裝備技術(shù)水平持續(xù)提升，在此次考古發(fā)現(xiàn)中發(fā)揮了關(guān)鍵作用，并將為后續(xù)考古調(diào)查工作提供有力支撐。

陳傳緒表示，中科院深海所將充分利用已有的平臺(tái)技術(shù)裝備，包括“探索一號(hào)”和“探索二號(hào)”科考船，“深海勇士”號(hào)4500米級(jí)和“奮斗者”號(hào)萬(wàn)米載人潛水器，以及“獅子魚一號(hào)”無(wú)人遙控潛水器等載人無(wú)人平臺(tái)裝備，在沉船區(qū)開(kāi)展多類型的探測(cè)、取樣和文物提取工作。同時(shí)開(kāi)展深?？脊抨P(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)和專用裝備研發(fā)，為深海考古工作提供有力支撐。

據(jù)了解，針對(duì)文物現(xiàn)場(chǎng)觀察和文物提取的特殊要求，將利用載人無(wú)人潛水器，配合使用新型力反饋柔性機(jī)械手、潛載吹沙清理裝置等，對(duì)海底文物進(jìn)行無(wú)損的保護(hù)性提取，對(duì)被沉積物覆蓋的關(guān)鍵文物進(jìn)行水下清理，方便考古學(xué)家進(jìn)行原位觀測(cè)。

為了拉近公眾與深海文物的距離，“我們會(huì)搭載4K和8K的高清攝像設(shè)備，對(duì)水下文物現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行拍攝，為大家呈現(xiàn)更清晰的視覺(jué)盛宴。同時(shí)，我們還將利用水下動(dòng)態(tài)三維激光掃描，疊加光學(xué)圖像，完成三維掃描及攝影拼接工作，生成一號(hào)沉船核心區(qū)遺物平面分布圖，為將來(lái)應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)海底文物進(jìn)行數(shù)字化提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)”。陳傳緒介紹說(shuō)。

5月20日，深海考古隊(duì)使用“深海勇士號(hào)”載人潛水器，已經(jīng)在一號(hào)沉船核心堆積區(qū)西南角，布放了沉船水下永久測(cè)繪基點(diǎn)。由鈦合金打造的測(cè)繪基點(diǎn)，四面分別刻印著中國(guó)文化遺產(chǎn)標(biāo)志及上述三家單位的標(biāo)志，是中國(guó)第一個(gè)深海沉船考古測(cè)繪基點(diǎn)。60千克的水下重量以及底部的金屬釬能夠確保其牢牢“坐穩(wěn)”在海底。

此次布放的水下永久測(cè)繪基點(diǎn)由深潛器搭載布放于海床表面。布放完成后，研究人員能夠借助長(zhǎng)基線定位系統(tǒng)對(duì)永久基點(diǎn)進(jìn)行位置標(biāo)定，就像給沉船遺址在地圖中打上了記號(hào)，后期還可以和大地坐標(biāo)以及地理信息系統(tǒng)相銜接，保證測(cè)繪數(shù)據(jù)科學(xué)、精準(zhǔn)、完備。這彰顯了我國(guó)深?？萍寂c水下考古跨界融合、相互促進(jìn)、共同發(fā)展的廣闊前景，標(biāo)志著我國(guó)深?？脊畔蚴澜缦冗M(jìn)水平邁進(jìn)。

水下考古從淺水走向深海

我國(guó)以往的水下考古工作，主要是在沿海和島礁周邊開(kāi)展的，對(duì)南海西北陸坡一號(hào)、二號(hào)沉船遺址的調(diào)查，是我國(guó)首次對(duì)位于水下千米級(jí)深度的古代沉船遺址開(kāi)展系統(tǒng)、科學(xué)的考古工作，對(duì)于我國(guó)深?？脊诺陌l(fā)展具有里程碑式的意義。

1987年3月，國(guó)家文物局牽頭成立了國(guó)家水下考古協(xié)調(diào)小組，成為中國(guó)水下考古誕生的重要標(biāo)志之一。此后20年間，我國(guó)水下考古力量不斷壯大。終于，在2007年，我國(guó)以世界首創(chuàng)的整體打撈方式對(duì)“南海一號(hào)”進(jìn)行考古打撈，這標(biāo)志著我國(guó)水下考古事業(yè)邁上新的臺(tái)階。“南海一號(hào)”的成功打撈極大振奮了我國(guó)水下考古工作者，中國(guó)水下考古與南海的故事也在繼續(xù)。在大洋深處，還有更多沉船遺址在靜靜地等待著。

然而受深潛技術(shù)限制，過(guò)往我國(guó)水下考古多集中在水深50米以內(nèi)的淺海水域，作業(yè)方式主要以水肺潛水為主。但當(dāng)水深突破50米乃至百米時(shí)，水肺潛水的作業(yè)難度便大大增加，工作效率驟減。面對(duì)平均深度1200米、面積逾200萬(wàn)平方公里的南海，中國(guó)水下考古工作者一度只能“望洋興嘆”。

深海考古在裝備技術(shù)、作業(yè)模式上，相比在淺水區(qū)開(kāi)展的水下考古大有不同。要向深海挺進(jìn)，在水深超過(guò)千米的茫茫深海中尋找古人留下的蛛絲馬跡，必須借助深?？萍嫉挠矊?shí)力。

直到2009年，深海里終于開(kāi)始有了中國(guó)人的影子。從2009年至2012年，我國(guó)自主設(shè)計(jì)的首臺(tái)載人深潛器“蛟龍”號(hào)接連取得1000米級(jí)、3000米級(jí)、5000米級(jí)和7000米級(jí)海試成功。隨后，國(guó)產(chǎn)化率達(dá)95%的“深海勇士”號(hào)將我國(guó)深海裝備建設(shè)推向功能化、譜系化，大大降低了深潛成本?！皧^斗者”號(hào)在2020年成功坐底萬(wàn)米深度的馬里亞納海溝，不僅刷新了中國(guó)載人深潛新紀(jì)錄，也標(biāo)志著我國(guó)形成了從1000米、4500米、7000米到萬(wàn)米級(jí)的全海深深潛能力。

在“探索一號(hào)”科考船上拍攝的“深海勇士號(hào)”載人潛水器，該潛水器用于水下考古數(shù)據(jù)采集。

2018年1月27日，國(guó)家文物局水下文化遺產(chǎn)保護(hù)中心（現(xiàn)國(guó)家文物局考古研究中心）與中國(guó)科學(xué)院深海科學(xué)與工程研究所正式成立深?？脊怕?lián)合實(shí)驗(yàn)室，中國(guó)水下考古吹響了向深海進(jìn)軍的號(hào)角。當(dāng)年4月，借助載人深潛技術(shù)，水下考古工作者在西沙群島北礁海域突破了我國(guó)水下考古以往大多集中于淺海工作的局面，達(dá)到了中國(guó)水下考古工作者過(guò)去不敢想象的1000米的深度。中國(guó)載人深潛技術(shù)與水下考古的首次聯(lián)合，實(shí)現(xiàn)了中國(guó)深海考古“零的突破”。

作為我國(guó)最早一批水下考古工作者之一，曾親身參與過(guò)“南海一號(hào)”保護(hù)發(fā)掘項(xiàng)目的國(guó)家文物局考古研究中心副主任、水下考古研究所所長(zhǎng)孫鍵，對(duì)深潛技術(shù)帶來(lái)的水下考古突破感到驚訝：“‘深海勇士號(hào)一分鐘下潛的深度就超越了我過(guò)去30多年的下潛紀(jì)錄?！?blockquote>

研究人員能夠借助長(zhǎng)基線定位系統(tǒng)對(duì)永久基點(diǎn)進(jìn)行位置標(biāo)定，就像給沉船遺址在地圖中打上了記號(hào)，后期還可以和大地坐標(biāo)以及地理信息系統(tǒng)相銜接，保證測(cè)繪數(shù)據(jù)科學(xué)、精準(zhǔn)、完備。

“深?？脊啪哂屑夹g(shù)門檻高的鮮明特點(diǎn)，正是由于我國(guó)深水技術(shù)裝備取得的突破性進(jìn)展，才使深海考古事業(yè)發(fā)展具有了技術(shù)支撐，從設(shè)想最終變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)?！笨萍疾可鐣?huì)發(fā)展科技司司長(zhǎng)祝學(xué)華表示，經(jīng)過(guò)多年的研發(fā)積累，我國(guó)已初步具備了深?？脊潘璧募夹g(shù)裝備和人才隊(duì)伍，擁有了譜系化、多功能的裝備集群，具有低成本、高頻次、常態(tài)化和業(yè)務(wù)化的運(yùn)維能力。中國(guó)考古工作者擁有了挺進(jìn)深海的底氣與實(shí)力。

深海技術(shù)在“實(shí)戰(zhàn)”中完善進(jìn)步

隨著潛次的不斷增加，我國(guó)深?？脊畔嚓P(guān)技術(shù)也在不斷迭代升級(jí)。2022年8月，在南海北部西沙海槽海域開(kāi)展的深海考古調(diào)查中，我國(guó)水下考古深度首次突破2000米，發(fā)現(xiàn)了66件文物標(biāo)本。并且，此次深?？脊胚€首次引入無(wú)人深潛技術(shù)，開(kāi)展了載人—無(wú)人深潛協(xié)同作業(yè)。除了 “深海勇士”號(hào)，我國(guó)萬(wàn)米級(jí)載人深潛器“奮斗者”號(hào)也加入到深?？脊诺男辛兄?。

而在此次深海文物的提取中，深潛器機(jī)械手的操作也展現(xiàn)出了高度的穩(wěn)定與精確。大深度下潛、巡航搜索、精確定位、測(cè)量取樣、影像記錄、提取上浮……一系列流暢利落的操作動(dòng)作讓我國(guó)深?？脊诺牡谝患奈飿?biāo)本完好無(wú)損地來(lái)到眾人面前。

上海交通大學(xué)船舶海洋與建筑工程學(xué)院水下工程實(shí)驗(yàn)室高級(jí)工程師王旭陽(yáng)表示，深海沉船考古是非常困難的一件事，有一定的偶然性和幸運(yùn)的成分，需要有非常先進(jìn)的設(shè)備技術(shù)才能夠找到并定位。除了要有深潛器和水下機(jī)器人，對(duì)于探測(cè)的傳感器、攝像等裝備的技術(shù)要求也非常專業(yè)，這是一個(gè)具有高科技含量的平臺(tái)和技術(shù)體系。

在南海西北陸坡沉船遺址布放的水下永久測(cè)繪基點(diǎn)。

他認(rèn)為，此次采用的國(guó)產(chǎn)深海裝備毋庸置疑屬于國(guó)際領(lǐng)先水平?！案哂幸饬x的在于，通過(guò)深?？脊胚@樣的項(xiàng)目，這些裝備能夠被不斷地使用和驗(yàn)證。正是在這樣的不斷‘實(shí)戰(zhàn)中，中國(guó)的深海裝備得到了不斷的完善，‘實(shí)戰(zhàn)的能力不斷提升?！?王旭陽(yáng)說(shuō)。

王旭陽(yáng)還告訴新民周刊記者，同樣的設(shè)備，在不同的地點(diǎn)，不同的水深，技術(shù)要求都是完全不一樣的。這是深海裝備研制的一個(gè)難點(diǎn)，各個(gè)關(guān)鍵技術(shù)要一點(diǎn)點(diǎn)去解決，通過(guò)不同的方案去達(dá)到一種最優(yōu)的狀態(tài)，而且還需要大量的測(cè)試實(shí)驗(yàn)去驗(yàn)證，達(dá)到一個(gè)可靠狀態(tài)才能夠去完成的。因此，水下勘測(cè)與打撈，很多時(shí)候都需要根據(jù)具體的項(xiàng)目研發(fā)特殊的裝備，采用“量身定制”的打撈方案。

水下考古類的打撈，像“南海一號(hào)”和去年的“長(zhǎng)江口二號(hào)”，都運(yùn)用了大量的先進(jìn)的技術(shù)裝備，實(shí)際上之前都是沒(méi)有的?！伴L(zhǎng)江口二號(hào)”的打撈，就創(chuàng)新地運(yùn)用了修地鐵隧道的技術(shù)，特制了一臺(tái)巨無(wú)霸“抓娃娃機(jī)”，在與水下文物全程無(wú)接觸的情況下，把重達(dá)8000余噸的水下考古遺址原汁原味整體打撈出水。不過(guò)就目前情況看，因?yàn)榭紤]到深海古代木質(zhì)沉船年代久遠(yuǎn)，船體早已朽爛，不太會(huì)整體打撈，盡可能多地打撈船上的文物更為現(xiàn)實(shí)。

據(jù)王旭陽(yáng)介紹，作為隸屬于海洋工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的一個(gè)子實(shí)驗(yàn)室，上海交通大學(xué)船建學(xué)院水下工程實(shí)驗(yàn)室近年來(lái)在深海技術(shù)裝備的研發(fā)上，取得了豐碩的成果。其開(kāi)發(fā)的世界上首臺(tái)深海“水下導(dǎo)向攻泥器”“深鰻I(yíng)”，主要用于海上大型沉船沉物打撈，已經(jīng)在上海打撈局、煙臺(tái)打撈局等多家單位參與了沉船打撈。此后還研發(fā)了“深鰻I(yíng)I” “深鰻I(yíng)II”，形成了裝備體系，是目前國(guó)際上最先進(jìn)的深海沉船打撈系統(tǒng)。

目前，上海交通大學(xué)船建學(xué)院水下工程實(shí)驗(yàn)室正在多年研發(fā)潛水器（ROV）的傳統(tǒng)優(yōu)勢(shì)基礎(chǔ)上，瞄準(zhǔn)潛水器的發(fā)展新方向，開(kāi)發(fā)全海深的無(wú)臍帶纜萬(wàn)米潛水器，通過(guò)高壓電池來(lái)供電，為水下平臺(tái)提供動(dòng)力，解決制約潛水器發(fā)展的瓶頸問(wèn)題。

王旭陽(yáng)表示，隨著國(guó)家對(duì)于深海裝備技術(shù)的不斷投入，更多更新的技術(shù)和裝備將在深海的考古調(diào)查及勘探作業(yè)等多種場(chǎng)景實(shí)現(xiàn)廣泛應(yīng)用。