• 中國舉國之力造出的潛水器,比不上一個美國導演?

    2020-11-22 14:38:18 酷玩實驗室

    9993米

    9994米

    9995米

    ……

    10000米

    歡呼聲響起來。

    11月10日8時12分,中國“奮斗者”號載人潛水器在馬里亞納海溝成功坐底,深度10909米。

    潛航員的聲音從深海傳來,“萬米的海底,妙不可言”。

    3天后,“奮斗者”號載人潛水器與 “滄?!碧栔懫髟俅蜗聺?,進行聯合作業。

    并且,這一次海試全程通過全景3D建模,進行了一場深水作業的直播。

    深海,蘊藏豐富的能源、礦藏和生物資源。尤其是2004年之后,國際石油漲價,更多國家和超級企業,加速向深海邁進。

    “奮斗者”號所在的馬里亞納海溝,被稱為“地球的第四極”。其深度,相當于一座珠穆朗瑪峰再加一座華山。這里,堪稱深海探索者心目中的圣地。

    半個世紀以來,我國一直向往,如今,終于通過自己的視角親眼得見。

    截止11月13日當天,“奮斗者”號相關短視頻播放量就超過3.5億人次。舉國歡慶。

    然而,知乎上卻有個提問又被翻出來再次討論:一個電影導演都可以造出萬米深潛器,中國舉國體制才只有蛟龍的7000米?

    這名網友所說的事情,發生于2012年。

    當年的6月27日,我國首臺自主設計、自主集成研制的作業型深海載人潛水器“蛟龍號”,載人潛水器7000米級海試成功。

    “蛟龍號”的海試成功,標志著中國成為繼美、法、俄、日之后世界上第五個掌握大深度載人深潛技術的國家。

    而同樣是在2012年,3月26日,好萊塢導演詹姆斯·卡梅隆乘坐“深海挑戰者”號深潛一萬米,在馬里亞納海溝待了近3個小時。

    在這一國家級戰略高度的領域,我們真的以舉國之力做研發,還落后了一名導演整整8年?

    此前,全世界僅有3艘載人潛水器,載著4個人到過馬里亞納海溝這個“深淵”底部,但僅僅是“來過”而已。

    這一次,“奮斗者”號載著的3位潛航員,不僅是萬米深海的“觀光客”,還是“探索者”——他們進行了水下通信,還要在海底進行深海作業,從科考意義和技術難度上講,是史無前例的。

    對于深海載人潛水,國際上有句評論,“小國用不到,窮國造不起?!?br/>

    在這一領域,我國數十年研究,到底花了多少錢?花得值不值?現在水平究竟如何?

    1

    起始:探索未知

    神秘的海底世界,一直吸引著人類的目光。千百年來,人類窮盡想象力,去龍宮串門,在魚人島旅行,和海綿寶寶做鄰居,又或者在黑漆漆的海底,和長得奇奇怪怪的深海怪獸交朋友。

    在古老的故事里,也能看到先人探索的足跡。

    13世紀的古畫里,亞歷山大大帝坐在一只木桶里潛入深海;明朝《天工開物》里,也記載了“沒水采珠”的下海古法。

    但直到20世紀,才有了真正意義上的科學的載人深海探索。

    上天容易下海難,長期以來,洋底地圖的最大分辨率只有5km,某種程度上,人類對海洋的認識甚至比不上對火星。

    所以,1964年,美國著名的“阿爾文”號第一次下潛到1868米的深海的時候,舉世震驚。

    其后,能與“阿爾文”比肩的深潛器屈指可數——只有法國的“鸚鵡螺”,俄羅斯的和平號、密斯特號,以及日本的深海號。

    彼時,載人潛水器在深海工作的難度,超過了發射一個洲際導彈,再加上研發、試潛時“燃燒的經費”和狹窄的應用領域……

    總之,研究這個領域,就是燒錢。

    1986年,中國第一臺水下機器人“7103”首航成功,引領了我國探索深度海洋的第一步。但是“7103”救生艇下潛深度只有300米,航速只有4節。

    其后,“蛟龍”號、“探索”號、“深海勇士”號不斷刷新著中國深??瓶嫉膹V度和深度。

    直到2012年,“蛟龍號”載人潛水器,才成功下潛到7000米。

    最大的困難,來自深海壓力。

    海水每下降10米,就會增加一個大氣壓,到海底一萬米,約為1000個大氣壓,相當于每平方厘米的面積上,要承受一噸的重量。

    大概相當于一個小指甲蓋大小的地方,要承受一輛五菱宏光。

    曾經下過深海的潛航員表示,系統出現故障的時候,千萬不要慌,因為到了海底,真正的危險是來不及思考的,人在一瞬間就會被壓成肉醬。

    所以,深海潛水器,最大的要求,就是抗壓。

    以卡梅隆乘坐的“深海挑戰者”號為例,絕大多數的載人深潛器都是內外相通的,一旦進入海中,潛器內部會浸滿海水,電池等避免進水的地方提前注滿硅油,最終內外壓強達到平衡,潛水器進入深海高壓狀態。

    “深海挑戰者”號結構示意圖

    那人怎么辦?

    注意看上圖那個圓形的駕駛艙,其內部壓強為一個標準大氣壓。

    相當于這個圓形駕駛艙每平方厘米,都承擔著一噸的重量。

    這就要求駕駛艙要設計成最擅長承受壓力的球形,還要找到耐高壓、耐沖擊、耐腐蝕的材料來制作。

    但現實世界中,內部原子或分子之間“鋼板一塊”的完美材料并不存在,一點小小的裂縫在外部高壓之下,會被持續放大,最終引發宏觀斷裂。

    同樣的,即使有了這樣的完美材料,但駕駛艙還要有觀察的窗口和進出的艙門,這也要求著一個國家在精密加工、冷彎、焊接方面的工業技術。

    一旦高壓海水“滲入”常壓駕駛艙,海水就是急速噴射的狀態,“射進來比子彈還快”。

    深??謶?/strong>

    為了盡可能安全,深海挑戰者號設計得“皮厚餡小”,內部駕駛艙非常小到連5歲的小朋友都無法站直,卡梅隆導演在里面只能蜷縮著。

    載人深潛的另一個困難是水下通信。

    深海不能使用無線電波,只能用聲波來傳遞信息,對水聲通信技術要求極高,一個浪頭或者海豚叫一聲,就可能導致信息失真,人類孤零零地潛入萬米深海,一旦水聲通信出現故障,很容易產生難以預料的危險。

    但是深潛可以反映一個國家的技術實力,“阿爾文”號除了日??瓶?,還能拍攝泰坦尼克號的殘骸,還能將美國國旗插到海底…

    在深海這塊戰場,我們始終沒有自己的領地,對中國人來說,無疑是一件憾事。

    而中國科研者,向來不愿落后于人。

    有困難,那就想辦法克服。

    2

    進程:挺進深海

    1986年3月3日,一份報告送到了中南海。

    報告由王大珩、王淦昌、楊嘉墀、陳芳允四位老科學家聯合倡議,提出要跟蹤世界先進水平,發展我國高新技術的建議。

    這就是著名的“863計劃”——國家高技術研究發展計劃——說得簡單粗暴點,就是集中人力、財力搞科研。

    盡管當時國內經濟一窮二白,技術上一片空白,當局還是決定把錢花到“刀刃”上。

    不得不承認這筆錢花得值,雜交水稻、人類基因組計劃、轉基因抗蟲棉、超導技術、鎳氫電池國產化…都是863計劃的“產物”。

    得益于“863計劃”政策和經濟上的支持,“燒錢”的載人潛水,也得以研發。

    1986年,中國第一艘載人潛水艇7103救生艇研制成功,下潛深度300米,航速4節。

    對載人深潛來說,這些成就,只能算是從0到0.1的進步。

    1995年,6000米級水下無纜機器人CR-1試驗成功。中國又前進了0.1。甚至后來的“蛟龍號”,也是另外一份0.1。

    但正是這些數不清的0.1湊起來,才有了中國載人深潛的“1”有了可能。

    但僅僅是可能——水下機器人是一回事,載人又是另一回事,反對者認為,深??瓶茧y度高、投資大、應用窄,完全可以放一放。

    和三峽工程一樣,任何重大項目的上馬,都不可能沒有爭議。

    相反,只有經過反復論證,載人深潛才能從理論和技術上,不斷試錯,不斷改進。

    然而,時間不等人。

    20世紀以來,美、法、俄、日等國家的深??碧酵七M了全球海洋的“圈地運動”,海底豐富的礦產資源,成了大國眼中肥沃的“藍色公土”。

    按照國際慣例,深??碧椒钚小捌叫虚_發”原則,海底礦區,一半歸國際海底管理局托管,另一半歸勘探發現者,誰能探索,誰就有了專屬勘探權和商業開發權——也就是說,這一半海底,你說了算。

    2001年,中國大洋協會和國際海底管理局簽訂《勘探合同》,在東太平洋海域獲得7.5萬平方公里多金屬結核礦區的專屬勘探權和優先開采權——載人深潛技術,該上馬了。

    2002年,“蛟龍”號正式立項,中船重工702所、701所、中科院沈陽自動化所、聲學所、南海分局各自分工,第一代深潛人群情振奮,這一天,他們已經等了10年。

    當時,日本的“深?!碧栆呀泟撓铝?500米的記錄,而我們研制最深的載人深潛器,只有600米。

    也許是初生牛犢不畏虎,也許是我們落后太久急于追趕,也許是周期長就要多花錢,也許中國人的民族天賦,就是要爭第一名。

    2002年,一群只見過深潛器照片的人,直接跳過了2000-3000米的“中間產品”,向全世界發出宣告,“要到7000米的深海去”。

    困難可不是你高喊口號到7000米就能嚇回去的。

    材料、設計、加工、水聲通信、聲納探測、水下電池、機械控制…面對國外的技術封鎖,一切都是前所未有的挑戰。

    當時,國內鈦合金厚板軋制和焊接技術不足,請來俄羅斯一個船廠進行加工,出入艙口蓋也是中俄聯合設計。

    “蛟龍”用到的7個助推器,曾委托美國一家公司研制,到手卻發現很多問題,技術人員來了一次,就再也不肯來了,還明確表態,不能再賣給中國產品。

    水聲通信設備原來研制初期也是美國產品,同樣在調試返修的途中被美國政府扣住。

    一些在陸地上已經成熟的配件,如電機、泵、閥等,放到深海也有了別樣的困難,因為難度太大,常常一個加工件出兩倍價錢,都沒有工廠愿意“接單”。

    技術困難重重,經費也逐漸花光,一塊銀鋅電池動輒三四百萬元,更毋庸說其他核心配件,再加上海試,前后花了3.5個億。

    為了省錢,團隊想盡各種辦法省錢——本來潛水器需要有一個外部“搭救”設備,如果潛器陷入海底,可以用這個設備進行打撈,但這個設備,比海試一次還要貴,“逼”得研發團隊開創性地在潛器上加了浮力材料,并用一根纜連著母船,實力表演“我救我自己”。

    誰都不能阻止我們,“一個有活力的民族,遲早要走向深海。

    2012年6月24日早上5點,西太平洋海面起了6級大風,滂沱大雨中,“蛟龍”號的第49次下潛開始了。

    1000米,3000米,5000米,挺進,挺進,向深海挺進。

    9點25分,“蛟龍”號從馬里亞納海溝7020米深度發出聲音:

    “祝福景海鵬、劉旺、劉洋三位航天員與天宮一號對接順利!祝福我國載人航天、載人深潛事業取得輝煌成就!”

    就在5天前,神州9號與天宮一號剛剛順利對接。

    而這一天,10年立項,10年研發的“蛟龍”號,也終于實現了7000米深海的諾言,中國,正式進入“深潛俱樂部”。

    那一天,試航員葉聰在日記里寫道,“等到了多少年,我們終于等到了這一天。

    3

    目標:星辰大海

    “蛟龍”下海之后,《華爾街日報》發表了題為“中國走向深?!钡奈恼?,援引專家的話稱,中國的深潛計劃或將在開發全球海洋潛藏的礦產資源方面超越美國。

    僅僅是為了爭強好勝嗎?這個問題我放到后面回答。

    “蛟龍”之后,2017年,我國“深海勇士”號4500米載人潛水器研制成功。

    為啥7000米都造出來了,又搞一個4500米?

    因為7000米的“蛟龍”,雖然是中國龍,卻有進口的殼,而4500米的“深海勇士”,國產化率達到95%,是工業意義上的中國制造。

    換句話說,“深海勇士”是嬰兒版的“奮斗者”。

    今天的“奮斗者”號,不僅坐底萬米深海,還具備世界先進的近底自動航行、懸停定位水聲通信功能,實現了我國載人深潛由集成創新向全面自主創新的歷史性跨越。

    中國,終于自主實現了萬米海底的“深藍夢”。

    并且,我們不是通過堆疊物料,做一個海底觀光“纜車”,而是一臺可以深入海底作業的機甲戰車。

    50年挺進深海,意義何在?

    除了前沿科學、生物多樣性的探索,海底深潛,最直觀的就是經濟效益——海底礦藏。

    在直觀效益之外,深海探索還有衍生的“附加值”。

    一輛汽車,能帶動機械、電子、化工、鋼鐵、玻璃、橡膠等100多個上下游相關產業。

    一臺“奮斗者”號,除了需要高強度、高韌性、十分穩定、抗腐蝕(并且十分昂貴)的鈦合金。

    還會帶動深潛裝備的譜系化發展和深海探索上下游產業體系的建立和健全,僅我們知道的,就包括鈦合金的生產制造、精密加工,水聲通信帶來的水下信息傳輸,作業機械手、駕駛艙控制系統…等等高端制造產業。

    最重要的是,萬米深潛是一個國家海洋實力的象征。

    中國萬米深潛的成功,證明了我們在海洋方面的軍事實力,不會落后任何一個國家。

    所以,挺進深海,不為爭強好勝,只是我們知道,只有技術自主,只有真功夫掌握在自己手里,才能有更多的話語權。

    “蛟龍”號機械手將紅旗插在南海海底 圖/中國大洋協會

    如今,我們已經不太在意順序上的第一,而是努力實現技術實力上的領先,注重技術的實用性。

    11月16日,“奮斗者”號將再次下潛萬米海底,任務重點是尋回在洋底工作的科研設備,這一難度堪稱“海底撈針”。

    尾聲

    海洋是生命的起源。

    如果把地球45億年的歷史算做一年的話,最原始的生命大概在3月20日誕生于海洋中,而人類在12月31日下午7點才在非洲出現。

    好奇心曾驅使人類攀上珠穆朗瑪峰,踏上月球,進入深海探尋生命的起源,一直困難重重。

    而務實且穩健中國科研人,一直在創造奇跡。

    當抬頭仰望茫茫天際,北斗衛星組網成功,嫦娥四號正迎來第24月晝,低頭是沉默的萬米深海,“上九天攬月,下五洋捉鱉”,終于有了真實的圖景。

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