中央紀委國家監委網站 王珍

“奮鬥者”号正在注水下潛。 宋葆 攝

在太平洋西北部，有一條2550公裡長的弧形海溝——馬裡亞納海溝。那裡平均寬70公裡，大部分水深在8000米以上，最深的一段在海溝的西南端，超過1萬米，是目前已知的地球最深點，被稱為“挑戰者深淵”。如果把珠穆朗瑪峰放進那片海域，将全部被淹沒，其峰頂距離海面還有2000多米。

人類對那裡的探索從未止步，但是深淵之門卻不會被輕易開啟，到過那裡的人少之又少。中國科學院沈陽自動化研究所研究員、“奮鬥者”号副總設計師趙洋便是其中之一。

“寒冷、高壓、黑暗，但卻煥發着勃勃生機，海參、鈎蝦、多毛類生物等一應俱全。”如今，回憶起那次創紀錄的萬米深潛，趙洋仍然雙目有光。

去年10月至11月，我國自主研發的全海深載人潛水器“奮鬥者”号在“挑戰者深淵”開展萬米海試，成功完成13次下潛，其中8次突破萬米，創造了10909米的中國載人深潛新紀錄，并在全球首次實現萬米洋底直播，标志着我國在大深度載人深潛領域達到世界領先水平。

“奮鬥者”号全海深載人潛水器的研制項目7月18日成功收官，并于當天順利通過綜合績效評價。“奮鬥者”号目前正在進行深淵科考。

事實證明，海底1萬米的世界，隻有跨過核心技術的門檻，才能得其門而入。那麼，有哪些關鍵技術為萬米深潛“護航”？

特殊材料：不懼高壓，沉得下去浮得上來

綠色的“肚皮”、橘色的“頭頂”、鴨蛋形的“臉龐”……從外觀上看，“奮鬥者”号酷似一條巨型大頭魚，重約36噸。

作為“十三五”國家重點研發計劃“深海關鍵技術與裝備”重點專項的核心任務，“奮鬥者”号的研制彙集了近百家科研院所、高校、企業近千名科研人員的智慧，國産化率達96.5%，代表了當前深海工程技術領域的頂級水平。而這些獨特的設計頗有深意。

據介紹，“奮鬥者”号的肚子呈綠色，是因為綠光在海水中衰減較小，便于在深海中對其進行觀測；而醒目的橘色頭頂，是便于在它上浮到水面時，能夠被“母船”快速發現；鴨蛋臉則是為了減少阻力。

其特點不僅限于“表面”。其可搭載3人的載人艙球殼的設計、研發是一大看點。

衆所周知，巨大的水壓是阻止人們探索深海的首要障礙。記者了解到，在深海中，水深每增加10米就增加一個大氣壓。那麼，在萬米海底，就是1000多個大氣壓，即地面壓力的1000多倍。這就意味着每一平方厘米的面積，要承受一噸多的重量，相當于2000多隻非洲象踩在人的背上。壓力之大可想而知。

在這種極端壓力條件下，十分考驗潛水器的抗壓能力。作為人類進入萬米深海的硬件保障和安全屏障，潛水器核心關鍵部件——載人艙的設計、用材、焊接等都頗為考究。

“載人艙要求重量輕、強度高、可焊接、耐腐蝕、抗疲勞、長壽命，對材料的大規格制備能力和綜合性能要求很高，此前國内外沒有可用于制造容納三人的載人艙材料。”據中國科學院金屬研究所研究員楊銳介紹，按照其目标尺寸和厚度要求，以往深潛器使用的Ti64材料已經不能滿足要求，需要找到一種更高強度、更高韌性、更易焊接的钛合金。

為此，中國科學院金屬研究所聯合國内多家企業和研究所，組建起全海深钛合金載人艙研制團隊，經過一系列調研論證、研究實驗，攻克了載人艙材料、成型、焊接等一系列關鍵技術瓶頸。

經過不斷優化和上千次的測試，一種全新的钛合金顯微結構被設計出來，并據此發明了具有良好熱加工成型和焊接成型性能的钛合金。“這種材料韌性和可焊性與Ti64合金相當，但強度更大。”楊銳告訴記者。

據介紹，“奮鬥者”号的載人球艙由兩個半球焊接而成，幾個窗口和接口也必須通過焊接完成，保證焊縫位置韌性、實現超大尺寸與厚度材料全電子束一次焊接等都是焊接技術面臨的世界性難題。中國科學院金屬研究所提出了新的焊接思路，并聯合中國船舶重工集團公司洛陽船舶材料研究所突破了一系列焊接成型技術。

從選材到安裝各個環節，科研人員可謂是跑了半個中國。據“奮鬥者”号總設計師、中國船舶集團有限公司第702研究所副所長葉聰介紹，設計圖紙完成以後，他們從沈陽拿到材料，去陝西做軋闆，到四川加工，到江蘇成型，到河南焊接，最後到海南做試驗，再回到無錫安裝。“安裝的時候，一兩毫米的差距就調整了半個月，球殼被吊上來吊下去，不斷調整、優化，讓測量結果達到圖紙要求。”

在一系列新技術支撐下，直徑約1.8米，目前世界最大、搭載人數最多的潛水器載人艙球殼問世。

不僅如此，我國自主研制的浮力材料，也為“奮鬥者”号的順利下潛和安全上浮提供了保障。

“它采用無動力下潛上浮技術，因此固體浮力材料的選擇十分重要。”中國科學院理化技術研究所研究員張敬傑介紹，固體浮力材料是潛水器獲取水下淨浮力、實現無動力上浮和懸浮定位的核心結構部件，不僅在提高裝備載荷、減小外形尺寸上發揮重要作用，還能有效保障系統結構在深海高壓環境下的穩定性，需要兼具密度小和抗壓強度高兩個相對立的特性，制備難度大，此前世界上隻有少數發達國家掌握相關關鍵技術。我國科研團隊攻堅克難，采用具有自主知識産權的軟化學制備技術，成功研制出了固體浮力材料核心原材料高強空心玻璃微球，真正實現了我國浮力材料研究的突破，提高了我國在深海關鍵技術領域的自主保障能力。

得益于此，“奮鬥者”号下潛上浮的速度可控制在每分鐘60米左右。按照這個速度計算，從海面下潛至萬米海底或上浮需要三小時，比美國全海深載人潛水器“極限因子”快半個小時，而在海底持續作業時間則可達6小時及以上。

聰明“大腦”：黑暗中也可避免“觸礁”

深海一片漆黑，地形環境又高度複雜，“奮鬥者”号如何避免“觸礁”風險？這就需要一個聰明的“大腦”——控制系統，來精準地控制它的每一步。

“奮鬥者”号的控制系統由中國科學院沈陽自動化研究所精心打造。據了解，該控制系統汲取了“蛟龍”号精準可靠、“深海勇士”号信息化、人機共融等優點，并根據全海深載人潛水器自身的設計特點及具體應用需求等，開展了更加複雜的系統研制過程。

“相較于‘蛟龍’号與‘深海勇士’号，‘奮鬥者’号的‘大腦’體積更小，但卻性能更高、更加安全可靠。”趙洋介紹。

據了解，“奮鬥者”号的“大腦”之所以變小，是因為載人艙内空間的減小。“比‘蛟龍’号和‘深海勇士’号縮小約三分之一，但載員仍是三人。在成員占用空間無法壓縮的情況下，隻能壓縮系統設備空間。”

這倒逼研發團隊開展自主創新。最終，體積隻有原選用産品五分之一、重量為其三分之一，并且數據通道間相互電氣隔離的信息采集設備誕生，有效解決了多源信息小型化可靠隔離采集的關鍵技術問題。

與此同時，科研人員還攻克了深淵複雜環境下大慣量載體多自由度航行操控、系統安全可靠運行等技術難題，讓“奮鬥者”号的控制系統實現了基于數據與模型預測的在線智能故障診斷、基于在線控制分配的容錯控制以及海底自主避碰等功能。

“我們設計的神經網絡優化算法，能夠讓‘奮鬥者’号在海底複雜地形巡航、定點航行以及懸停定位。”趙洋說。

不過，載人潛水器抵達萬米深淵，可不隻是“到此一遊”，還要完成岩石、生物抓取，以及沉積物取樣等精準科考作業。

為此，科研人員還為“奮鬥者”号安上了靈活的雙手——兩套主從伺服液壓機械手，每隻“手”有7個關節，可實現六自由度運動控制，持重能力超過60公斤，能夠覆蓋采樣籃及前部作業區域，具有強大的作業能力。這項技術填補了我國應用全海深液壓機械手開展萬米作業的空白。

機械手握住沉積物采樣器的手柄，在指定的位置采集沉積物。然後，再提起手柄将其放回采樣籃……這是“奮鬥者”号利用機械手臂進行沉積物采樣的過程，這樣一次操作大概需要5到10分鐘。

為了支撐實現載人潛水器的科學觀測能力，控制系統團隊還首次在全海深級别的載人潛水器上研制了電動觀測雲台，突破超高壓環境精确傳動控制、高緊湊度一體化設計等技術，搭載多部科考設備實現全向水下觀測，獲取了大量深淵海底科學觀測照片、視頻。

而這些均由聰明的“大腦”控制。

水聲通信：“水下微信”實現“千裡傳音”

“親愛的觀衆們，萬米的海底妙不可言，希望我們能夠通過‘奮鬥者’号的畫面向大家展示萬米的海底。”成功坐底馬裡亞納海溝後，3位潛航員第一時間通過水聲通信系統分享了他們的心情，這一場景至今仍舊振奮人心。

水聲通信是“奮鬥者”号與母船“探索一号”之間溝通的唯一橋梁，實現了潛水器從萬米海底至海面的文字、語音及圖像的實時傳輸。其原理就是把信息變成聲音在水裡傳播，到達水面後再把它轉變為原來的信息。

為什麼是水聲通信？記者了解到，與地面不同，由于海水的特性，光、電磁波等在水中會快速衰減至消失，即便是強大的北鬥系統也無法發揮作用。而聲波恰恰能在水下遠距離傳播，因此，聲波便成了潛水器的通訊、導航利器。

聲學系統由此成為載人潛水器不可或缺的一部分。有科研人員表示，如果說載人潛水器是一個人，那麼聲學系統就是這個人的眼睛、耳朵、嘴巴，能“看”、能“聽”，還能“說”。

相較“蛟龍”号與“深海勇士”号載人潛水器，“奮鬥者”号的聲學系統實現了完全國産化，技術指标更高。

“奮鬥者”号的聲學系統是一個龐大的系統，按功能分，有水聲通信機，還有測深側掃聲呐、前視成像聲呐、定位聲呐、多普勒測速聲呐以及避碰聲呐，等等，其功能主要是為潛水器和載人母船之間進行通信、定位，以及載人潛水器的避障等提供幫助。

在載人潛水器下潛時，水聲通信機要将與潛水器相關的諸如艙内溫度、濕度以及下潛深度等各項狀态參數回傳至海面母船。

在漆黑一片的海底坐底後，各種聲呐就開始“偵察”環境，然後告訴潛水器“你在哪兒”“周圍環境如何”“可以往哪兒走”……各種“路況信息”，測深側掃聲呐、前視成像聲呐等可謂是一掃便知。潛航員便可根據聲呐繪制的“海底地圖”規劃潛水器的行走路線。不僅如此，在行走過程中，如遇“路障”，避碰聲呐就像“安全員”一樣，會提前“告知”潛航員，為其提供充分的規避時間。

作業期間，如果潛航員有了新發現或者拍到了值得紀念的精彩瞬間，還可以通過水聲通信機實時分享給海面的人，被潛航員稱為“水下微信”。

除此之外，“奮鬥者”号還在锂離子電池、海水泵等方面實現多項重大技術突破。其研制及海試的成功，标志着我國具有了進入世界海洋最深處開展科學探索和研究的能力，體現了我國在海洋高技術領域的綜合實力。

不過，坐底10909米深度，僅是初窺冰山一角，海洋深處還有太多的未知需要我們不斷去探索和揭秘。從“蛟龍”号到“深海勇士”号，再到“奮鬥者”号……我國科研工作者将不斷帶領我們探尋更多大洋深處的奧秘。

“奮鬥者”号的成功，得益于黨中央對深海事業發展的正确領導和科研團隊集智攻關中發揚新時代科學家精神，也離不開科技計劃管理模式的創新探索。“十三五”國家重點研發計劃“深海關鍵技術與裝備”重點專項管理專業機構、中國21世紀議程管理中心黃晶主任介紹，“奮鬥者”号載人潛水器是“深海關鍵技術與裝備”重點專項的核心研制任務，中心始終堅持科學化、規範化、精細化管理，組建項目群協同攻關，成立專家組跟蹤指導，制定質量和海試管理規範提升裝備實用性，有力支撐深海有關裝備研制任務圓滿完成。

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