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2020年11月10日清晨，隨著太陽從太平洋上升起，一條胖乎乎的“綠色大頭魚”躍入大海，向太平洋深處潛去。

3個多小時后，“綠色大頭魚”抵達(dá)太平洋底部的“地球第四極”——馬里亞納海溝“挑戰(zhàn)者深淵”底部，下潛深度達(dá)10909米。

這條“魚”就是我國首艘全海深載人潛水器“奮斗者”號。

萬米深淵，曾經(jīng)被認(rèn)為是海洋科考的“禁區(qū)”。而挑戰(zhàn)者深淵是地球最深處馬里亞納海溝的“極地”，其深度相當(dāng)于“珠峰疊加華山”。對這片漆黑、高壓、低溫和地質(zhì)運動活躍的“深?；哪钡难芯?，是海洋研究最前沿的領(lǐng)域之一。

“奮斗者”號的成功坐底，創(chuàng)造了中國載人潛水器的新紀(jì)錄，標(biāo)志著我國在全海深載人深潛領(lǐng)域達(dá)到世界領(lǐng)先水平，讓中國成為世界上第二個實現(xiàn)萬米載人深潛的國家，也讓人類探索萬米深淵擁有了一個強(qiáng)大的新平臺。

“奮斗者”號進(jìn)軍萬米深淵的背后，有一支國家戰(zhàn)略科技力量發(fā)揮了關(guān)鍵作用。這些“奮斗者”們勇攀深?？萍肌爸榉濉保屩袊嗽谌f米深海有了新坐標(biāo)。

1?關(guān)鍵技術(shù)“護(hù)航”萬米深潛

“親愛的觀眾們，萬米的海底妙不可言，希望我們能夠通過‘奮斗者’的畫面向大家展示萬米的海底?！?/p>

2020年11月10日8時12分，隨著“奮斗者”號成功坐底馬里亞納海溝最深處，“奮斗者”號副總設(shè)計師、中國科學(xué)院沈陽自動化研究所（以下簡稱沈陽自動化所）研究員趙洋與兩名潛航員第一時間通過水聲通信系統(tǒng)向全國觀眾直播展示萬米海底世界。

親手操控潛水器抵達(dá)萬米深淵那一刻，趙洋心潮澎湃，內(nèi)心的自豪感油然而生。

趙洋在“奮斗者”號上操控作業(yè)。沈陽自動化所供圖

從全球范圍看，萬米載人深潛是一道很難逾越的關(guān)口。想要進(jìn)入“萬米俱樂部”，首先要跨過核心技術(shù)創(chuàng)新的門檻。

這些創(chuàng)新，教科書上沒有標(biāo)準(zhǔn)答案，必須通過海洋科技自立自強(qiáng)實現(xiàn)。

為了打造中國全海深載人深潛的“國之重器”，“十三五”期間，中國科學(xué)院作為業(yè)主單位、研制任務(wù)核心單位，組織10余家院屬單位全面參與了“奮斗者”號的研制，通過跨系統(tǒng)、跨單位、跨部門的大團(tuán)隊合作，艱苦攻關(guān)，突破了一系列關(guān)鍵核心技術(shù)。

在通信方面，中國科學(xué)院聲學(xué)研究所（以下簡稱聲學(xué)所）創(chuàng)建的水聲通信系統(tǒng)，是“奮斗者”號與母船“探索一號”之間溝通的唯一橋梁，可以實現(xiàn)潛水器從萬米海底至海面母船的文字、語音及圖像實時傳輸。

“‘奮斗者’號的聲學(xué)系統(tǒng)，突破了全海深難關(guān)，為其全海深范圍內(nèi)的持續(xù)巡航作業(yè)提供了可靠的技術(shù)保障。”聲學(xué)所高級工程師劉燁瑤說。

在萬米深海，水壓約合1000個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，相當(dāng)于“2000頭非洲象踩在一個人的背上”。

在抗高壓方面，中國科學(xué)院金屬研究所（以下簡稱金屬所）研究員、全海深載人潛水器載人艙項目負(fù)責(zé)人楊銳帶領(lǐng)團(tuán)隊，獨創(chuàng)新型鈦合金材料Ti62A，破解了載人艙材料所面臨的強(qiáng)度、韌性和可焊性方面的難題，為世界上第一個可搭載3人的全海深載人球形艙提供了安全屏障。

“奮斗者”號載人艙完成電子束焊接。金屬所供圖

潛水器抵達(dá)萬米深淵的目的可不是“到此一游”，而是需要完成巖石、生物抓取，沉積物取樣等精準(zhǔn)科考作業(yè)。在操控系統(tǒng)方面，沈陽自動化所的研究人員打造了靈活的機(jī)械手、智能化控制系統(tǒng)和電動觀測云臺。

沈陽自動化所研究員、萬米機(jī)械手項目負(fù)責(zé)人張奇峰帶領(lǐng)團(tuán)隊為“奮斗者”號打造了兩套機(jī)械手。它們都具有7個關(guān)節(jié)，可實現(xiàn)6自由度運動控制，持重能力超過60千克，填補(bǔ)了我國應(yīng)用全海深液壓機(jī)械手開展萬米作業(yè)的空白。

“包括這雙‘手’在內(nèi)，‘奮斗者’號的整個控制系統(tǒng)實現(xiàn)了在線智能故障診斷、容錯控制以及海底自主避碰等功能，提高了潛水器的智能程度和安全性。特別是水平面和垂直面航行控制性能指標(biāo)，達(dá)到國際先進(jìn)水平?！蓖瑫r擔(dān)任潛水器控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)人的趙洋說。

對載人潛水器來說，不僅要“下得去”，還要“上得來”。

在浮力方面，中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所研究員張敬杰帶領(lǐng)團(tuán)隊，打破國際封鎖，破解了長期以來國產(chǎn)固體浮力材料強(qiáng)度差、密度高的關(guān)鍵技術(shù)難題，制備出具有高安全系數(shù)的萬米級固體浮力材料并實現(xiàn)批量生產(chǎn)，為潛水器順利下潛和安全上浮提供了保障。

這些關(guān)鍵技術(shù)的創(chuàng)新突破，無不是經(jīng)過一次次的失敗、改進(jìn)而取得的。

在中國科學(xué)院深?？茖W(xué)與工程研究所（以下簡稱深海所）深海視頻技術(shù)研究室，裝滿了廢棄試驗品的紙箱子見證了創(chuàng)新之路的艱難。

這些“廢棄物”是研制深海高清攝像機(jī)和照明裝備過程中留下的。為了破解在海底高壓環(huán)境中工作的難題，深海所視頻室高級工程師楊景川和張兵自2018年加入攻關(guān)團(tuán)隊以來，反復(fù)試錯，為“奮斗者”號裝配了7臺自主創(chuàng)新的4K超高清攝像機(jī)和照明裝備，讓這條“魚”有了觀察海底世界的“眼睛”。

像這樣“摸著石頭過河”的創(chuàng)新還有很多，如能量密度進(jìn)一步提升的鋰電池、總效率達(dá)到世界領(lǐng)先水平的海水泵、可實時在線監(jiān)測的潛浮速度及球殼應(yīng)力……一項項關(guān)鍵技術(shù)的突破讓“奮斗者”號部件的國產(chǎn)化率超過96.5%。

2020年11月28日，習(xí)近平總書記致信祝賀“奮斗者”號全海深載人潛水器成功完成萬米海試并勝利返航。習(xí)近平總書記在賀信中指出，“‘奮斗者’號研制及海試的成功，標(biāo)志著我國具有了進(jìn)入世界海洋最深處開展科學(xué)探索和研究的能力，體現(xiàn)了我國在海洋高技術(shù)領(lǐng)域的綜合實力?！?/p>

2?勇往直“潛”的科學(xué)“信使”

“可上九天攬月，可下五洋捉鱉?！边@是幾代中國人的夢想。

然而，海洋中深度大于6000米的海溝和斷裂帶區(qū)域，即深淵或海斗深淵，壓力大、溫度低、黑暗無光、構(gòu)造活躍、地震密集，是地球上最神秘、最難企及的極端環(huán)境之一。人類對這些深海區(qū)域的了解程度甚至低于月球表面。

“奮斗者”號的到來，讓中國的科學(xué)“信使”在萬米深淵勇往直“潛”。

深海所研究員賀麗生是我國首位到達(dá)“地球第四極”的女科學(xué)家。2020年11月19日，賀麗生與深海所潛航員葉延英、王治強(qiáng)一起搭伴下潛。她在鬧鈴聲中早早起床，帶著棉坎肩鉆進(jìn)了“奮斗者”號的載人艙。

賀麗生是研究深海生命系統(tǒng)的科學(xué)家。下潛過程中，她跪坐在靠近載人艙底部的一個小舷窗邊上持續(xù)進(jìn)行觀察。隨著艙內(nèi)顯控面板上的深度數(shù)字逐漸增大，她看到舷窗外的顏色逐漸加深。下潛到200米，“白晝”漸漸染上“暮色”。

“奮斗者”號載人潛水器采用無動力下潛的方式進(jìn)行下潛，下潛速度約為每秒1米，到達(dá)萬米深海底要用3個多小時。這就像坐在一個只有微弱燈光的小電梯里下降3個多小時。長時間跪坐工作導(dǎo)致賀麗生腿腳有些發(fā)麻，而艙內(nèi)空間有限，只能小幅度活動身體。整個萬米深潛過程中，下潛和上浮加起來要用6個多小時，再加上6個小時的海底工作時間，以及下潛前的準(zhǔn)備時間，至少有14個小時都在潛水器里。

回到母船，賀麗生還要處理采集的樣本。雖然很辛苦，但她樂此不疲。她說：“對科學(xué)工作者來說，獲得第一手資料非常重要。再高清的照相機(jī)、再高清的錄像機(jī)，也無法代替自己到底下去看、去體會、去觀察?！?/p>

不僅如此，載人深潛科考隊還要直面海上突如其來的風(fēng)云變幻。趙洋記得，在馬里亞納海溝執(zhí)行下潛任務(wù)期間，狂風(fēng)暴雨掀起驚濤駭浪，風(fēng)力達(dá)每秒20多米，排水量6000多噸的“探索一號”像蛋殼一樣在海上隨波搖晃。船艙內(nèi)，杯子、書籍、眼鏡盒嘩啦啦甩落在地上，一片狼藉。

“一次風(fēng)暴過后，后甲板上數(shù)千公斤的壓載鐵框硬是被海浪拍擊得移了位置，船艏的一個艙門被拍得變了形。”趙洋回憶道。

即便如此，他們依然和惡劣天氣“斗智斗勇”，每4個小時收聽一次天氣預(yù)報，尋找下潛窗口?！叭绻袕?qiáng)氣旋逼近，我們就要根據(jù)臺風(fēng)的路徑和速度隨時調(diào)整下潛計劃，盡量在它的邊緣區(qū)域選擇合適的下潛點，保證不錯過任何一個潛次?！鄙詈Ｋ芯繂T、科學(xué)研究部主任杜夢然說。

杜夢然回憶，在馬里亞納海溝海試期間，載人深潛科考隊曾遇到過被3個臺風(fēng)夾擊的危險。但他們沒有退縮，而是與臺風(fēng)“斡旋”，提前作出預(yù)判后，在臺風(fēng)邊緣區(qū)域作業(yè)，冒著風(fēng)險實現(xiàn)了更高效的航次運維。

3?坐著“時光機(jī)”打開“新世界”大門

一路走來，中國萬米載人深潛的發(fā)展不僅帶動了新工藝、新技術(shù)、新材料的改革進(jìn)步，而且填補(bǔ)了人類在深海地質(zhì)、生物、化學(xué)等諸多方面的知識空白。

杜夢然2014年博士畢業(yè)進(jìn)入深海所，那時所里還沒有自己的科考船，她和同事租借小漁船出海做實驗。如今的她已經(jīng)隨載人潛水器下潛深海20余次。每次她關(guān)閉艙門跟著潛水器下潛時，總覺得像是要“坐著時光機(jī)，打開未知世界的大門”。

人跡罕至的深淵海底是寧靜的。隨著潛水器坐底，由沉積物形成的揚塵彌漫，并追逐著潛水器前行。這讓杜夢然深感深淵的神秘與莊嚴(yán)。

但寧靜的深淵并不寂寞，反而是生命繁榮生長的樂園。在這里，各類物種在深淵高壓、寒冷、黑暗的環(huán)境里適者生存，各顯神通。

“奮斗者”號拍攝到的深淵生物——獅子魚。深海所供圖

水下8000米左右的深淵獅子魚是人類迄今認(rèn)識的生境最深的魚類。它們頭大尾小、沒有魚鱗、皮膚透明。它們不僅失去了視覺能力，魚骨也從硬骨變成了軟骨，薄且具有彎曲能力，頭顱則是半封閉的，從而實現(xiàn)內(nèi)外壓平衡。

“奮斗者”號拍攝到的深淵生物——海參。深海所供圖

其他海底生物也進(jìn)化出許多“獨門技能”。例如，海參會把個體縮小、通體白化透明，甚至把支撐軀干的骨針都退化掉；深淵微生物更是練就一身“絕處逢生”的本領(lǐng)，可以降解難降解型的有機(jī)質(zhì)，甚至將之轉(zhuǎn)化為有毒金屬為己所用。

“奮斗者”號拍攝到的深淵生物——海百合。深海所供圖

趴在“奮斗者”號的舷窗前，杜夢然的全部注意力都給了眼前的海底世界。每看到一個生物或地質(zhì)現(xiàn)象，她的大腦就會高速運轉(zhuǎn)冒出一連串的問題：它為什么會這樣？這是怎么形成的？背后的機(jī)制是什么？這些問題引導(dǎo)她做進(jìn)一步的精細(xì)調(diào)查和取樣，開展實驗室分析，最終找到答案。

“這個過程非常有意思，科學(xué)的樂趣就在這里?！倍艍羧徽f。

賀麗生指出，地球70%以上的面積是海洋，海洋面積是陸地面積的2.4倍?！澳壳埃祟悓５咨顪Y的了解非常有限，深淵之下存在的許多謎題等待我們破解?！?/p>

例如，深潛科考隊在萬米海底的水體、沉積物甚至是深淵生物的體內(nèi)都發(fā)現(xiàn)了微塑料、持久性有機(jī)污染物和甲基汞等污染物。在馬里亞納海溝5108米~10909米表層沉積物中，微塑料顆粒含量達(dá)到每升200個~2200個。這說明污染已抵達(dá)世界海洋的最深處，迫切需要開展相關(guān)運輸途徑、降解機(jī)制、生態(tài)毒理學(xué)和環(huán)境修復(fù)等研究。

“奮斗者”號采集的深淵樣本。深海所供圖

4?共拓深淵科考新疆域

深淵海底有著無盡的奧秘等待人類探索，“奮斗者”號讓中國科學(xué)家擁有了一張自由往返萬米深淵的“通行證”。

截至2024年5月，“奮斗者”號投入使用以來，累計下潛244次，其中一半潛次抵達(dá)6000米以下的深淵，萬米深淵潛次達(dá)25次，成功讓32人到達(dá)萬米海底。

“奮斗者”號的乘客中，不乏國際友人。

新西蘭國家水資源和大氣研究所研究員卡琳·施納貝爾是“奮斗者”號的首位國際乘客。她認(rèn)為：“‘奮斗者’號是一臺了不起的裝備，給世界帶來了科研機(jī)遇。”

2022年，在中國科學(xué)院國際伙伴計劃項目支持下，深海所牽頭發(fā)起實施“全球深淵深潛探索計劃”（以下簡稱“全球深淵計劃”），開啟了以中國為主導(dǎo)的深淵科考國際合作新模式。

同年10月到次年3月，深海所組織國際首次環(huán)大洋洲載人深潛科考?！皧^斗者”號搭乘“探索一號”母船，歷時157天，完成了2.2萬多海里的大洋洲探索之旅，先后在3個深淵——克馬德克海溝、蒂阿曼蒂那海溝、瓦萊比-熱恩斯深淵開展深潛綜合科考，采集了豐富的深淵宏生物、巖石、結(jié)核、沉積物和水體樣品，為深入了解深淵環(huán)境、深淵生命演化提供了重要支撐。

這一航次中，施納貝爾和深海所潛航員鄧玉清成為人類歷史上首次到達(dá)克馬德克海溝最深點的女性?！叭魏螘旧系闹R都無法與眼睛看到的體驗相提并論?？粗饩€一點點消失，親眼看到深海海底。細(xì)小的沉積物上布滿了‘足跡’，我們在海底和水中看到了很多小生物，其中許多物種是全新的?！笔┘{貝爾說。

國際首次環(huán)大洋洲載人深潛科考中，鄧玉清（中）、施納貝爾（右）等科考隊隊員在載人球艙內(nèi)。深海所供圖

此后，隨著“全球深淵計劃”穩(wěn)步推進(jìn)，深海所的國際合作“朋友圈”不斷擴(kuò)大。2024年2月8日到3月28日，深海所牽頭組織實施首次中國－印度尼西亞爪哇海溝聯(lián)合深潛科考航次任務(wù)。歷時50天的航次中，“奮斗者”號成功下潛7178米，創(chuàng)下印尼深海下潛新紀(jì)錄，獲得一批寶貴的大型底棲生物、巖石和沉積物等樣品，發(fā)現(xiàn)兩處活躍的低溫?zé)嵋簠^(qū)，為深入理解爪哇海溝的特殊地質(zhì)構(gòu)造活動、生物多樣性、地質(zhì)生命協(xié)同演化等提供了重要支撐。

2024年3月28日，“探索一號”科考船攜“奮斗者”號靠港。丁典/攝

如今，深海所已與新西蘭、日本、印尼、智利等國家的研究機(jī)構(gòu)和科研人員建立合作；創(chuàng)紀(jì)錄地完成了萬米級深淵海溝的載人深潛科考，不斷拓寬我國深淵深潛科考新疆域。

杜夢然說：“做海洋研究一定要有海納百川的胸懷和理念。未來，我們希望有更多國家的科學(xué)家加入‘全球深淵計劃’，形成一個小核心、大網(wǎng)絡(luò)的深淵科學(xué)團(tuán)隊，共同構(gòu)建人類命運共同體?！?/p>

（原載于《中國科學(xué)報》?2024-06-03?第4版?專題）