身段灵巧
水下“蛟龙”可做“六度”动作
从母船“向阳红09号”上布放成功后,“蛟龙”号顺利下潜。5000米海试的上下时间都要超过1个半小时。
到了海底1000米之下,就算是深海,这里没有氧气、没有阳光,非常寒冷,压力越来越大。到达海底5000米时,温度就只有2摄氏度左右。通过观测窗,潜航员们可以看到深海中游弋的动物、高低起伏的海底山峰……
“蛟龙”号载人舱内是常压环境,还有专门的供氧和吸收异味气体的生命支持系统,但潮湿问题目前还无法解决,因此夏天舱内温度就相对较高。
对身体而言,这不是一次舒适的旅行。在10余小时的时间里,潜航员们一直“蜗居”在一个2.1米内径的球体内。成年人伸开臂展,几乎可以碰到球体两端。
坐在中间的是主驾驶,左右两侧是科学家。潜航员付文韬透露,3个人很难同时站立起来,加上各种仪器,腿基本上都处于蜷缩状态。
“蛟龙”在水中行进的速度并不快。其设计巡航时速为1节,最大时速为2.5节,相当于每小时行驶4.63公里,比常人骑自行车还慢。
不过“蛟龙”号的身段却颇为灵巧。参与控制系统研发的中科院沈阳自动化所水下机器人研究中心主任王晓辉介绍说,“蛟龙”号拥有“6自由度空间运动能力”,既可以在三维直角坐标系上直线行走,比如通常所说的前进后退、上浮下潜、左移右移,还可以围绕直角坐标系三个轴旋转,比如改变舵向、左右摇摆、抬头低头等。
“其实‘蛟龙’号在水下是很灵巧的,就是动作稍微慢些。”他描述说。
除了行动灵巧,“蛟龙”号还手脚灵便。“蛟龙”号第四次下潜过程中,潜航员叶聪就利用机械手捕获过海参等生物,放在生物篮里。这样的机械手有两只,具有相当于人的肩、肘、腕等的“关节”,伸缩自如。
8只水下照明灯如同“蛟龙”号的眼睛,可以确保潜航员看清楚15米以内的各种情况。
声纳如同“蛟龙”号的耳朵。它配有1台最大作用距离为200米的成像声纳、7台避碰声纳、1台能够探测不同海底地形小目标的测深侧扫声纳以及1台多普勒海流测速仪。
人们还预想到,“蛟龙”号的行程未必总是一帆风顺,如果被海底的水草或者淤泥缠住,“蛟龙”号还应具备多种应急逃生的技能。
它可以抛掉两个100公斤的压载铁,以获得200公斤的浮力;还可以引爆蓄电池箱上的电爆螺栓,扔掉部分蓄电池;而如果是机械臂在抓东西时被水草缠住,上述应急措施都无法起作用时,“蛟龙”号还可以壮士断臂,以求逃生。
如果是整体陷入淤泥等不能自拔,“蛟龙”号的最后一招是引爆电爆螺栓,浮力块将带着船载的9000米长缆浮上水面。正在密切监视的母船看到浮力块上的闪光灯,就捞起长缆,用绞车把“蛟龙”号硬生生地“拎上来”。
根据中国大洋协会的描述,“蛟龙”号一次7000米的深度下潜一般需要12个小时,包括投放、回收各半小时,上浮下潜各2.5个小时,海底工作时间6个小时。一个下潜一般从早晨开始,下午天黑前结束。
正常情况下,“蛟龙”号可以在水下生存12个小时,而紧急情况下,生命支持系统可以支撑近3天的时间。
首赴南海
将获取与可燃冰有关数据
“蛟龙”下水,目标何在?中国大洋协会公开资料表示,“蛟龙”号可执行6项科学考察任务,包括:沉积物、浮游生物定点取样,矿产钻芯取样,海水温度测量,绘制高精度地形地貌图,沉船照相和摄像,以及深海管道和电缆等维护与检查等。
“为什么一定要载人下到深海?”中国科学院广州能源所副所长吴能友自问自答,现在科学家寻找深海矿产、生物无异于“海底捞针”,而“载人深潜器最大的好处就是带给科学家身临其境的感觉!”吴能友说,科学家潜入深海,能更直观地了解海底环境,发现研究目标物。
此外,科学家还可以借助“蛟龙”号携带海底钻机等各种仪器下潜到海底,获取珍贵的样品和数据。
成功下潜到5000米后,“蛟龙”号的行动范围可以覆盖地球75%的海洋;徐芑南透露,明年“蛟龙”号将择机进行7000米海试,一旦成功,将可以覆盖全球99.9%以上的海洋。除个别海沟外,“蛟龙”号将可以无所不至。
丰富而未知的深海资源从此将触手可及。中国著名海洋地质学家、中科院院士汪品先此前向媒体透露,其正在主持的“南海深部过程演变研究计划”将率先利用“蛟龙”号在南海进行海底可燃冰的勘探工作。
南方日报记者了解到,确切地说,拟定明春进行的“蛟龙”号首次科考任务瞄准了深海一种叫做“冷泉碳酸盐岩”的物质,它是能源界广泛关注的“可燃冰”的伴生物,了解其形成机理和分布,将大大有助于人类对重要的潜在未来资源“可燃冰”的开发利用。
此外,“蛟龙”号明年的首次科考还可能瞄准海底生物。“蛟龙”号带回的成果将有助于人们了解这个神秘的生物世界。
还有深海油气勘探。中国科学院南海海洋研究所副所长王东晓告诉记者,海底一二千米的地方存在大量油气,分布面积很广,但目前的深海勘探技术只能探测到200米水深,“蛟龙”号潜入深海,有望带来新进展。
海底矿产资源丰富。王东晓提醒说,此次“蛟龙”号远赴东北太平洋海试,其海域正是联合国国际海底局批准给中国的矿产专属区。“蛟龙”号也从海底获取了锰结核样品。
科学家是“蛟龙”号未来的“大客户”。吴能友强调,“蛟龙”现在的作业能力还不是很强,未来一定会强调应用,才能真正有助于中国深海战略的发展。
“你不要小看‘蛟龙’号的机械手,它不仅可以抓起200公斤的岩石样品,而且可以轻巧地抓取生物,还配有大量的摄像、摄影、声纳、钻机装备。”吴能友展望,未来科学家将把深海作为天然实验室,利用“蛟龙”号把实验样品放入深海进行科学实验,经过若干实验时间后再取回样品,从而模拟出实验室无法提供的环境条件。
美国的“阿尔文”号载人深潜器诞生于上世纪60年代,如今在美国、日本等国家,研究深海的科学家经常可以乘坐深潜器探索深海奥秘。科学家们热切盼望,中国的深海研究也能早日迎来这一天。
“蛟龙”出世
标志中国向深海领域发力
在世界载人深潜领域,中国无疑处在赶超者的地位。
二次世界大战后,美国率先在这一领域发力。到1960年,美国利用已经退役的“的里亚斯特”号深潜器将潜水员首次送入马里亚纳海沟,这里距离海面约为11034米,是全球海洋的最深处。
美国长期是载人深潜领域的领先者。著名的“阿尔文”号深潜器从1964年投入使用,至今仍是美国载人深潜的主力,曾创造出一年最多下潜约270次的纪录。但由于当时国际市场上镍、铜等深海金属的价格不高,美国渐渐减少了在载人深潜领域的投入。
日本、法国后来居上,成为最新的深潜界的明星。王东晓介绍说,近20年间,日本的深海研究突飞猛进,其“深海”深潜器创造了最大下潜深度约6492米的世界纪录。
长期以来,中国的海洋战略重心放在浅海,深海并未受到足够重视,目前95%左右的海洋科研经费仍是投向近海。
“蛟龙”号横空出世,无疑是对中国海洋战略转型的一个最好注脚。王东晓评价说,“蛟龙”号深潜成功堪称中国深海战略的一次标志性突破,未来一旦成功完成7000米级海试,“蛟龙”号更有望打破日本保持的载人深潜纪录。继美、日、法、俄之后,中国正在成为崛起的第五个载人深潜大国。
“国家正有步骤地推动深海战略,先以南海作为桥头堡,再扩展到太平洋和印度洋。”王东晓分析说。
科学领域的需求也蓬勃增长,“蛟龙”号的命运正折射了这一显著变化。1992年,徐芑南等科学家大力呼吁中国研发载人深潜器时,应者寥寥。10年之后,中国大洋协会牵头强力推进这一项目,直接起因就是其与国际海底管理局签订了7.5万平方公里的锰结核勘察计划。
除以“蛟龙”号为代表的载人深潜器研发外,中国大洋协会从2004年开始还推动进行环球航测,进行环绕全球海洋的科学考察。
但仍需指出,中国深海研究与世界水平还有显著差距——中国尚没有形成完整的深海观测网络,甚至没有专门的深海研究机构。反观国外,印度在印度洋上几乎无所不在,俄罗斯竟然常常跑到南海进行科学考察……
日本后来居上的案例更引人深思。上世纪90年代,日本成立了专门的全球海洋研究机构,以研究的名义拓展其深海战略。日本人总是津津乐道其“138度战略”,当时日本的船只凡是经过西太平洋上东京138度的位置时,都把有关数据搜集起来,逐渐形成了颇有影响力的研究。
蔚蓝海洋占地球表面积的70%,深度超过2000米的深海又占其中60%。“蛟龙”号之后,来自深海的新惊喜或许会越来越多。 南方日报记者 张胜波实习生 邱妍 统筹 林亚茗 赵威