在印度洋完成100次下潜,它才是真正的“海王”

  12月11号,正在西南印度洋进行大洋考察的"深海勇士"号载人潜水器完成第100次下潜,本次下潜克服了恶劣海况,最大下潜深度为2774米,在海底作业近8小时后成功返回母船。今天,大院er就带你去好好认识一下这位"深海勇士"。

  人类探索深海的梦想 靠它来实现

  深海是什么样的?古今中外,人们对深海都抱有无尽的想象,在神话传说中,它喜怒无常、充满神秘气息,在龙王和波塞冬的掌控之中。海底有什么?海底真的有一个属于亚特兰蒂斯人的世界吗?

  在过去几千年的绝大部分时间里,人们利用船只在海面活动,受限于此工具,活动范围也局限于海平面的二维空间。而在近50年时间里,浮力材料应用潜水器的发明使人们对海洋的三维甚至四维空间的认识得到了极大的刷新和补充,它们潜入海底,执行科学考察、海底勘探、开发、打捞、救生等任务,成为探索深海的利器。

  

潜水器分类

 

  潜水器分类

  大家都对我国载人潜水器"蛟龙"号非常熟悉,2017年,我国又添加一大国重器——"深海勇士"号4500米级载人潜水器!该潜水器是国家863计划支持研制的深海装备,是以实现国产化、降低运行成本、提高可靠性和可维护性为目标而研制的一台拥有自主知识产权的潜水器,国产化率高达95%,与国际上同类型载人潜水器相比在电池容量、潜浮速度、声学通信和自动控制方面具有领先优势。其工作母船为"探索一号",由后甲板上的红色A架进行吊放和回收。

  "深海勇士"名片

  最大工作深度:4500m

  尺寸:长9.3m,宽3m,高4m

  重量:20t

  有效载荷:220kg

  最长水下工作时间:10h

  容纳人数:1名潜航员及2名科学家

  

深海勇士

 

  "深海勇士"个人档案

  现在,让我们来参观一下"深海勇士"吧~

  外壳

  最外面红白色覆盖的地方是它的轻外壳,由玻璃钢制作而成,外形呈流线型,以便在水下运动时减少阻力。

  载人舱

  "深海勇士"号的钛合金耐压载人舱是个内径约2.1米的球体,之所以采用钛合金是因为它的重量轻、防腐蚀、强度大,下潜到海里时仍然可以保证里面是1个大气压,3名下潜人员就是坐在载人舱里进行操作、观察的。载人舱里配备有生命支持系统,以维持舱里氧气和二氧化碳的浓度。

  

 

  "深海勇士"号载人舱的观察窗数目达到了5个,这对生产工艺来说无疑是个严苛的考验,因为每多开一个观察窗都会对球壳的承压和密封带来极大挑战,但是5个观察窗的设计为坐在载人舱中的下潜人员提供了更广阔的的视野。

  

观察窗

 

  耐压罐

  在深海,人需要呆在耐压舱里,同样,许多不抗压的精密仪器设备也要放在耐压罐里。揭开潜水器的轻外壳,能够直观看到潜水器的内部构造。大大小小的耐压罐共有二十多个,分布在潜水器内部的左右舷、首部等易维护的位置,里面分别密封了控制板、配电板、通信机等众多元件。这些耐压罐能够抵御460个大气压,打个比方,相当于指甲盖大小的面积上承担着约460kg的重量。

  照明和摄录设备

  在潜水器的首部,搭载了各种照明和摄录设备。由于可见光在海里一般最深只能射穿约200米深,200米以下的海都是漆黑无光的,下潜人员透过观察窗观察周围环境、摄录设备的工作都离不开照明设备发挥的巨大作用,这就好比我们夜里开车,要开车灯,才能看清前方的路。在潜水器首部共有3台摄像机和1台照相机,底部有1台照相机和一台微光摄像机,尾部有一台摄像机,能够从多个角度对潜水器周围和机械手工作的情况进行实时记录。

  

 

  深海勇士号载人潜水器 (张桅/摄)

  机械手

  "深海勇士"的一大亮点莫过于两支长度近两米的机械手了,机械手的七个关节都能够灵活运动,在水下布放回收设备、抓取样品都离不开它。这双机械手在最远端的负载能力达到65公斤,也就是说能轻松地抓起一个差不多正常人体重的样品。在两支机械手的中间,是潜水器的采样篮,机械手采集到的样品先放到采样蓝里,之后被带出水面。

  锂电池

  潜水器下潜的速度会视下潜的深度来定,一般在40-50m/min之间,水下作业时间在2-8h之间,潜水器在水下能长时间高效率作业,主要依靠自身携带的上吨重的锂电池。这些锂电池串联供电,由一块块小的单体电池和各类传感器等组成,能够完成约五百次的充放电。

  水下运动

  "深海勇士"号是个重20吨的小胖子,它能漂浮在水面,也可以在水下自由灵活运动,这是如何做到的呢?首先,它采用了国产固体浮力材料,这种浮力材料由玻璃微珠和环氧树脂组成,玻璃微珠的直径只有几十微米,抓起来就像抓一把面粉的感觉,这两者做成的浮力材料具有耐高压、低吸水率的性质。

  

 

  潜水器的动力系统包括前侧、中段和尾部分布的6个螺旋推动器,它们使潜水器在水中可以自由地移动。然而光靠这个是不够的,它是如何自由地大幅度上浮下潜的呢?我们知道水中很多硬骨鱼类有个叫鱼鳔的器官,鱼鳔内充满气体,鱼可以通过调节鱼鳔内气体的体积来控制身体的比重,从而在游动时可以轻松自如地保持想要的状态。潜水器中也有类似鱼鳔的装置,是由几部分设备共同协作完成的。潜水器被母船的A架放入水中后,首先是浮在水面的,然后对潜水器内部大约能装1.8个立方海水的压载水箱进行注水,重量不断增加,几分钟注满后,自身重量大于浮力,潜水器便可以下潜了。

  当潜水器下潜至指定的工作深度时,便抛弃随身携带的压载铁,以使潜水器自身重力和浮力平衡,悬浮在水中。在作业过程中,如果需要对潜水器的高度进行调整,可调压载水舱通过注水与排水,就可以发挥四两拨千斤的作用。当完成作业后,潜水器抛掉上浮压载铁,潜水器浮力大于重力,便开始向上返程啦!当潜水器接近水面时,压载水箱开始向外排水,进一步增大浮力,潜水器到达水面时便可以漂浮在水面啦!

  通讯

  "深海勇士"在下潜后跟"探索一号"之间是没有缆绳连接的,那它是如何跟母船保持联系的呢?由于无线电在水中衰减得更快,所以它们之间采取声波来传递信号。"深海勇士"上安装了水声数字通信机和备用的水声电话,母船上安装了水声数字通信机,可以传输语音、文字和图片,传输到接收会有约一分钟的延迟,像科幻电影《巨齿鲨》里那种可以实时传输舱内视频的技术,也是研发人员的奋斗目标之一啦!

  

 

  跟随"深海勇士"来一次下潜之旅

  科考船上的工作任务是紧张而艰巨的,在确定下潜时间、地点、人员和任务后,科学家需要接受培训,目的是帮助科学家了解潜水器内部设备和熟悉相关应急操作,以及在水下执行任务时需要运用的软件及使用方法。

  在下潜前,相关工作人员在甲板上进行紧张而有序的操作,1名潜航员和2名科学家也进入潜水器的载人舱进行准备工作。几分钟后,潜水器开始入水,入水的过程中有些晃动,下潜的过程中潜水器非常平稳。下潜到200米的深度就基本上没有光亮了,窗外是漆黑而宁静的世界,偶尔能看到一些发光的小生物,像黑夜里的萤火虫。当接近目标深度时,潜航员打开潜水器头部的照明灯,操作潜水器抛弃压载物,准备着底。着底后,便驾驶着潜水器开始工作啦。

  "深海勇士"准备下潜 (张桅/摄)

  在几个小时的紧张有序的作业后,必须根据计划按时返回。返回水面后,下潜的科学家会经历泼水礼。

  下潜人员接受泼水礼 (张汉羽/摄)

  "深海勇士"在海底干了啥?

  由于"深海勇士"可以在水下自由移动,对于海底科学考察、采集样品、铺设水下设备和海底信息网络、打捞、救援、深海电影拍摄等等,都具有得天独厚的优势。

  "深海勇士"于2017年10月在南海成功通过海试验证后,于2018年3月至6月,在南海成功完成了试验性应用科考航次。

  2018年4月28日至30日,"深海勇士"号载人潜水器和"海马"号无人潜水器在"海马冷泉"区进行科考作业,成为我国首次使用两种具有自主知识产权的国产化大深度潜水器进行具有国际前沿科学技术水平的联合科学考察。

  2018年4月,"探索一号"科考船携"深海勇士"号载人潜水器在南海进行了我国首个深海考古航次,共进行7个潜次,最大下潜深度为1003米,标志着我国走进了千米深海考古时代。

  2018年3月至5月,"深海勇士"号载人潜水器在南海科考中发现新的珊瑚片区,并采集珊瑚样品。

  2018年6月,"深海勇士号"南海TS07航次第四航段主要在西沙海槽海域进行下潜,科学任务是在西沙海槽及北缘滑坡体开展深海过程的观测、样品采集与实验。

  ▲西沙海槽生物种类相对单一,数量少,其生物生存的条件较为苛刻,为海底中的"沙漠"。携带有机质的一根树枝便可成为众多生物的家("深海勇士"号/摄)

  结语

  "深海勇士"号作为我国高国产化率的载人潜水器,在南海试验性应用科考航次的圆满成功,为"深海勇士"前往西南印度洋进行海试奠定了坚实的基础。期待"深海勇士"为我们带来更多的惊喜!

  本文发表于《海洋世界》杂志2018年12期,作者授权"科学大院"微信首发(略有修改)

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    摘自:浮力材料 https://www.fulicailiao.com/

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