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入海:搭载潜水器在深海潜行是怎样一番体验?

时间:2020-10-18 02:45点击:
  

  2020年9月19日,由中国科协科普部、中国科协青少年科技中心、中国科学技术馆、中国科普作家协会、中国科学院大学科协共同指导的“全国科普日”特别直播活动在中国科技馆圆满举行。

  在第二场“入海”场,蛟龙号潜水器试航员刘烨瑶、通信博士张弛分别就“深潜”和“水下通信”做了精彩介绍。来看一下吧!

  以下文字根据直播内容整理:

  地球表面71%的面积都被海洋覆盖着,这也是为什么我们的地球从太空看来是一颗蓝色星球。然而,虽然人类的足迹已经遍布地球上许多人迹罕至的角落,我们探索过的海洋区域大概还不到10%,而且这10% 主要集中在大陆架附近,对于真正的深海,人类探测的非常少,那里是广袤的未知。

  我们知道,世界上最深的地方是在马里亚纳海沟,深度可以达到11034米。除此之外,大洋深处还有很多海沟,地球上的十大海沟深度都超过了九千米。“蛟龙号”载人潜水器试航员刘烨瑶介绍说,目前国际上只有五个国家拥有这种大深度载人潜水器,可以到达六千米以下的海底去进行科学考查。中国已经有两台载人潜水器——“蛟龙号”和“深海勇士号”,在太平洋、印度洋进行过上百次科学考查。

  那么,载人潜水器有哪些奇特的发现?它们在海洋深处探测到了什么?试航员搭载着潜水器在深海潜行是怎样一番奇妙体验呢?

“蛟龙号” 载人潜水器。|图片来自网络

  生活在空气里的我们似乎习惯了将四面八方的景色尽收眼底,但如果你尝试过海边浮潜,或许会发现,在海洋中十几米的深度就看不清楚了。事实上,由于海水对可见光的散射,当我们在大洋深处下潜的过程中,一旦到达大约二三百米的深度,就会变得漆黑一片,由此一直到海底都是伸手不见五指的黑暗状态。

  在如此漆黑一片的深海中,潜水器要如何航行呢?

  通信网络产业观察者、笔名“奥卡姆剃刀” 的科普大V张驰介绍说,在海洋中,电磁波衰减得很厉害,但长波仍然可以穿透到海下几十米的深度,潜艇利用的就是长波通信。但是,像“蛟龙号”这样的深潜器动辄下潜到几千米,这样的深度即便长波也无法穿透,只能借助声波,水声通讯是深海中唯一的办法。

  蛟龙号的背部就安装有水声传感器,这是一种声能传感器,能够将文字、图像等信息经由电信号转换为声信号在海水中传播。另外,蛟龙号的腹部也安装有声呐。运载深潜器并为之提供支持保障的母船会将一个吊篮沉到水中,如果深潜器位于海洋中很深的地方,背上的水声传感器负责跟吊篮通信,如果深潜器高于吊篮,则通过腹部的声呐通信。

  依靠这些技术,潜水器就可以很好地进行深海探测。“蛟龙号”和“深海勇士号”在太平洋和印度洋中潜行,进行自然资源、地质生物学等各个方面的科学考察活动,比如采集海水、泥、矿产样本,还有在南海探索冷泉生态系统。冷泉是海底像喷泉一样的泉口,硫化氢、甲烷等气体和海水渗漏出来,附近的生物赖这些矿物质为生,而非依靠光合作用,从而会形成独特的生态系统。

  由于深海比陆地面积大得多,而且人类至今仍然没有开发过深海,所以深海中蕴藏的能源可能比陆地上要多。因此,探索深海或许会对应对日益严峻的能源危机有所帮助。

  不过刘烨瑶解释说,目前的潜水器还不具备大规模开采的技术能力,主要从事的仍然是探索工作,希望为未来的技术需要打下坚实的基础。此外,载人潜水器也为我们提供了一种探测海底的手段,可以让各个领域的科学家研究深海的奥秘,甚至亲自搭载潜水器一窥深海的奇特景观。

“深海勇士号”载人潜水器。|图片来自网络

  除了作为“蛟龙号”的试航员,刘烨瑶也是“深海勇士号”的主任设计师,他曾搭载“深海勇士号”在南海下潜到三千多米深处。他介绍说,在海里每下潜十米就会升高一个大气压,三千米的深度就相当于要承受三百个大气压。

  要下潜到如此深度,潜水器是否需要像气球一样从内部加压来抵抗外部的压力?潜水器内的试航员是否要像太空宇航员一样,穿着类似宇航服的东西来抵抗外部巨大的压力呢?

  刘烨瑶介绍说,潜水器实际上主要依靠各种耐压技术,比如利用钛合金等特殊材料,并且进行独特的结构设计等,来帮助潜水器球壳承受巨大的压力,在载人舱里营造出常温常压的状态,让人们可以正常生活。

  而且潜水器里的生活也不像船上那样颠簸。海面上波涛汹涌时,船上的人会被颠来倒去,辛苦异常。但只要下潜到深处以后,海面上的波涛汹涌就与潜水器没有多大关系了,海底其实异常平静,海水流动比较平缓,不会有剧烈的冲击。因此,在载人舱中跟陆地上差别并不是很大,只是不再有白天黑夜之分。而他们一次作业的时间一般都控制在大约10个小时以内,会集中精力完成各项任务然后返回,所以并不会因为昼夜消失而受到太大影响。

  除了探索中国的领海,潜水器也可以深入到更广阔的公海。而且到目前为止,中国还没有探索过万米深度的马里亚纳海沟。未来的深海探测仍然有着广阔的前景。

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