2021年底，“奋斗者”号载人潜水器开展了2021年度第二航段的常规科考应用，航次历时53天。这次万米海试有哪些不同？“奋斗者”号又是如何“探宝”的？

“奋斗者”号在马里亚纳海沟开展应用科考。

不仅是深潜

以前深海探测，对海底情况的很多了解往往是在母船上，依靠一系列的操作和探测的设备来完成的，不能面对面、像陆地上的调查一样。“奋斗者”号载人潜水器（以下简称“奋斗者”号）可以对整个海底的矿产资源直接进行探测，使得探矿的效率大大提高，同时也提升了中国在国际深海空间治理的话语权。“奋斗者”号还将进一步助推国际深渊科学研究的进展，加速深海生物基因产业的发展，特别是在抗癌、抗菌方面，深海生物基因可以为提高人类生命健康水平作出新的贡献。

万米海底有多妙

对于人类来说，深海陌生而神秘。科研人员通过搭乘“奋斗者”号下潜至深海观察到，深海生物有着不同于浅海的、非常特别的、适应深海生存的机制和策略，主要表现在不依赖阳光。

“奋斗者”号抓取海底生物。

“奋斗者”号在深海可以依托高精度探测设备和机械手等装置，取得大量数据资料和样本等，还发现一些深海生物不通过光合作用、只是借助硫化物就提供能量等奇妙现象。

机械臂作业

海底资源

目前，“奋斗者”号还在持续进行万米深渊的探索性下潜，科学家围绕深渊生态、地球物理等课题的研究也都在持续推进，相信未来还会有更多新的发现展现给世人。

“奋斗者”号本领大

可以下潜至万米海底的载人潜水器，究竟是如何下潜和上浮的？它在深海的工作原理又是什么样的呢？

“奋斗者”号采用无缆无动力上浮下潜技术，可以在海底连续作业6小时。专用固体浮力材料是它获取水下净浮力、实现无动力上浮和悬浮定位的核心结构部件，需要兼具密度小和抗压强度高两个相对立的特性。

到达万米深海后，“奋斗者”号采用左右两套主从伺服液压机械手开展作业，可实现6自由度运动控制（指操作有6个独立驱动的关节结构，能在其工作空间中实现抓取物件的任意位置和姿态），持重能力超过60千克，可顺利完成岩石、生物抓取等作业任务。

“奋斗者”号还拥有智能故障诊断以及海底自主避碰等功能，能够在海底自动匹配地形巡航、循迹航行以及悬停定位。依靠这些技术，“奋斗者”号就可以对海底标志物进行精准的科学探测作业和返回。

实现万米连通——水声通信技术

我们知道，光和无线电信号在深海中的衰减是非常快的，所以潜水器与工作母船之间很难实现通信。“奋斗者”号在茫茫深海深潜，如同一粒芝麻撒进大海，如何确定它的位置？此时，声音成为最有效的信息传递方式。

“奋斗者”号载人深潜器上部分水声通信系统部件

声音在空气中的传播速度是340米/秒，在海里可以达到1500米/秒。因此，高速水声通信是“奋斗者”号与母船“探索一号”之间沟通的唯一桥梁，可以实现从万米海底至海面的文字、语音以及图像的实时传输。“奋斗者”号将声音信号通过调制解调，携带相关的数据进行传输，就达到传播信息的目的了。

但是，水声通信可用的工作频率窄导致其数据率比较低，能够传输的信息量比较少。为此，“奋斗者”号采用了一项关键的核心技术——相干通信技术，它是一整套从信号编码调制到信道自适应均衡和纠错编解码等技术构成的整体解决方案，可以克服远距离传输带来的信号损耗，在信号微弱的情况下提取出有效信息。

“奋斗者”号声学系统，包含了自主研发的全海深水声通信机、地形地貌探测声呐、多波束前视声呐、多普勒测速仪、避碰声呐，以及定位声呐和惯性导航设备的系统集成，实现了从万米海底传声传影。由多普勒测速仪、定位声呐及惯性导航等设备集成的组合导航系统，还为“奋斗者”号的巡航作业提供了高精度的水下定位导航。

深潜的法宝——载人舱球壳

“奋斗者”号总装

大家都知道，万米深潜需要克服巨大的压力。“奋斗者”号设计下潜深度为1.1万米，在这个深度它要承受的压力，相当于2000头非洲象踩在一个人的背上。载人舱作为“奋斗者”号载人潜水器的核心关键部件，是人类进入万米深海的硬件保障和安全屏障，可搭载3人的载人舱球壳，是目前万米深度以下世界最大、搭载人数最多的潜水器载人舱球壳。

为了抵御沉重的压力，“奋斗者”号采用了更加耐压的高强度、高韧性、可焊接的钛合金载人球舱，在耐压结构设计理论方法及安全性评估、钛合金材料制备及电子束焊接方面实现多项重大突破，并通过了反复试验验证，以确保舱内人员的安全。

在深海开直播

2020年11月，“奋斗者”号在海试过程中进行了全球首次万米深海电视直播。跨越如此大深度的直播，是如何实现的呢？

原来，海底电视直播是利用预先布放好的着陆器完成的。着陆器与探索二号保障船之间有微细光缆相连接，当“奋斗者”号下潜到预定海域后，着陆器就可以对“奋斗者”号进行实时拍摄，依托水下激光技术将“奋斗者”号舱内画面传送到着陆器，着陆器再将画面通过微细光缆传输到探索二号保障船，保障船再利用卫星将直播信号传送到电视台，至此大家就可以在电视上看到“奋斗者”号在万米海底的优美身姿了。

“奋斗者”号海底直播示意图

万米深海“大显身手”‍

截至2021年底，“奋斗者”号共完成21次万米下潜，已有27位来自中国9家高校、科研院所和企业的科学家通过“奋斗者”号到达全球海洋最深处，万米深潜次数和人数居世界首位。这样的成绩令人自豪和振奋。

2021年12月，“探索一号”科考船搭载“奋斗者”号，在马里亚纳海沟“挑战者深渊”最深区域进行了科考作业。航次期间，“奋斗者”号共下潜23次，其中6次超过万米，进行了包括悟空号全海深AUV（自主水下航行器）、全海深玻璃球和声学释放器等深海仪器装备的万米海试。

基于“奋斗者”号大深度、高精度的作业优势，本航次采集了一批珍贵的深渊水体、沉积物、岩石和生物样本，为对比开展不同深渊特种环境、地质与生命等多学科研究提供了宝贵的数据和样本。

航次期间，参航科学家团队还共同发起了《马里亚纳共识》倡议，建立深海科考标准化平台体系，实现深海科考样本和数据的长期保存与共享，同时启动“马里亚纳海沟生态环境科研计划”。未来，该计划还将协力攻坚深海地球科学系统的形成与演化、生命起源与环境适应、生物多样性与气候变化等重大科学问题。（文/图：张真源，中国船舶科学研究中心）