中国制造的3台载人潜水器“蛟龙号”、“深海勇士号”和“奋斗者号”帮助中国人在短短20年的时间里完成了从几百米到上万米的飞跃。
2021年5月初的某一天，我从青岛市中心出发，沿着海岸线一路北上，只花了一个小时就来到了风景秀丽的即墨市。那里有个天然良港，曾经是向阳庄村渔民们出海捕鱼的起点。如今那个渔港里已经没有渔船了，取而代之的是一艘4500吨级的“深海一号”科考船。这是一艘2019年刚刚下水的新船，它接替了已退役的“向阳红09号”科考船，成为中国第一台作业型深海载人潜水器“蛟龙号”的母船。
负责“蛟龙号”日常运营维护工作的国家深海基地管理中心就建在港湾的旁边，基地潜航员齐海滨用一把钥匙打开了仓库的大门，里面静悄悄的，没有一个人。我一眼就看到了屋子中间的“蛟龙号”，它刚刚出海回来，需要做一次例行检查，所以外壳被拿掉了，看上去很像博物馆里展出的恐龙骨架，谈不上有什么美感。不过我心里很清楚，这是中国制造的第一台大深度载人潜水器。从论证到立项，从设计到研发，从制造到海试，它走过的每一步都是从零到一的跨越，它身上的每个零部件都充满了故事。
“‘蛟龙号’的正式立项是在2002年，但这个立项的过程是从1992年开始的。”中国船舶重工集团公司第702研究所（以下简称“702所”）研究员、中国工程院院士徐芑南开门见山地对我说，“我们1992年就提出要搞中国的载人潜水器，各路专家经过了10年的论证，再加上相关技术储备的不断积累，终于说服科技部在2002年将‘蛟龙号’列入了863重大专项。”据徐院士介绍，中国早在上世纪70年代就对海底发生了兴趣，一个原因是海军的需求，另一个原因是在渤海湾发现的大油田。但无论是军用救生潜艇还是渤海湾油田勘探，都不用潜得那么深，对深海勘探技术的需求并不那么强烈，所以直到90年代，中国制造的载人潜水器的最大深度也就几百米，远远落后于国际先进水平。
中国船舶重工集团公司第702研究所研究员、中国工程院院士徐芑南（袁越 摄）
1990年发生了一件大事，中国大洋矿产资源研究开发协会（以下简称“大洋协会”）经国务院批准在北京成立，标志着中国正式进入了海底矿产资源的勘探和开发领域。1991年，大洋协会依据《联合国海洋法公约》被核准为深海采矿先驱投资者，获得了15万平方公里太平洋矿区的专属勘探权和优先开采权，而那个矿区属于多金属结核矿，位于5000多米深的海底。光有需求的牵引还不够，还要有技术的推动。当时中国只有缆控的无人潜水器（Remote Operated Vehicle，以下简称ROV），即用一根电缆拖着一台潜水器进入水下进行探测。因为要同时负责供电和信号传输，所以这根电缆必须做得非常结实，就像一根又粗又长的辫子拖在水里，阻力太大了，因此这种ROV更适合在小范围内使用。对于那个15万平方公里的矿区来说，这个办法效率太低，能耗也太大，根本行不通。于是，徐芑南院士领导的702所团队和封锡盛院士领导的中科院沈阳自动化研究所团队与俄罗斯合作，研制成功了两台6000米级的无缆水下机器人（Autonomous Underwater Vehicle，以下简称AUV），分别命名为CR-01和CR-02。顾名思义，这两台AUV依靠自带的电池供电，下水后能够按照预先设定的路线自主进行水下探测，工作效率大大提高。2016年12月28日 ， 母船水面支持系统吊起 “蛟龙号”。当日，“蛟龙号”载人潜水器在国家深海基地管理中心码头进行演练。（新华社供图）
“布放到水里后，这两台AUV会自动下潜到距离海底5～10米的地方，然后通过自带的声呐扫描海底地形，并用自带的照相机对海床进行拍照，所有数据都存储在自带的硬盘里，完成任务后由母船进行回收。”徐院士对我说，“如果使用过程中出现故障，它会抛掉压载自动浮出水面，所以我们在海试时最担心的不是它浮不上来，而是它老浮上来。”在这两台AUV被制造出来之前，海底调查采样的工具极其简陋，自返式无缆抓斗是海底多金属结核采样的主要装备。“这种抓斗不具备定点采样功能，扔到哪里算哪里，抓到啥就是啥，我经常开玩笑说这叫‘打到哪里指到哪里’。”徐院士回忆说。曾经连续6年担任“蛟龙号”海试总指挥的大洋协会办公室主任刘峰告诉我，当年使用的这种抓斗布放回收一次至少需要6个小时，单次采样的面积约为0.25平方米，这0.25平方米内的多金属结核量，就成了计算海底矿物丰度的依据。当年他们就是用这个笨办法调查了200万平方公里的太平洋矿区，对多金属结核的矿区资源进行了初步评价，从而获得了15万平方公里矿区的勘探权。按照国际海底管理局（International Seabed Authority，以下简称“海管局”）的规定，接下来大洋协会需要对分配给中国的这15万平方公里的矿区进行更加细致的勘探，仅凭自返式无缆抓斗或者AUV显然是不够的，想办法让科学家到海底实地勘察便成为一项紧迫的需求。大洋协会办公室主任 刘峰 （袁越 摄）2001年底，各路专家齐聚北京，开会讨论是否应该立即上马载人潜水器，以及如何制定潜水器的性能规格。会上大家争议不断，支持者认为我们通过研发6000米级AUV，已经有了足够多的技术积累，再加上当时的国际环境也比较好，是时候发展自己的载人潜水器了。反对者则认为载人潜水器能做的事情无人潜水器同样也能做，但后者的成本和风险都要小得多，肯定是未来的发展方向，所以我们不值得冒这个险，应该把主要精力放在研发更先进的无人潜水器上。最终还是前国家科委主任宋健院士当场拍板，决定研发载人潜水器，而且把目标定为7000米。
对于7000米这个目标，当时也是有很大争议的。“蛟龙号”第一副总设计师崔维成告诉我，当年国际上最深的作业型载人潜水器是日本的“深海6500”，下潜深度6500米，“蛟龙号”定7000米是为了超过日本，把作业型载人深潜的世界纪录再往前推一步。对于此前基础几乎为零的中国设计团队来说，其难度可想而知。但是，曾经担任过“奋斗者号”总建造师的702所高级工程师刘帅则认为当时中国的技术能力还处在几百米这个等级，无论是6500米还是7000米，对于中国设计团队来说难度是差不多的，没有本质区别。刘峰主任则认为中国人有必要在别人的肩膀上再往前走一步，为人类探索深海的远大目标作出中国的贡献。就这样，科技部于2002年将“7000米载人潜水器”这个项目（当时还没有“蛟龙”这个名字）正式列入“国家高技术研究发展计划”（863计划）。大洋协会作为“蛟龙号”的业主，负责统筹整个项目。702所作为研发主体，负责“蛟龙号”的整体设计和总装。而1996年做完AUV之后便已退休的徐芑南院士又被请了回来，担任了“蛟龙号”的总设计师。他和当时的702所所长崔维成一起，组成了一个包括16名本科生在内的“蛟龙号”研发团队，向7000米这个目标发起了冲击。
2021年6月初的某一天，我来到了位于无锡郊区的702所。这里背靠龙王山，地质状况稳定，翻过山就是太湖，水源充足，是个研究船舶的好地方。走进大门，首先映入眼帘的就是3个完全按照原样复制的载人潜水器模型，所有细节都做得十分逼真。这3台潜水器都是702所做出来的，基本结构十分相似，但在一些重要的细节上差别明显。其中7000米级的“蛟龙号”自重22吨，体形居中，船身是白色的，只有顶部被漆成红色，船头有个很突出的“帽檐”，船体的横截面近乎圆形；4500米级的“深海勇士号”体形最小，自重只有20吨，主体同样是红顶白身，船身横截面近似方形，船头扁平，“帽檐”被去掉了；1.1万米级的“奋斗者号”体形最大，自重达到了36吨，主体被漆成绿色，再加上橙顶和白边，曾经被人调侃是印度国旗色。“奋斗者号”是目前全世界性能最优良的载人潜水器之一，体形比另外两台潜水器大了一圈，横截面是纺锤形的，“帽檐”比“蛟龙号”的更大更圆。
"深海勇士号”载人潜水器（上）“奋斗者号”载人潜水器（下）（采访对象供图）
按照事先的安排，我首先采访了702所研究员胡震，他从“蛟龙号”开始便亲身参与了中国载人潜水器的研发工作，对整个过程十分了解。“当年我们只做过600米级的救援潜艇，对深海载人潜水器了解得非常少。”后来担任了“深海勇士号”总设计师的胡震对我说，“我们知道国际上已经开发出了6000米级的载人潜水器，但我们只能从公开资料上找到一些图片和新闻报道，涉及到技术细节的专业文献是查不到的。”胡震告诉我，当“蛟龙号”立项的消息公布后，俄罗斯科学院下属的施尔邵夫研究院立刻通过中国驻俄罗斯大使馆发来信息，希望和中方合作，由他们全权负责帮助中国造一个载人潜水器。但是中方不希望由俄罗斯大包大揽，而是希望自己来造，走“自主设计集成创新”的道路。双方没有谈拢，关系搞僵了，他们原本答应拿来供我们参考的设计图纸也不让我们看了。“后来我们听说浙大的陈鹰教授曾经坐过一次‘阿尔文号’，于是整个团队跑到杭州去找他了解情况。他突然见到这么多人来找他，吓了一大跳。”胡震回忆说，“可惜陈鹰教授是做机械液压装置的，对载人潜水器这块不太熟，只能跟我们描述个大概。后来我们得知另一位浙大教授杨灿军也要去坐‘阿尔文号’，便立刻过去找他，向他提了很多问题。可惜后来杨教授虽然登上了‘阿尔文号’的母船，但因为意外受伤没有下潜。不过他仍然带回来很多照片，回国后跟我们团队交流了整整两天，大家终于对载人深潜这件事有了更深刻的了解。”
与此同时，“蛟龙号”团队还和俄罗斯的克雷洛夫中央研究院取得联系，在他们的帮助下去俄罗斯亲眼看到了“领事馆号”和“俄罗斯号”这两台6000米级载人潜水器的球舱。当时这两台军用潜水器还没有完全造好，但钛合金载人球舱这个最关键的部件已经完成了。在这些背景知识的基础上，“蛟龙号”研发团队制造了一批模型，做出了整体设计方案，列出了一份详细的设备清单。但当时国内尚不具备独立制造其中一部分关键设备的能力，只能先去国外采购。好在大洋协会因为参与海管局的工作，与西方国家合作很多，建立了良好的采购渠道。“蛟龙号”所使用的浮力材料、推进器、高压海水泵、机械手、液压系统、水下定位系统、观察窗、照明设备和摄影摄像装置等都是进口的。
其中比较关键的一套组件就是由美国负责制造、英国负责切削加工和粘接的浮力材料。由于美方高性能产品合格率低、造价偏高等原因，这批浮力材料在交货时其性能下降了一个档次，从DS-32降到了DS-35，也就是说其密度从0.52克/毫升增加到了0.57克/毫升。大家千万别小看这点差别，这就意味着同等体积的浮力材料所能提供的浮力发生了变化，设计时必须重新进行计算。河南中原特钢装备制造有限公司管模公司的一名员工在某深海潜水器产品中检查修磨。（视觉中国供图）
当然了，“蛟龙号”最关键的结构件无疑是载人球舱。由于中国与俄罗斯有着长期良好的合作关系，载人球舱委托给俄罗斯的波罗的海造船厂。这家老牌造船厂曾经做过6000米级的钛合金载人球壳，在这方面有些经验。当时中国不但没有能力加工如此厚度的钛合金板材，更关键的焊接技术也达不到要求。事实上，俄罗斯人也没有能力将钛合金板材直接做成两个半球，只能先把板材加工成西瓜瓣形状，然后用手工焊接的方式将14个西瓜瓣焊成一个圆球。作为载人球舱的设计者，702所全程参与了载人球舱的制造和焊接过程，并对产品进行了检查和验收。最终制成的载人球舱在海水中的重量几乎为零，但如果加上3个人以及一些设备的话，就需要添加浮力材料来平衡。因为载人球舱正好位于船头下方，这就是为什么“蛟龙号”的前头有个“帽檐”的原因。除此之外，“蛟龙号”的控制系统交给了沈阳自动化研究所，他们在研制CR-01和CR-02的过程中积累了丰富的经验，把握很大。声学通信系统则交给了中科院声学所，他们在这方面的技术积累非常深厚，研制成功的这套设备不但可以传输声音，还能进行简单的数据传输，这就使得“蛟龙号”能够和母船通过类似手机短信的方式进行联络。2020年3月10日上午，中科院“探索一号”船搭载“深海勇士号”载人潜水器，在海南三亚崖州湾科技城南山港码头启航。（视觉中国供图）
值得一提的是，“蛟龙号”没有用当时最先进的锂电池，而是采用了价格昂贵但能做到全部国产化的银锌电池，直到“深海勇士号”和“奋斗者号”才用上了国产锂电池，使用成本终于降了下来。
拿到这批进口材料后，科技部立刻安排相应的部门将其国产化，并在这一过程中提高了部分组件的性能。比如“蛟龙号”的推进器是从美国买的，噪声很大，严重影响了水声通信的质量。于是中方对这一产品进行了优化，最终生产出来的推进器的噪声比美国的少20分贝。中方这么做除了担心将来被卡脖子之外，还有个很现实的考虑，那就是后期海试需要准备很多备件，完全依赖进口的话成本太高了。据徐芑南院士透露，2012年“蛟龙号”交付时，由中方生产的推进器备件就已经做出来了，大大节约了使用成本。本文节选自《深海诱惑》封面故事中的《蛟龙勇士的奋斗史》一文。如今”深海勇士“号和”奋斗者“号这两台载人潜水器都已交付给2011年成立的中国科学院深海科学与工程研究所。
关于这两台潜水器的研发过程，请购买本期《三联生活周刊》了解更多信息。
（本文源自三联数字刊2021年34期《深海诱惑》）数字刊相关阅读：
本文为原创内容，版权归「三联生活周刊」所有。欢迎文末分享、点赞、在看三连！转载请联系后台。