潜入深海面临诸多困难
载人深潜首先要面临的是巨大的海水压力。在水中，每下潜10米就会增加约1个大气压，所以即使是专业潜水运动员也只能到达水下三四百米的深度，这几乎是人体所能承受的极限。在水下3700米的地方，每平方米的压力达到3700吨，这好比手指尖大小的面积上（1平方厘米）承受370千克的压力，这可是四五个成年人的体重。所以载人深潜必须要有坚固的耐压结构来进行保护。
“蛟龙号”采用一个内径2.1米的球体来容纳3名工作人员，其中一名潜航员，两名科研人员。它由12块球瓣和2块球形底板的钛合金材料焊接成，钛合金是近50年才发展起来的一种结构金属，密度仅为钢的60％，却可以达到与结构钢相当的强度，耐腐蚀性更是远远超过钢材料。它的加工难度比较大，特别是观察窗和进出舱口还要考虑下潜受压后的变形和协调一致性问题，是结构设计中的一大难点。
“蛟龙号”的结构骨架也是由钛合金焊接而成的，这些金属结构占据了整个潜水器的大部分“体重”，它的密度无疑远大于海水，因此要选择一种合适的浮力材料来平衡整个潜水器的重量。另外，要在海底工作，这种材料还必须耐高压、耐低温，这是摆在技术人员面前的又一个难题。经过试验和考察，科学家们最终选择了一种空心玻璃微珠结构，每个细小微珠的直径只有微米级，可以在巨大的压力下滴水不进。另外，因为它的平均密度只有水的55%，所以可提供相当于自身重量80%的浮力。在需要上浮的时候，抛开压载铁，整个潜水器就可以在浮力作用下上浮。除此之外，设计人员还处处精打细算，为整个“蛟龙号”瘦身：“蛟龙号”只有载人舱和其他的几个独立密封罐是密封结构，其余的蓄电池、仪器设备和各种线缆等都暴露在海水中，这对每个部件的性能都提出了极高的要求，只耐压一项，就要求这些装置都通过7000米水深压力试验，不容许任何差错。
工作人员正在对“蛟龙号”进行保养维护
“蛟龙号”的过人之处
与普通潜艇用压载水舱装置通过注水、排水的方式实现下潜、上浮不同，“蛟龙号”采用了无动力下潜技术。每次下水，潜水器携带4块压载铁，当下潜到工作深度后，抛出2块压载铁，使整个潜水器处于悬停状态。当需要上浮时，再抛出剩下的2块压载铁。大大节约了蓄电池电力，以供生命维持、通讯、推进器及采样实验设备工作。
在大洋底，海水并不是静止的，潜水器要在复杂的地形、海流条件下进行精密的科学考察，只有保持自身稳定，才能给其他设备提供工作的平台。其他国家的潜水器在作业时，都需要找一个固定的支点，而“蛟龙号”具有独一无二的“针对作业目标稳定在水中的悬停定位能力”，这无疑是世界潜水器领域的一大进步。
它的动力定位系统类似于太空飞船上用来控制飞行姿态的一组小型火箭发动机。此外，在“蛟龙号”上也有一组螺旋桨推进器用来稳定和巡航。作为主推进器的是艉部的4个管道桨，呈十字形布置；艏部有一个槽道桨，中部两侧还各有一个可以旋转的管道桨。当潜水器在水中受到环境影响或者要改变姿态时，通过控制系统协调动作，启动相应的推进器。或多个不同方向的推进器联合作用，可以使潜水器保持自身稳定，具备6自由度空间运动能力，自动实现定向、定深和定点悬停、坐底等运动形式。
在漆黑的海底，看不到任何参照物，定位导航是保证安全的首要条件。“蛟龙号”有两种导航方法。正常状态下，依靠装在船上的声纳阵和潜水器上的声信标进行导航：通过计算声信标和船上的声纳阵之间的距离得出相对位置，再叠加支持母船的DGPS信息就可以计算出潜水器的绝对坐标。当第一种失效时，“综合导航系统”则迅速启动，它根据潜水器自身的运动传感器、声纳、陀螺仪和深度传感器等信息，通过时间积分估算出当前相对于入水点的位置。
由于工作需要，“蛟龙号”装有大量的探测设备，其中包括8个水下照明光源，2台摄像机和1台照相机，1台成像声纳和7台避碰声纳，2只多功能机械手等。另外，还可以根据需要安装沉积物取样器、热液保压取样器和岩芯取样器等。为了保证安全，机械手等容易被缠绕的装置都可以进行切割抛载，以便被困的时候快速脱身。
在3000米潜水试验中，“蛟龙号”身体底部的声纳微地形扫描系统获得了0.1米精度、1平方公里的海底微地形地貌图像，还拍摄了大量海底照片，录制海底生物视频，成功抓取了两只活体海参，其中较大的有25厘米长。
机械手正在获取深海生物样品
每次潜海都要准备充分
每次海试前，工作人员都要做大量细致的工作。就设备本身而言，要确保每个部件状态良好。同时还要详细考察试验海域的情况，清除渔网等障碍物。
技术人员要根据海水温度、密度等数据计算需要压载铁的重量；潜水器的下潜速度大概为每分钟40米，而海流的速度也可以达到每分钟几十米，所以通过精确的调查和计算海流情况来确定最佳入水点，可以使得潜水器更快到达预定位置，消除或者减弱洋流的影响，减少水下主动水平移动消耗能源。
“蛟龙号”的蓄电池容量大于110千瓦时，正常状态可以在水中工作12小时（应急状态能达到84小时），可以对海底矿床进行连续拍摄和取样等工作。上浮回收后，还要对获得的数据和样品进一步整理分析，并对潜水器进行维护保养。
到目前为止，“蛟龙号”已经成功下潜30多次，多次穿越3000米的全球海洋平均深度，接下来还将进行5000〜7000米的试验，作为目前世界上设计下潜深度最大的深海载人潜水器，我们相信它在海底的探索工作会为人类的未来开拓更多的可能。
请 登录 发表评论
赞(0)
