深淵秘境

演講者:崔維成

      大家好!我是崔維成,來自上海海洋大學。一些媒體記者在采訪我的時候,經常喜歡問的一個問題就是,7000米的海底到底是什么樣子?我告訴他們,盡管我到過一次7000米的馬里亞納海溝底部,并在那里航行了大概一公里左右的距離,但我還沒有資格回答這個問題。因為就是我走過的這一公里的距離,從一頭到另一頭的變化還是非常大的。大家知道,地球表面的71%被海洋覆蓋,科學家把海平面6500米以下的海溝稱為深淵區,但深淵區對于我們人類來說還是非常陌生的,因此,我們暫且叫它深淵秘境吧,去探索深淵秘境是我的夢想,也是我的使命。事實上,有這樣夢想的人在海洋界還有很多。美國著名海洋科學家,有“深海女王”之稱的Sylvia Earle博士早在上世紀九十年代就寫文章和出版專著,講述人類探索深淵秘境的重要性和意義,并不斷地尋找經費,由她創辦的公司來研制全海深載人潛水器,但迄今為止,還沒有完全解決經費問題。1960年下到馬里亞納海溝的美國深潛英雄Don Walsh作為卡梅隆挑戰深淵極限項目的顧問,很希望卡梅隆上來后再讓他駕駛潛水器下去一次,但遺憾的是,這臺潛水器如想再下去需要花巨額經費修復故障,所以,也沒能讓他如愿。

圖1:“深海女王”Sylvia Earle博士

     中國人常說“天、地、人”,我想這句話涵蓋了人類探索的所有內容。“天”就是宇宙太空,近半個世紀以來,人類對于太空的探索從未停止過,成就有目共睹,前面兩位專家已經給大家展示了太空領域的奇妙世界。但說到用“天、地、人”這個模型來描述宇宙世界時,我順便多說一句,我們要想成就一件大事,必需要把握好“天時、地利、人和”三個要素,而如何才能把握好這三個要素,我通過對東西方哲學的學習和思考以及“蛟龍”號項目的管理實踐,也在這一方面有些體會,迫切需要一個舞臺來測試一下,這就是我要去探索深淵秘境的最根本動力。

     “地”就是指我們所居住的地球,但與目前人類對太空的認知相比,我們對自己居住的地球家園卻遠遠沒有我們想象中的那么了解。

      71%=5%+95%?大家看到這道公式,第一反應就是我算錯了,其實我想用它來講述這樣的道理。

      跟平常人眼中的藍色星球相比,在我們海洋科技工作者的眼里,地球是長成這樣的,這是另一個版本的世界地圖。如果你能傾倒出海洋里的所有海水,地球看起來就是這個樣子。沒有水的海洋溝壑縱橫,由一座座海底山脈和一條條深淵帶組成??贍芩黨隼春芏噯嘶岣械講鏌?,人類到目前為止僅僅了解了5%的海洋,還有95%的海洋對于我們來說幾乎是盲區,而在對海洋的所有認知中,對于6500米以下深淵帶的了解就更少,深淵帶的面積加起來也要接近澳洲陸地的面積。目前人類所知的海洋最深處位于馬里亞納海溝,那里被稱作挑戰者深淵,已探知深度為11035米。如果把整個珠穆朗瑪峰放進去,還需要在上面修建7座埃菲爾鐵塔,才能剛剛露出水面。

圖2:平常人眼中的世界地圖

圖3:海洋科技工作者使用的世界地圖

      但實際上,早在阿波羅登月計劃開始實施之前,人類就有了第一次探底深淵的經歷。1960年瑞士探險家Jacques Piccard以及美國海軍中尉Don Walsh駕駛深海潛水器“底里雅斯特”號實現了第一次的深淵探底;但隨后的幾十年,各國政府都把資助的重點移向太空,海洋領域要獲得重大資助十分困難。一直到2012年美國好萊塢著名導演James Cameron又獨自駕駛單人潛水器“深海挑戰者”號實現了人類第二次探底馬里亞納海溝。這兩次探底均未實現潛水器海底作業的計劃,在海底停留的時間都不長,Jacques Piccard和DonWalsh只在海底停留了約20分鐘,他們上來說在10000米的海底看到了一條“扁平的魚”,但沒有錄像支撐,至今還不被海洋科學家所接受。而Cameron的第二次探底也只有3個小時左右,12個推力器中的11個被壓壞了,只能在原地打轉。想抓把泥土上來,剛一動作,機械手的液壓系統又壞了,因此,這一次也沒有拍到有科學研究價值的東西。

4:1960Jacques PiccardDon Walsh第一次的深淵探底

5:2012James Cameron獨自駕駛單人潛水器實現人類第二次深淵探底

    那他們這兩次探底跟我今天正在做的彩虹魚項目又有什么關系呢?當今中國的深??萍嫉降追⒄溝攪四囊徊??這想必也是在坐各位所感興趣的問題。

      2012年6月,“蛟龍”號在馬里亞納海溝試驗海區創造了下潛7062米的中國載人深潛紀錄,同時也創造了世界同類作業型載人潛水器的最大下潛深度紀錄。與之前提到的兩次Don Walsh和Cameron的探險計劃不同,“蛟龍”號是中國自主研制成功的具備深海作業功能的載人潛水器,這意味著我國也已經躋身于國際深海載人技術發達國家的俱樂部。但我們必須清醒地意識到,我們與最發達國家相比還有差距。“蛟龍”號立項時就是瞄準了拿世界第一去的,當時美國、法國、俄羅斯都有6000米的載人潛水器,日本有一臺6500米的載人潛水器,所以,我們把“蛟龍”號的最大下潛深度定為7000米。但當我們下到7000米的時候,卡梅隆的“深海挑戰者”號又下到了11000米。盡管他的潛水器與我們的性質不同,但我們的這個世界第一還是要加一些限制條件的。

圖6:2012年“蛟龍”號在馬里亞納海溝試驗海區7000米海試場景

      我很幸運從一開始便參與了“蛟龍”號項目的研制工作,并且擔任總體與集成項目的負責人。我也有幸成為我國八個“蛟龍”號潛水器海試時的試航員之一,自己也下到了7000米的海底。大家剛才看到的是當時海底7000米作業時的場景。但我同時也是一名科技工作者,在科技界,只有第一,沒有第二。當我有了一個新的想法時,我全力以赴去沖刺,不一定能拿到第一,但如果我還被其它因素制約,我就肯定拿不到第一,這時我還去做就是浪費我的科研生命。在“蛟龍”即將成功之時,我就遭遇到這樣的局面。根據我的分析,如果我們在“蛟龍”號成功后,馬上在卡梅隆單人探險型載人潛水器的基礎上,研制出人類第一臺11000米的作業型載人潛水器,有可能拿到一個世界第一,同時又可以幫助中國的海洋科學家到達世界上最深的海域,讓他們去探索深淵秘境和未知的深海世界。但我知道,依靠我過去擁有的平臺,這個計劃很難實現。

      為了彌補這個缺陷,我依托上海海洋大學領導的大力支持,2013年4月我在國內高校中成立了首個深淵科學技術研究中心,目標就是組建一批專門對深淵海溝有研究興趣的科學家聚在一起,集中精力發展深淵科學和技術。我希望改變這樣一種局面,過去我國的海洋科學家,總是只能利用別國的先進調查平臺,比如搭乘美國的載人潛水器“阿爾文”號,下去取一點樣本來分析,或者是利用別人文章中公布出來的調查結果做一個二次分析。在過去的三十多年里,我國的經濟實力得到了快速發展,我們已經成長為世界第二大經濟體,那我們也可以出錢,造一點先進的平臺給外國的科學家一起來用。這樣,才與我們國家的經濟地位相稱。因此,我們這一次與只研制一臺蛟龍號載人潛水器不同,我們現在要研制的就是這樣一套被稱為深淵科學技術流動實驗室的系統,它由三個著陸器,一臺萬米級復合型無人深潛器,一臺萬米級的載人深潛器,以及一條4800噸級的科考母船組合而成。這樣配置非常理想,可以降低載人潛水器研制和海試時的風險。大家知道,從技術上來說,無人深潛器+載人艙就近似等于載人深潛器,而且無人深潛器還可以作為載人深潛器海試時保駕護航的工具。從今后使用的經濟性來說,可以讓母船白天晚上都可以排班。另外,從潛水器功能發揮角度來說,也能各展所長。無人深潛器可以做大面積搜索,載人深潛器做精細取樣作業,如果需要在海底作長時間工作,則可以用著陸器,如此多的設備要充分發揮使用效能,就需要一條專用母船。憑借著這套裝備,科學家就可以下潛到世界上所有的深淵秘境,進行科學考察作業活動。下面請大家看一段深淵科學技術流動實驗室工作原理的小視頻。

圖7:深淵科學技術流動實驗室示意圖

      這樣配置當然很理想,但需要很多錢。依據我過去的工作經驗,如果全部向政府的有關部門申請,可能需要很長的時間,而且前后之間的進度可能還不一致。為了加快整個流動實驗室建設的步伐,我們就采用了一種稱為“國家支持+民間投入”、“產學研”結合的方法。由國家支持著陸器和無人深潛器的研制,母船和載人深潛器我找民間資金去想辦法,來尋求他們的支持,然后用一種市場經濟的方式來進行運作。在流動實驗室的所有裝備中,載人深潛器是技術上最具挑戰性的,需要攻克技術上的重重難關,它要帶著人下潛到深淵極限,11000米的海底。

      現在展示在大家面前的這張圖,就是挑戰者深淵所在的馬里亞納海溝的剖面圖,在海里,深度每增加10米,壓力就會增加一個大氣壓。當下潛到6500米來到深淵水層帶時,你能體驗到北京地鐵最高峰時段擁擠狀態下10萬倍的壓力;如果想要體驗海下11000米的壓力,那么你可以想象用一個腳趾頭頂起3部SUV汽車。

8:海洋剖面圖

      對于如何解決載人深潛器研制過程中的技術問題,我們有兩種思路。一種是完全依靠國家的科研力量?;?ldquo;蛟龍”號項目培養的成果,我們國家已經具備了獨立攻關11000米載人深潛器的能力。但這樣做的一個后果可能是,時間需要的長一點,有可能失去這個世界第一。另外,研制出的深潛器可能并沒有達到技術上的最先進。就我個人的看法,全海深載人深潛器沒有批量的市場,在全世界可能有1-2臺就夠了。因此,我們應該集成人類已經掌握的最先進的技術,共同以最快的速度搞出一個最先進的載人深潛器,然后給全世界的深淵科學家共同使用。因此,我就提出了“全球資源科創中國”的理念,我們邀請所有愿意一起攻關的科學家或國外企業一同參加。在載人深潛器研制過程中,技術上最具挑戰的單件設備就是載人艙。我們聯合了俄羅斯和芬蘭的科學家與我們一起開展全海深載人艙的研制工作。為了讓潛航員在載人艙里工作生活得更舒適,我們對載人艙內部布置及人員出入艙口、觀察窗和穿艙盤的局部結構進行了大量的優化設計。未來我們需要在“蛟龍”號的基礎上進一步突破3人作業型全深海載人深潛器的總體集成、總裝制造和調試技術。突破微細光纖大深度應用技術,實現深潛器水面水下的實時多點控制。深潛器海底現場作業狀態與母船、岸基實時共享。

      在上海地方政府和上海海洋大學的大力支持下,在社會各界一些有識之士的幫助下,經過我們彩虹魚挑戰深淵極限團隊的拼搏努力,技術上的難關正在一個一個被攻克,制定的目標和計劃正在一步一步的變成現實。今年12月,我們的3臺著陸器和1臺無人深潛器就將去馬里亞納海溝開展海試。如果試驗成功,我們的深淵科學流動實驗室第I期就可以投入科考服務。我們隨后的目標就是在2020年沖擊11000米的馬里亞納海溝,實現人類歷史上第三次載人探底,這將是中國人首次實現載人探底深淵極限!

      三年之前當我們提出“彩虹魚挑戰深淵極限”計劃時沒有人肯相信,我與我的合作伙伴一個被稱為“瘋子”,一個被稱為“騙子”。但在社會各界有識之士的幫助下,今天已經在一步一步變為現實。通過這個實踐,讓我再一次體驗到了“專心致志、齊心協力”的偉大力量,體會到了不同人群合作所帶來的巨大力量。我與我的師弟吳辛博士,我們兩個人從英國讀完博士后,走上兩條完全不同的人生道路,他在國際大公司工作,我一直在國內的高?;蜓芯克隹蒲?。現在我們倆人聯手,就可以去推動一個原本需要國家大量投入的科研項目。借此機會,我還想對于有創新夢想的年輕人多說幾句。當你準備做一個創新的事情時,社會上必然會有一些空閑的人士會作一些議論,這些你是不用理會的。你的真正困難來自于家人的反對,因為創新就要冒更大的風險,而這些風險需要家人與你一起承擔。如何做好家人的工作,讓他們理解并支持你,才是你的工作重點。我相信通過我們彩虹魚挑戰深淵極限項目所探索的經驗,對很多追夢者可能也有一些參考的價值,對中國夢的實現可能也有一定的啟示意義。

      2015年10月,我們已經在南海完成了首臺無人深潛器和著陸器的4000米級海試,最大下潛深度為4328米,這些圖片就是當時在海下4000米拍攝到的深海生物。

圖9:2015年10月無人深潛器和著陸器4000米級海試拍攝的深海生物

      就在三個月前,萬米級載人深潛器的專用科考母船——“張謇”號科考船完成建造并進行了她的處女航,奔赴“海上絲綢之路”南線,前往南太平洋島國巴布亞新幾內亞及其附近海域進行科學作業。

10:2016年7-9月,“張謇”號科考船赴南太平洋巴布亞新幾內亞首航之旅

      海上的工作是很艱辛的,但也是樂趣無窮的,有時候能真正感覺到身心融入大海之中,似乎生命也是海洋的一部分。海面有時平靜的像一面鏡子,能從海里看到科考船的倒影,很美!

      科學技術的發展依賴于許多不畏艱險、不斷探索的人,科學成就的取得就是知識+勇氣的結晶。我們在前輩科學家精神的鼓舞下,將不斷地開辟深海疆域,使人類能夠更好地了解未知的深海世界,希望通過我們的努力能夠給后人合理利用和?;ど詈W試戳糲鹵蟮鬧逗途?。

謝謝大家!