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对话崔维成:挑战11000米海底深渊的科学狂人
(2015-11-25)  编辑发布:中国船舶在线  
崔维成.png

崔维成,上海海洋大学深渊科学技术研究中心主任,上海交通大学第一批"长江学者奖励计划"特聘教授。我国载人潜水器"蛟龙号"海试现场副总指挥,三位试航员之一。目前主要负责研制11000米全海深载人潜水器和深渊科学技术流动实验室。现任国际杂志《Ocean Engineering》副主编,国际水下技术会议(UT)常委,四本国际杂志编委;《中国造船》常务副主编和《船舶力学》副主任委员。



载人深潜的历史


《赛先生》:历史上有几个人到达过海底10000米呢?

崔维成:3个人。1960年,美国海军中尉唐·沃尔什和瑞士的研制潜水器的发明家的儿子雅克·皮卡德(驾驶员)下潜到马里亚纳海沟,但什么也没拍到和看到。潜水器近似于一个钢球,一个很大的汽油包被当做浮力材料。笨重的潜水器下潜到海底万米级深度时,汽油包发生了爆炸,在舱外激起了烟雾,身在其中的人好像进入了牛奶杯,什么也看不见。他们在海底待了20分钟,情况没有好转。如果他们再不上去,他们将无法在天黑之前浮上海面。万般无奈之下,他们只能抛载上来。第三人就是著名电影导演詹姆斯·卡梅隆。2012年3月26日,他驾驶单人潜水器下到了10898米的马里亚纳海沟海底,但也由于潜水器出现多项故障,无法在海底航行,没有拍到有用的资料。因此,这两次下潜均不是很圆满。

《赛先生》:他们有没有重新尝试呢?

崔维成:在1960年的挑战时,载人舱曾出现了一个严重故障。经过了简单抢修后,整个团队希望继续下潜。可是在载人器下水之前,总指挥接到了传真––取消此次下潜。总指挥觉得已经准备得差不多,毅然决然地将传真装进了自己的口袋,下达下潜命令。直到深潜器下水后,他才回复传真,表示在潜水器下水后他才看到传真内容。这个"不服从"的秘密直到在纪念人类深潜50周年时才被当年的总指挥揭晓。可想而知,在那样的情形下,下潜了一次之后,自然不可能有机会再下潜一次。另一个秘密是,在下潜到6000多米时,载人舱外面发生了爆炸,两位舱内人员并没有放弃,表示至少他们的舱还是正常的。就这样,他们下到了万米级海底。

在2012年的挑战下潜中,也有类似的情况,卡梅隆的潜水器在10898米的海底出现多项故障,如要修复下潜,需要花费很长时间和很多经费。而卡梅隆的主要目的是创造吉尼斯纪录,既然目的已经达到,他就把潜水器送给了伍兹霍尔海洋研究所,表示不再下潜了。

任何伟大的科学成就,都是知识加上勇气的结果。和他们相比,我们现在面临的风险小很多。


载人深潜的技术细节


《赛先生》:载人深潜器是以怎样的姿势下潜的呢?如何才能提高载人深潜器的下潜速度呢?

崔维成:如果平着下潜,舱内工作人员最舒服,但下潜速度慢。蛟龙号当时是平着上下的。卡梅隆当年则选择了90度上下,速度快,但坐在舱里的人比较难受。我们的彩虹鱼载人深潜器的设计是按照45度下行上行的方式来进行的。要提高载人深潜器的下潜速度,加配重是一种方法。更重要的是,要从外型上做文章,让它瘦下来,轻下来。

《赛先生》:"蛟龙"号一次能带多少人下潜?如果"蛟龙"号可以下潜到万米级,需要多长时间呢?

崔维成:蛟龙号一次能带3个人下潜。未来,彩虹号也是载3个人。蛟龙号下潜到10000米,需要5个多小时;上来再花5个小时。那总共在舱里待10个小时这样就没有时间进行海底作业了。所以在目前的彩虹鱼载人深潜项目中,我们计划提高速度1倍多,下去花2个多小时,上来花2个多小时,还可以作业约6个小时,这样更加"划算"。

《赛先生》:载人下潜的最大风险是什么?

崔维成:我认为载人深潜器是载人运载器中最安全的一种,并没有像大家所想象的那么危险。载人舱的安全性是可以在实验室中就证明的。只要潜水器能抛掉一些重物浮上来就可以确保安全。而浮上来的手段很多,浮不上来的概率小于10-12。这是非常安全的标准,比在路况复杂的马路上开车要安全得多。

《赛先生》:海底的大气压很高,深潜器耐压是个大问题吧?

崔维成:目前也不是大问题。例如,在海底7000米时,约700个大气压;海底10000米时,约1000个大气压。如果让蛟龙号下潜到海底10000米,耐压也不是问题,设备也不会损坏。最大的问题是下得去,还得上得来。要上得来,重点是扔掉配重,减轻载人器的重量。

《赛先生》:那是不是让深潜器尽可能地轻呀?

崔维成:举例说明,下去时多带了1公斤的东西,就需要多增加2、3公斤的浮力材料来平衡这1公斤的重量,于是潜水器就会重3、4公斤。所以我们坚持,对于载人舱和其它设备,尽可能优化设计,减轻重量。深潜器对于减重的追求与航天器相似。


关于彩虹鱼


《赛先生》:在"蛟龙"号成功完成7000米级深海挑战后,身为第一副总设计师的您又选择了转变。您选择离开702所,在上海海洋大学从零开始建立深渊科学技术研究中心,计划带领团队直接研制万米级海洋着陆器、无人潜水器和载人潜水器,再搭配一条数千吨级的科学考察船,用于填补我国尚属空白的深渊生态学、深渊生物学和深渊地质学的研究。如果说,前几次过渡是外因,这次则主要是内因促成的。您身边的人如何看待您的这个选择?是什么促使你做了这样的选择?

崔维成:"蛟龙"号成功深潜至7062米,意味着我国具备了在全球99.8%的海洋深处开展科研、资源勘探的能力,为什么还要在乎那0.2%呢?如果要利用海里的资源,必须先知道以何种方式开采才不会对海洋生态造成破坏。而要做到这一点,必须要认识完整的海洋,必须先抵达最深处。我们要合理利用海洋资源,不能成为破坏海洋生态环境的罪人。

未来702所的主要任务是开展4500米深潜器的国产化研发和制造。在702所的这个任务与探索海底最深处的梦想之间,我知道我的离开对前者影响不大,而后者需要我,因此,我选择了后者。

《赛先生》:"蛟龙"号项目的顺利实施,对于您开展彩虹号项目有什么启示呢?

崔维成:"蛟龙"号的经历给予了我宝贵的经验,同时给予了两点很重要的启示,技术问题不难,人才也不是障碍。只要我能让一个团队"专心致志、齐心协力"地从事科技攻关,则攀登科技顶峰的速度还可以加快。为了进一步验证我的看法,我依托上海海洋大学领导的支持,成立了深渊科学技术研究中心,以研制深远科学技术流动实验室为抓手,全力发展前沿深海科学和技术,希望通过10年左右的努力,使深远科学技术成为一个国际知名的研究设计机构。


 

图1:"彩虹鱼"号1.1万米载人深潜器模型

我们循序渐进地开展技术的开发和研究。并不是一步做到万米级载人深潜器,而是先制造出万米级着陆器、万米级复合型无人潜水器,然后才是万米级载人深潜器––彩虹鱼。每到一个新海区,无人潜水器先去探路,确定研究海域,并掌握该处海洋环境的基本参数,是载人潜水器海试时的"守护天使"。接着,布放三个带诱饵的着陆器,拍摄和抓捕鱼类和浮游生物以及进行沉积物取样。最后才是"彩虹鱼"号载人潜水器去深海作业。潜水设备的循序渐进,海试任务面临的海洋深度也在渐进,保证了项目海试人员的安全以及项目的顺利有序实施。

我们一定要有自己的科考母船,除了为载人深潜任务服务之外,它能提供多学科、多功能、多技术手段,满足深远海调查和水下工程作业。

《赛先生》:流动实验室建设好之后,谁来使用呢?你们团队有没有和国内外深海学家、生物学家等联系,让他们来借此开展进一步的深海研究呢?

崔维成:我们不是搭建好技术后就结束了。我们中心也会有自己的深渊科学家团队,目前我们已经邀请到国际上著名的深渊科学家加入到我们中心,而且还在进一步地搭建我们的梯形团队。我希望我们中心是国际上优秀的深渊科研中心。

有一个好的深渊探索设备,还需要有一个优秀的科学家队伍,才能发挥出设备的魅力,才能真正推动深渊科学领域的发展。

《赛先生》:如果对科考母船有这么高的要求,会大大增加项目支出吗?

崔维成:从长远角度,恰恰相反。其实,载人深潜项目预算中的大块头是母船所赐,母船在海洋航行时需要人员支持,使用大量的燃油,耗费较大。而母船又是载人深潜项目中必不可少的支持之一,没有它,深潜器如何来到深潜海域。

如果这艘船仅供载人深潜项目使用,那么母船的使用率低,耗费更大。如果这艘船能提供多学科、多功能、多技术手段,那么就可以为母船配上很多无人作业,白天晚上都有任务在执行,母船的利用率大大增加,所需要的预算就可以被其它项目共同分担,从而深潜器的一次载人深潜作业所需的预算就会少很多。

《赛先生》:在万米深海探索项目正式立项前,没有政府基金的支持,您想到了募集民间资本。您觉得这种"科学家+企业家"的前沿科技创新模式有望今后成为一种趋势吗?

崔维成:一定程度上受到了卡梅隆的启发。为我们团队募集资金,保证我的研制团队的其他成员专心致志地开展研究是我的主要职责,在过去的两年多,我的主要时间是花在解决资金上。如果我们的实践成功了,可能会给中国的科研人员带来一个新的思路。

《赛先生》:能与大家分享下你们项目的最新进展吗?

崔维成:2015年10月,全海深无人潜水器和着陆器的4000米海试顺利进行;预计2016年6月,4800吨级"张謇"号科考母船下水,7月进行海上丝绸之路首航测试;2016年8月到9月,全海深无人潜水器和着陆器11000米马里亚纳海沟测试;2017年,从南极至北极的"极地深渊科考探索之旅";2018年10月,全海深载人潜水器的8000米海试;2019年5月,全海深载人潜水器冲击11000米马里亚纳海沟的极限挑战。




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来源:赛先生
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