海底地质样本分析报告 -海底地形地貌探测

2022腾讯科学WE大会

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11月6日，腾讯科学WE大会即将迎来十周年。今年大会特邀韦布空间望远镜高级科学家约翰·马瑟、DNA修复之父托马斯·林达尔两位诺奖得主，铸就“国之重器”的4位科学家——“人造太阳”项目负责人、中国工程院院士李建刚，中国工程院院士、航天科技集团五院空间站系统总设计师杨宏，中国天眼（FAST）总工程师姜鹏，“奋斗者号”总设计师叶聪，以及重新定义“从鱼到人”演化史的古生物学家、中国科学院院士朱敏登上舞台，分享在未来能源、空海探索、生命科学等领域的最新发现。

早在8000年前，人类就通过潜水的方式探索海洋世界。直到今天，我们探索海洋的步伐仍未停止。在探索海洋这件事上，我国在国际上处于什么水平？

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对这个问题的解答，我们可用叶聪的一句话来回答：“十年来，中国载人深潜技术取得了非凡成就”，我国深潜事业进入世界前沿。

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2012年，我国“蛟龙”号海试成功下潜至7062米，刷新了世界同类作业型载人潜水器下潜深度纪录。“深海勇士”号、“奋斗者”号也紧随其后，最终于2020年11月，搭载着三名潜航员成功触底马里亚纳海沟。

我国载人深潜事业从无到有，再到世界前沿，这个过程离不开一个人——这就是上文提及的叶聪，他是我国自主研发建造的第一艘万米级全海深载人潜水器——“奋斗者”号的总设计师。

刷新记录：突破海底10000米

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地球的最高点是海拔为8848.86米的珠穆朗玛峰，至今有4000多人登顶。地球的最低点是深约11000米的马里亚纳海沟，它是太平洋海底一个新月形的洼地，这里的水压超过1100个标准大气压，迄今为止仅有近50人造访过，其中超过一半是我国“奋斗者”号的潜航员。

事实上，我们的祖先很早就对海洋的探索感兴趣，如果我们根据深海探索技术的发展，可以划分4个阶段，从最初的容器时代，到后面的机器时代、电气时代，再到现在的深潜时代。

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在这个过程中，不论是技术方面，还是在科学支撑方面，都发生了巨大的变化。到今天，人类已经成功抵达海底最深处，海底的秘密正在逐渐浮出水面。

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1930年，纽约富豪奥蒂斯·巴顿设计了第一个球形深潜器，并成功下潜到了180米；1949年，奥的斯·巴顿打破深潜记录，进入1370米深的海洋；1960年，雅克·皮卡德和唐·沃尔什制作的里雅斯特号深潜器下潜到马里亚纳海沟10916米处，成为第一批探索世界海洋最深处的人。

在国内，我国在20世纪90年代开始逐渐拥有了“潜得再深一点”的动力与科技条件，正因此，“探索者”号实现了从有缆到无缆的飞跃；1997年，“CR-01”号水下深潜机器人带着五星红旗，深潜到了5179米深处，再次突破国内深度记录。紧接着，“蛟龙”号、“深海勇士”号、“奋斗者”号等深海载人潜水器问世，让我国在深海探索上声名远扬。

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2020年11月10号，“奋斗者”号载着我国三位潜航员刘祝、徐云武、田沛霖在马里亚纳海沟成功坐底，深度为10909米，刷新我国载人深潜的新纪录，至此我国具有了进入世界海洋最深处开展科学探索和研究的能力。

“奋斗者”号成功触底，离不开背后的总设计师——叶聪。他是中国船舶科学研究中心副所长，先后担任“蛟龙”号主任设计师和首席潜航员、“深海勇士”号副总设计师和总质量师，“奋斗者”号就是在他的带领下设计完成的。

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马里亚纳海沟位置及深度示意图（图源science.org）

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这些年，叶聪带领团队经过了什么样的“奋斗”，克服了哪些困难，最终打造出令世界瞩目的“奋斗者”号？

跨越重重困难，实现从0到1

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要追寻叶聪等人在打造“奋斗者”号过程中克服的困难，或许还得从最初的“蛟龙”号谈起。在“蛟龙”号之前，我国载人潜水器下潜的深度仅仅只有600米。

“奋斗者”号、“深海勇士”号以及“蛟龙”号的合照（图源CCTV）

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2002年，“蛟龙”号深海载人潜水器被列为我国863计划重大专项。2003年，年仅24岁的叶聪被任命为“蛟龙”号主任设计师，跟随徐芑南院士一起设计“蛟龙”号，负责空间布局和作业流程设计。

24岁，大多数人还在为人生方向感到苦恼的年纪，叶聪就已经明确了自己的使命。在当时，深海探索在国内几乎是一个空白的领域，他们需要做出从0到1的突破。

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深海环境随着水深部分参数变化，从左到右依次是温度、盐度、压力、密度（图源researchgate.net）

然而，叶聪他们面临的技术难题绝不仅仅是从600米到7000米的数字变化，而是潜水器在深海中高压、密封、耐腐蚀等一系列棘手的技术难题。潜水器最重要的设计文件和图纸——每个设计阶段的任务使命分析报告、均衡计算书、深潜操作流程、潜水器总图均出自叶聪之手，这让他成为最熟悉“蛟龙号”的人。

没有图纸可以参考怎么办？从草图到完工图，叶聪修正了至少几百遍，他“不厌其烦地去做一件事”，熟悉每一个部件，操作时间准确到秒。

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不清楚水下环境怎么办？叶聪一次一次驾驶潜水器下水，50米、300米、1000米、3000米、5000米、7000米……“蛟龙号”每一次突破这些深度，都是在叶聪的亲自驾驶下完成的。

凭着一股不服输的劲，叶聪和团队潜心钻研。2012年“蛟龙”号让我国成为世界上第五个掌握大深度载人深潜技术的国家。当年我国第二台深海载人潜水器“深海勇士”号也已开展设计工作，叶聪负责总体设计。2017年，“深海勇士”号顺利完成海试工作并交付验收，实现了核心技术自主化。

在“蛟龙”号和“深海勇士”号的打造过程中，我国的深海载人潜水器的相关技术不断发展进步，比如为了承受海底巨大的压强，“奋斗者”号的外壳采用了轻质高强的纯国产钛合金壳体以及强度极高的固体浮力材料，实现了“又轻又硬”。

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“奋斗者”号（图源ikcest.org）

2020年11月10日8时12分，“奋斗者”号在马里亚纳海沟成功坐底，创造了10909米的中国载人深潜新纪录，成为我国深海探索的高光时刻。一时间，“奋斗者”号成为全球各大媒体追逐的焦点。

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“奋斗者”号在水下运行大约10个小时，不仅配备了机械手，使其能够从海沟中收集生物样本，还具有声纳“眼睛”，使用声波来识别周围的物体。在作业过程中，“奋斗者”号发出了世界上第一个从海沟中捕获的实时视频片段。

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“在‘奋斗者’号自主创新的研发中，我们在水动力设计、耐压结构设计和人机设计等方面，做到了极致设计和极限制造。”叶聪表示。

中科院声学所海洋声学技术实验室杨波表示，“打破任何潜水记录都不是一件容易的事，但这是科学研究和国家海洋强国发展必须做的事情。”

叶聪曾感慨，在自己的职业生涯中经历了多种型号潜水器的研发，实属难得，他很幸运能赶上中国载人深潜最好的时代。

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20年的砥砺探索，最终得到了举世瞩目的成绩。这是叶聪等无数科技工作者不舍昼夜努力的成果，“奋斗者”号的成功也对后续的深海探索有着巨大的意义。

我们为何要探索深海

深海探索背后的重要性不言而喻。

首先，深海对全球气候的调节和探索生物地球化学循环至关重要，通过对深海的了解可以给我们提供对海底滑坡和大地震危害的见解。

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第二，生命起源于海洋，马里亚纳海沟中生活着许多生物，这些生物是我们探索生命起源的重要证据之一。

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第三，对深海的探索还可以帮助我们从海洋最深处收集样本和数据，用于地质、海洋生物等研究，进一步研究人类活动对深海的影响。

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马里亚纳海沟有许多我们未曾听闻的深海鱼，如鮟鱇鱼（angler fish）、深海龙鱼（deep-sea dragonfish）、斧头鱼（hatchet fish）以及堪称“活化石”的褶边鲨鱼（frilled shark）（图源centerforsurfresearch.org）

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因此，发展深海载人潜水器技术十分重要，它可以帮助我们在多个方面探索更多的海洋奥秘，具体来说主要体现在如下几个方面，深海生物及其基因资源的研究与应用、深海和极地、深海矿产资源的勘探开发，以及形成完备的全球海洋大数据体系等方面。

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也正是因为深海探索如此重要，我们探索深海的步伐绝不会止步，正如叶聪此前表示，“未来，我们不仅要去挑战万米海洋最深处，我们还会去挑战各种不同的环境，让这种跟探测有关的技术能够应用到更多的场景里面去。”

“随着载人潜水器的发展，未来可能有更大规模、更长时间的深潜装备让我们更好地探索深海。”叶聪表示，我国自主研制的万米载人潜水器，将搭载着更多的科学家遨游在世界海洋的最深处，实现自己的科学梦想。

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✎ 作者档案

徐诗露｜深究科学撰稿人，电子科学与技术硕士研究生，探索科技的行动者。

叶水送｜科普写作者、深究科技CEO，科学新媒体“赛先生”前主编，从事科学传播8年有余。