第1章 科学(1)

深海探测那些事

文/赵洋

最具深度的导演

2014年5月，美国伍兹霍尔海洋研究所一台远程控制的深海潜水机器人“涅柔斯”在新西兰附近海域下潜作业时因压力过大而爆裂。当时，“涅柔斯”正在执行对世界第五深海沟——克马德克海沟的探索任务。对此，著名电影导演詹姆斯·卡梅隆感慨道：“我感觉失去了一个朋友，‘涅柔斯’是一部奇异的、具有突破意义的机器人。它是世界上唯一一台能够到达极深海沟的现役交通工具。”卡梅隆的另一个头衔是深海探险家。早在拍摄科幻影片《深渊》（1989年）时，他就尝试了前所未有的水下特技效果，营造出深邃神秘而又斑斓迷人的深海景观。到1995年准备拍摄《泰坦尼克号》时，他不但继续运用了在《深渊》中实践过的水下特技手段，还专门乘坐小型潜水器到“泰坦尼克”号残骸所在的海底一探究竟。为了拍摄“泰坦尼克”号内部的景象，他的团队用三年时间打造了小型遥控潜水器，装有一架性能良好的摄像机，可以在6000米深度拍出清晰的三维图像。

2012年3月26日，关岛附近海域，卡梅隆孤身一人乘坐“深海挑战者”号开始向地球最深的深渊下坠。在下潜了两小时三十六分钟之后，“深海挑战者”号终于“降落”在马里亚纳海沟的挑战者深渊，这里的海床位于海平面以下10898米。卡梅隆成为自1960年以来第一个潜入世界最深处的人，更是首位只身潜入的探险家。他在地球最深的海沟停留了三个小时，后来他回忆道：“那里很像是月球表面，非常荒凉，非常孤立。我的感觉是，这里是和整个人类世界彻底隔绝开的……我觉得自己似乎正在太空中，我感觉自己去到了另一颗行星然后又返回了。”

这项深潜考察行动经历了长达七年之久的准备工作，包括设计和制造一台专用的深潜器，可以载人深入到这一太平洋的最深海沟，承受那里的巨大水压。卡梅隆说：“我所乘坐的圆形载人舱整个发生收缩，向外观察的窗户向我的方向靠拢过来，外面的压强高达每平方英寸1万6千磅(约相当于1000倍大气压)。”潜水器因挤压缩短了7厘米。探险结束后，他把“深海挑战者”捐献给了伍兹霍尔海洋研究所。

深海探测器小史

卡梅隆曾说，把他的注意力引向科幻和海底的原因是一致的——“探索别样的世界，无论是想象的还是真实的”。因为他能够想象到的离地球最近的地方就是海底，那里是一个完全不同的世界，有它自己的运行规律，所以，他选择了深海。

与卡梅隆一样，自古以来，有许多人都向往去探索那个深深的未知世界。但由于生理条件的限制，人既不能长时间闭气潜水，也不能潜入很深的水下。古代的潜水者会将一个桶扣在头上，这样通过呼吸桶中压缩的空气可以潜得时间更长些。即便这样，人仍然无法在水下自由活动，于是人们提出了潜水服的设想。1679年，意大利人博雷利发明了世界上第一套潜水服。这是一种与现代潜水服相似的密封装备，潜水服靠气泵保持空气流通，潜水员穿上它就可以避免或减轻水下的压力。

有史以来第一台潜水钟是意大利人塔尔奇利亚在1554年发明的。这是一个木质球型潜水器，由座舱和压载舱组成，座舱里装有绞盘，缆绳系在压载舱上，通过机械传动来改变压载浮力，控制升降。这一设计思想对以后潜水器的研制产生了巨大的影响。1714年，英国潜水员莱塞布里奇别出心裁地制造了一种木桶潜水器。木桶顶部是一个可以打开的密封盖，是潜水员出入口，桶的侧面上部有一个观察窗口，下部有两个密封套筒，潜水员可以将手由此伸出，进行水下作业。但这种潜水装置十分笨重，潜水员行动很不方便。

1857年，法国人卡比罗尔发明了橡胶制成的潜水服。潜水员头戴沉重的盔形帽，身穿笨重的潜水服，拖着像脐带一样的缆绳和通气管潜人海中。这种潜水服比潜水钟方便多了，但仍需从海面上输送空气，人的潜水行动受橡皮管长度的限制，一旦通气管缠绞，很容易发生危险，所以只能在平坦的海底潜水。随着技术的发展，自航式潜水钟出现了，这是一种有机动能力的深潜器，潜水钟到达近底水层后，乘员接通带动螺旋桨的电动机，它依靠自身动力寻找水下目标。

1933年，瑞士气象学家奥古斯特·皮卡德提出，要使深潜器下潜到200米以下、必须在深潜器上加一个压力舱加以保护。他设计出一种独特的“水下气球”式潜水器，主要由钢制的潜水球和像船一样的浮筒构成。浮筒内充满比海水比重小得多的汽油，为深潜器提供浮力，同时又在潜水球内放进铁砂等压舱物。这种深潜器可以完全抛掉系缆绳，在海洋里自由沉浮和航行。在以后的二十多年中，皮卡德和他的儿子杰昆斯·皮卡德建造的深潜器不断创造着潜水深度的纪录。1960年，利用皮卡德家族技术研制的“的里雅斯特”号载人深潜器首次潜入马里亚纳海沟。

上世纪60年代以来，以美国“阿尔文”号为代表的第二代深潜器得到长足发展。这类深潜器自带动力装置，还配备了水下摄像机、机械手等，不仅可以观察水下情况，还可以进行一些简单抓取作业和海洋资源调查等任务。1984年，法国海洋开发研究院研制了“SM97”载人潜水器，可载三人下潜，能对世界97%的大洋海底进行直接考察，同时还能采集海底矿物样品。对于勘探深海海床，“阿尔文”号是完美的，但是对于勘探大部分海洋生物生活的中层海域，它的勘探效率并不高。能够像生活在那里的生物一样自由移动的潜艇并不多。1995年，被誉为“水下飞机”的“深潜I”号新型潜水器横空出世，在美国进行了首次深潜试验，它拥有类似飞机一样的舵面，无需使用压载箱就可以在水下做翻滚动作，最高速度达15节，并具有垂直上浮或下潜的能力。改进后的“深潜II”号船身使用陶瓷化合物，拥有比钛更高的强度重量比，最大下潜深度可达35800英尺，两个高速推进器可以使潜艇以每分钟600英尺的速度前进。四套横向悬停电动推进器可使船只稳在1英寸误差内并稳定悬停在悬崖峭壁上，实现在海床附近进行精细动作。“深潜II”号利用舵面上下方的海水压力差形成升力实现快速上升或下潜，每分钟可下潜400英尺，比原有的深潜器快三倍。更为独特的是其驾驶舱布局，驾驶员“趴着”用操作杆控制舵面驾驶潜艇，以便使视线尽可能接近检视区和机械臂。而且这样还使耐压舱的体积最小化，将潜艇的重量减小到区区5000磅。

打捞氢弹，深潜器显神威

1964年7月，两架美军飞机在西班牙上空进行空战演练时发生碰撞，飞行员采取紧急措施，把机上的四枚氢弹抛了出去。四枚氢弹虽没有意外爆炸，但在降落伞的牵引下，不知落到了何方。