在2017年度国家科学技术奖励大会上，蛟龙号载人潜水器荣获国家科学技术进步奖一等奖。2012年6月，蛟龙号圆满完成7000米级海试任务，最大下潜深度达7062米，创造了世界同类潜水器的下潜深度纪录，我国成为国际上第五个具备大深度载人深潜作业能力的国家。在SELF讲坛第12期“深度未来”活动中， 蛟龙号副总设计师、中科院声学研究所海洋声学技术中心主任朱敏为我们讲述了关于蛟龙号辉煌背后那些不为人知的故事，让我们再次回顾，感叹科学之伟大。
朱敏
蛟龙号副总设计师
中科院声学研究所海洋声学技术中心主任
以下内容为朱敏演讲实录：
这就是咱们国家自己研制的蛟龙号载人潜水器。它的下潜深度是7000米，在2012年的时候下到了7062米。这个深度也是打破了作业型载人潜水器下潜的世界纪录，目前它也是国际上下潜深度最深的载人潜水器，是在役的下潜深度最深的一个。
我比较有幸从2002年开始就一直参与了整个蛟龙号的研制过程，所以今天我就跟大家讲讲蛟龙号的一些事儿。
大家可能比较关心的是蛟龙号能够下潜那么大深度，我们为什么要研制它？实际上简单来说，主要是两个方面：一个是科学，一个是资源。
大家可以看到我们的星球——地球是一个蓝色的行星，它表面的70%以上的面积都是被海水所覆盖。大家平时说到海洋的时候，首先想到的就是辽阔的海面，会想到阳光沙滩、巨浪、台风。
如果说问起说大家对深海、海底下有什么了解的话，大家脑子里首先浮现的可能就是美丽的珊瑚礁，再往深里去实际上绝大多数人都没有什么概念。千百年来对于人类来讲，深海都是一个非常神秘的领域。神秘的话实际上对应着有很多未知，这就需要科学的问题去解决。
这一张图实际上是借助了近年来最新声纳技术的发展，才能够绘制出来一张全球的海底地图，那么大家可以看到这个海底地图里面有很多这种像黑的，实际上都是海底的板块之间的裂缝，这些裂缝里面不断地有火山活动，有岩浆涌出来，它在不断地扩张，这个地方底下有很多科学问题是需要科学家到去研究的。
但是海面到海底有好几千米的深度，人怎么能够下去？那就需要有很多的工具，这个载人潜水器就是其中一个非常有效的作业工具。利用这些工具也取得了一些新的发现。比如美国的ALVIN号载人潜水器，发现的有颠覆性的一个东西。
我们大家以前都认为，生物的生存都需要有阳光、有空气，在深海中大家一般都认为是一个生命的荒漠，就没有多少生命了，但这个发现实际上完全颠覆了这个概念，就是说在深海的话这些生物它完全不依赖于阳光，它是靠海底下冒出来热水，温度很高的热水，最高可以到四百度高温的热水，靠它们里面的能量来维持生活。
很多科学家实际上都在想象，在木星、土星这些行星的冰冻海洋下面，它是不是也可以有生命的存在？同样对于地球上来讲，这些生命我们以前都认为它是在陆地上首先出现的，那么现在看来会不会是在深海中热液区演化出来，然后到陆地上去了，这都是一些颠覆性的发现。
除了热液的生物之外，还发现了基于冷泉的。所谓冷泉就是说它从海底下冒出来甲烷，这些生物的话也不是靠阳光的，它是靠底下冒出来甲烷气体，作为它的能量源来支持整个生态系统。
大家可以看到这照片上面的是热液区的，下面是冷泉区的，大家看到这些贝壳、螃蟹，虾可能看着都很眼熟，不是什么稀奇古怪的东西。所以它的生命形态的话，虽然它的类型完全不一样，有的是咱们大家熟知的，可能是基于阳光的生态系统基于热液的和基于冷泉的，它们都很相似，那么它的基因学上的一些科学问题，这都是需要科学家去解决的。
这就是2013年蛟龙号，在我们命名叫蛟龙冷泉的海区所拍的一段录像截图。大家可以看到密密麻麻的全是贝壳 ，白的叫白瓷蟹，里面还有一些虾。还有一些大的螃蟹，量非常大。
它们完全不依赖于阳光就靠下面冒出来甲，烷气体细菌吃这个甲烷，然后大的生物吃细菌养活了这么一个生态系统。
海底还有什么？大家可以看到就是我们这列了四种：最左边的这一个这个是叫锰结核，一个个像小土豆一样的里面富含着金属成分。有的还大一点，有拳头那么大的矿物，是含有很高的金属成分。
第二个的话是像黑烟囱一样的。海底下冒出来热水，热水里面有些溶解的这个矿物质，遇到冷水之后就凝固出来，然后沉降下来会形成非常大量的这个硫化物矿，它里面富含着像金、银、铜等等很多元素。
第三个叫富钴结壳，它是长在海山坡壁上的，大概可能几公分到十几公分，二十公分那么厚的一层皮。这个上面它里面富含的是像钴、铂这些金属。
第四个白色的叫可燃冰，或者叫天然气水合物，它是甲烷和水的一种化合物，这些资源在水底下储量是非常丰富的。这些比如矿物和铂钴的含量，如果把它算下来的话它的储量可能比我们陆地的储量要高几十倍，有的上百倍，甚至有的到几千倍的都有，这个量非常大。
像可燃冰里面所储藏的甲烷气体，如果换算下来的话，比我们陆地上的所有的煤、石油、天然气加起来的总量，还是它的两倍，所以这个水底下储量是非常非常大的。
这些资源虽然我们现在可能还不具备开发能力，但是它对于人类未来的一百年或者更远的发展来讲，它是个非常重要的后备资源。所以现在来讲我们必须要去调查清楚，储备着开采的这些技术。
这就是蛟龙号在2013年，在我们国家的南海蛟龙海山海域，在一次下潜过程中无意间发现了一片矿区，这里面一颗一颗的都是结核。
在资源探查和科学研究的这些需求，就使得我们需要做很多装备，我们现在用的包括像船上用的很多设备。现在有水里面游的，有在海底下爬的，有拖着走的，有布在海底的。
这些装备没有哪一个能比得上说坐在载人潜水器，人亲自下去亲眼去看来得那么直观，也没有一个装备能够有人到现场就近去操作来得那么精准。由于这个考虑我们就研制这个载人的潜水器，带着科学家下去来做科学研究和勘探。
载人深潜的话下潜最深的这个记录是美国的Trieste号创造的，它是在1960年下潜到了10911米，它在功能上比较简单，就是个探险型的，干不了什么事就上来。因为当时的技术条件限制，下去就待了二十分钟就上来了。
下潜深度第二的是美国导演卡梅伦，在2012年他自己出钱造了这么一个潜水器，它的样子比较怪异。他下到了10898米，本来他是想下去拍电影的，所以它上面灯光摄像机比较多一些，但是下去之后实际上就坏掉了，基本上就没干成什么事。他虽然也拍一个电影回去，但是这个效果从这个潜水器的效果来讲，并不是太好，真正意义上不是一个能够作业的东西。
真正下到海底能够作业的潜水器是这么五个。最左边的是美国的叫Alvin号，虽然它的深度在这里面是最浅的4500米，但是它实际上是所有的载人潜水器当中取得的成是最大的，下潜次数最多、发表论文最多、科学发现最多，所以它是我们大家公认最成功的一个。像法国的鹦鹉螺号、俄罗斯的和平号是6000米的，日本造了一个是6500米的，咱们中国造的蛟龙号是7000米，在这个级别里我们是最深的一个。
这几个潜水器因为功能都相似，都是带着三个科学家下去做科学研究调查等等，所以它们在设计理念上其实是相似的。以这个美国的Alvin号潜水器，我们举个例子来说明一下。
大家可以看到它有一个大的金属球，人都坐在这个金属球里面，可以不用承受外面海水恐怖的压力。它有一个有机玻璃的窗户，大家透过窗户可以往外看。在它的前面都有两个机械手可以作业，然后它都是用电池供电，用螺旋桨来运动都是用固体浮力材料来提供浮力。他们在设计理念上相似，所以他们做出来也是非常相近的，都是胖乎乎的。
这个就是咱们的蛟龙号，和国外相比除了我们下潜深度最深之外，我们还有三个比较领先的技术。
在能源方面比国外的要更强大；它有比较先进的自动控制能力，它可以减少驾驶员操纵的一些难度，非常灵活；它可以悬停在水底下，就离海底大概半米高的高度悬在开，人的操纵就非常简单。另外就是我们做的一个声学，非常先进的水声通信的功能。
这个潜水器下潜了那么大深度，它要承受非常大的压力，那么7000米的深度对应的压力是多少呢？差不多是每平方米要承受7000吨的压力。
7000吨是什么概念，咱们国家的96式坦克大概45吨重，那么7000吨差不多就是150辆96式坦克摞在一起，压在这一平方米的面积上，大家可以想象一下这是多大的压力。下潜到海水里面去，所有的部件都要承受这么大的压力，所以材料、设计、制造加工等等方面都有非常高的难度。
首先我们就说一下这个载人的这个球。三个人要在这个球里面，要完全靠这个球来承受海水的压力，所以在设计方面难度非常高。当然也要求是非常好的材料，我们选的是一种叫钛合金材料，它的主要的成分是钛和镁，它比较轻，强度非常高，而且还耐腐蚀。
另外除了这材料要好，还有加工制造方面难度也非常高。在研制蛟龙号的时候，我们国家能自己设计，但是材料与加工制造工艺方面还不过关，所以我们实际上用的是国内的设计方案，然后用的俄罗斯的材料。
第二个比较关键的要承受压力的材料实际上是浮力材料。这么重的一个东西，二十多吨重的东西要到海底还要能够浮上来，谁来给它提供浮力。大家平时生活中接触的，比如像有些像泡沫塑料很轻，它可以提供很大的浮力，但是它不够结实海水一压就会压扁掉。
我带了一个当时海上做实验的时候，留做纪念的一个东西。现在是这么小，原来它是一块40公分的泡沫板，有一公分厚。到了海底下回来之后就变成这样了，大概现在的体积只有原始体积的3%不到一点，完全压扁掉了，所以我们就拿这个当做纪念品。
什么样的东西能够承受那么大的压力呢？实际上我们用的是基于玻璃微珠的一个固体浮力材料，图上右下角是显微镜拍的这些空心的玻璃珠，它的直径从几个微米到一两百个微米组合起来的，它是空心的，很轻。然后用树脂给它粘起来就变成这么一个块，这个的密度大概是零点五几，可以承受七千米的压力。
这个材料当时我们国内也不能制造，是从美国去买了当时最好的浮力材料。还有更轻的，但是他们不肯卖给我们，对中国禁运。最终商量后卖给我们的材料，实际上是已经次了一等，就是密度要差一些的，因为这个原因蛟龙号也重了好多。
蛟龙号下到海底之后它要怎么去干活？最主要的作业工具就是前面有两只手，两只手可以直接去抓东西。图上左边有一个紫色的是海参，白色的叫玻璃海绵。像这种动得比较慢的，我们可以直接用机械手去抓。
我们会带一些工具，比如说像带网兜去抓螃蟹和虾，还可以带一些作业工具去抓泥巴。潜水器可以支持很多的作业任务，每次带不同的工具下去完成不同的使命，包括科学、资源勘探方面的这些工作。
第二个主要作业的手段就是光学方面的。一方面人用眼睛可以直接透过玻璃窗往外看，可以看到一些东西；另外它上面有高清的摄像机、照相机可以去拍照录像。刚才放过的两段录像实际上就是用蛟龙号自身带的高清摄像机拍下来的。
蛟龙号下到七千米深的海底离海面大概好几千米这样远的距离，我们也不可能从水面拉一根线跟下面去通信，然后无线电这些东西被海水一挡实际上也都通不了了，这个时候怎么办？
要完全靠水声通信，这就是我们做的水声通信系统。就是把我们要传的信息变成声音在水里面传，传到水面之后再把它变换回来变成信号。我们做的这套系统实际上在国际上还是比较先进的。
它可以把潜水器里面很多传感器的数据都传到水面去，这样我们在水面就会实时看到潜水器下面发生了一些什么情况，然后水面和水下可以通过文字交流、语音交流，还可以发照片。所以我们当时给它起了一个外号叫做水下QQ，这些功能也是国外的潜水器没有的。
这就是通过水声，用声音的方式把照片传到水面来。这样的话我们在水面，就可以知道水下现在看到了一些什么东西。
蛟龙号在2012年完成七千米海试之后，它都做了哪些事情？这几年蛟龙号一直在承担着叫实验性应用的任务，它去的海区有咱们中国的南海，有马里亚纳海沟，然后还有东太、西太，然后现在印度洋。
就像东太的多金属结合调查区，这个地方位于夏威夷以南。我们为什么要去那个地方？因为那个地方有我们的一块矿，2001年中国大洋协会在这个地方争取到了一块7.5万平方公里的矿区——锰结核矿区，2015年中国五矿集团又申请到了一块7.3万平方公里的矿区。
这一些矿区加起来有15万平方公里，也就是说那么大一个区域底下的这个矿石都是归中国的，这都是海洋行业的人为咱们国家做的贡献。
其他的矿区包括印度洋矿区，主要是硫化物的矿区，西太矿区是富钴结壳的矿区。这些矿区的话根据联合国海底管理委员会的规则就是想要这个矿区，首先你得必须调查清楚然后提交资料，然后认可之后，你可以从中优选出一块留下来作为自己的专有矿区。
也就是说现在蛟龙号正在做的这个工作，就是给咱们国家争取更多的矿区，是为我们的子孙后代攒家当的工作。
大家可以看到在照片里，都是以生物作为主角来拍照。为什么？因为我们在将来要做采矿的时候，会不可避免地会对生物环境造成破坏，我们要想办法尽量减少对生态环境的破坏。事先这些调查工作都必须要做好，这是现在我们对生态环境的一些调查。
下一步我们要再做两个事情。第一个就是我们正在研制一套4500米载人潜水器，大家可能有点奇怪，就是说我7000米都做下来为什么还要回去做更浅的4500米？在做蛟龙号的时候，我们有好多技术材料实际上就是不过关，用的是国外的，那么这个4500就是支持国内的去解决这些问题。
通过这个4500载人潜水器的研制的话，我们解决了钛合金材料的问题，解决了做成载人球的加工制造的问题，我们解决了这个浮力材料的制备的问题，解决了上面机械手、推进器等等这些设备的。主要关于设备的国内制造的问题，所以这一台潜水器我们的国产化率要达到85%以上，现在已经到总装阶段了，估计明年的话大家就可以看到这套潜水器了。
那么我们下一步是更加激动人心的就是走向11000米，世界上最深的 11000米。没有比它再深的了。我们通过4500米研制，我们积累这个技术之后，我们要用我们自己国产的技术去做能够耐11000米压力的载人球、浮力材料、机械手等等这些装备，用我们自己完全国产的技术，把我们的科学家送到世界上最深的挑战者深渊11000米这个深度。
让我们共同期待我国载人深潜事业能够谱写出新辉煌的篇章，谢谢大家！
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