中科院金屬研究所 研究員 楊銳：三大難點(diǎn)，一個(gè)材料，一個(gè)加工成型，一個(gè)焊接，是由三家大型的國有機(jī)構(gòu)分別承擔(dān)的。真正實(shí)現(xiàn)集中力量辦大事?？焖俚貏?chuàng)新，快速地實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，快速地做出國之重器。
下潛、上浮時(shí) 如何保證潛水器安全？
張敬杰，中科院理化技術(shù)研究所研究員，她的科研團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)研發(fā)的浮力材料，為潛水器順利下潛和安全上浮提供保障。
中科院理化技術(shù)研究所 研究員 張敬杰：我們潛器下潛到海底之后，作業(yè)完了要上來，有兩種形式，一種是消耗能源，用動(dòng)力把它推上來，但潛器在水下的作業(yè)時(shí)間和作業(yè)的項(xiàng)目就會(huì)縮短，而且活動(dòng)半徑會(huì)變小。所以要用一種無動(dòng)力上浮技術(shù)，不消耗動(dòng)力也可以把潛器帶上來，就要用到固體浮力材料。
載人潛水器下水時(shí)要攜帶兩組壓載鐵，在重力牽引下潛入海洋深處。臨近海底，潛器會(huì)拋掉第一組壓載鐵，達(dá)到懸浮在水中的均衡狀態(tài)，并在海底作業(yè)。完成作業(yè)后，潛器拋載掉第二組壓載鐵，使所受浮力大于自身重力，上浮返航。浮力材料的性能直接關(guān)系到潛水器與潛航員的安全。
據(jù)張敬杰介紹，如果沒有固體浮力材料，潛器就不能下去，因?yàn)橄氯ブ缶驮僖采喜粊砹?，所以這個(gè)是非常關(guān)鍵的一個(gè)環(huán)節(jié)。
在高速攝像模式下拍攝的畫面中，散落的白色粉末，就是浮力材料的原始狀態(tài)。或許你很難想象，這些粉末每一粒都是一個(gè)空心球體。
這種材料的學(xué)名叫空心玻璃微球。用它制作固體浮力材料，不僅需要足夠輕，還需要耐高壓。長期以來，國產(chǎn)浮力材料普遍存在密度高和強(qiáng)度差的問題，這極大阻礙了我國深?？茖W(xué)研究進(jìn)程。
在世界范圍內(nèi)，只有少數(shù)國家掌握核心技術(shù)，且對我國實(shí)行技術(shù)封鎖。2012年下水的中國第一艘載人潛水器“蛟龍”號，浮力材料從美國進(jìn)口，“蛟龍”號副總設(shè)計(jì)師胡震向我們講述了這樣一段往事。
歷經(jīng)萬難：技術(shù)一定要掌握在自己手里
據(jù)“蛟龍”號副總設(shè)計(jì)師胡震介紹，當(dāng)時(shí)已經(jīng)跟廠家溝通好，購買浮力材料比重是0.52，而（實(shí)際）賣給他們的是0.56的，降了一個(gè)檔次。潛水器的重量馬上就上來了，相同的浮力就要用更多的原材料，本來設(shè)計(jì)好的一套東西，都得重新來過，對潛水器的影響很大。
技術(shù)一定要掌握在自己手里，路才能越走越寬。
2014年，中科院理化所牽頭對浮力材料的自主研制展開攻關(guān)。他們在這一領(lǐng)域有多年的技術(shù)積累。上世紀(jì)90年代，在實(shí)心玻璃球的配方實(shí)驗(yàn)中，一次失敗，讓他們偶然發(fā)現(xiàn)了漂浮在水上的空心微球，由于具有輕質(zhì)隔熱等特性，理化所對其性能和應(yīng)用進(jìn)行了長期研究和關(guān)注。
固體浮力材料的制備沒有技術(shù)路徑可以參考，研制過程異常艱辛，在經(jīng)歷了上千次失敗后，中科院理化所終于制備出具有高安全系數(shù)的固體浮力材料，并且批量化生產(chǎn)。2018年，固體浮力材料標(biāo)準(zhǔn)塊在中科院深海所完成了壓力測試。
10909米 “奮斗者”號探知海底最深點(diǎn)
2020年12月，“奮斗者”號的母船“探索一號”靜靜地停泊在三亞的海港。此前的萬米海試中，它在水面發(fā)揮了重要的支持保障作用。
包更生，“奮斗者”號的副總設(shè)計(jì)師，除了完善母船“探索一號”的支持系統(tǒng)外，他還要負(fù)責(zé)一項(xiàng)重要任務(wù)，確定去馬里亞納海溝海試的“奮斗者”號具體下潛點(diǎn)。萬米深潛的位置是如何選擇的？海試中，10909米的坐底深度記錄是否是海洋的最深點(diǎn)呢？
中科院深海所海洋裝備與運(yùn)行管理中心 副主任 包更生：馬溝是個(gè)狹長型的海溝，所以它其實(shí)最深的地方，東部一塊，西部一塊，2017年“海洋6號”，2018年“探索一號”，我們當(dāng)時(shí)（用聲學(xué)的方法）測出來西部這一塊是10925正負(fù)15米，東部這一塊測出來的是10927正負(fù)15米。
據(jù)包更生介紹，10909米的深度是“奮斗者”號用壓力傳感器所測得的水深，通常比聲學(xué)方法測出的水深要小一些。
水聲通信是“奮斗者”號與母船“探索一號”之間溝通的唯一橋梁，能夠?qū)崿F(xiàn)潛水器從萬米海底至海面母船的數(shù)據(jù)、文字、語音及圖像的實(shí)時(shí)傳輸。
11月10日，在海試直播中，萬米海底的潛航員與母船的這段通話就是通過水聲通信系統(tǒng)完成的。
中科院聲學(xué)研究所 研究員 朱敏：我們平時(shí)用的通信，都是基于電磁波的通信系統(tǒng)，我們簡稱通信系統(tǒng)，實(shí)際上全稱應(yīng)該叫無線電通信或者叫電磁波通信，手機(jī)信號、無線電波信號，或者光信號，在海水里面?zhèn)鞑サ脑?，?shí)際上都距離非常短。
在“奮斗者”號載人潛水器上，這些圓柱形金屬外殼的器材就是水聲通信系統(tǒng)的關(guān)鍵材料——聲學(xué)換能器。相較于前兩代的“蛟龍”號和“深海勇士”號載人潛水器，“奮斗者”號的水聲通信設(shè)備實(shí)現(xiàn)了完全國產(chǎn)化。
除了通信，其他多種聲學(xué)設(shè)備還為潛水器提供了定位、探測、障礙物避碰等多方面功能。
神奇的機(jī)械手：探索神秘海底世界
在“奮斗者”號海試中，潛水器的機(jī)械手是核心作業(yè)工具，通過機(jī)械手，實(shí)現(xiàn)了對海底生物、海底沉積物和巖石的采樣及科考設(shè)備布放與回收。
“奮斗者”號的“機(jī)械手”具有7個(gè)關(guān)節(jié)，可實(shí)現(xiàn)6自由度運(yùn)動(dòng)控制，持重能力超過60公斤。機(jī)械手由中科院沈陽自動(dòng)化所自主研制，突破了萬米密封技術(shù)、超高壓油液環(huán)境驅(qū)動(dòng)與控制等技術(shù)，填補(bǔ)了我國液壓機(jī)械手開展萬米作業(yè)的空白。
萬米深潛：離“無人區(qū)”更進(jìn)一步
海洋占據(jù)了地球表面71%的面積，但人類對太空、對月球的了解，都超過了深海區(qū)域，萬米深淵更是人類科研的“無人區(qū)”。6000米以下的深海區(qū)，是解決生命起源、地球演化等重大科學(xué)問題的前沿領(lǐng)域，
與一些載人潛器作為探險(xiǎn)設(shè)備的定位不同，“奮斗者”號載人潛水器未來將作為常態(tài)化科研裝備投入使用，這將助力我國在未來大深度海底深淵科研方面作出原創(chuàng)性、奠基性貢獻(xiàn)。
中科院深海所 研究員 蔣磊：“奮斗者”號只是完成了海試，馬上要投入業(yè)務(wù)化的運(yùn)行。頻繁的下潛需要有強(qiáng)的作業(yè)能力跟硬件和軟件的保障，我們希望，“奮斗者”號能夠比較高效地而且成本比較低地投入到常態(tài)化的科考里面去，為我們國家的科學(xué)家，國際上其他國家的科學(xué)家，提供一個(gè)好的平臺(tái)，能夠有更好的科學(xué)發(fā)現(xiàn)。
