吉尼斯记录潜海(人类在1万米的深海有了新发现！

编者按4月25号下午，深圳市委宣传部、深圳市社科联联合邀请西湖大学-上海海洋大学深海技术研究中心主任崔维成老师做客深圳市民文化大讲堂，为市民朋友做了一场题为“人类挑战深海极限的故事”的精彩讲座。

一、人类为什么要探索深海

“蛟龙号”在进行5000米级海试之时，就遭到了一些人的质疑——连陆地上的安全都没办法解决（指2011年7月23日甬温线浙江省温州市境内发生的两列动车追尾事故），为何还要花那么多钱去探索深海？对于人类为什么要探索深海的问题，有两方面原因一是人类与生俱来的好奇心；二是为了更好地生存。

实际上无论是对深海的探索还是对宇宙的追寻，一切科学的研究都是出于人类好奇心的驱使。不管是江海湖泊还是河流小溪，人们都会好奇水里到底有怎样的生物和资源的存在。这就是探索海洋的原始驱动力——好奇心，它是助推科研人员发展科学研究的重要方面。

随着往海洋深处的潜行，人类发现海洋的资源远比陆地上丰富。最显而易见的是海洋中有很多鱼类，它们可以为人类提供丰富且优质的食物来源。

最早时期，古人下河、下海采集珍珠、蚌壳之类的生物，这些也促进了人类潜海去获取资源。到了近现代时期，海洋中的各种资源更让人为之动容，比如其中较为手的有锰结核、钴结壳和热液硫化物这三种物质。

l 锰结核在4000-6000米的海底里有山还有平原，锰结核基本就密密麻麻的分布在海底平原上。它是呈黑色的多金属结核，其含锰量很高，所以把它称为锰结核。

l 钴结壳海洋里的山脉又称为大洋中脊，在大洋中脊背上有很多的结壳，这种结壳一层层的分布在山背上且钴含量较多，所以称为钴结壳。

l 热液硫化物海底有活跃的火山口，喷出来的黑色液体就叫黑烟囱，白色液体就叫白烟囱。

还有海洋中蕴含的可燃冰资源也是极为丰富的，除此之外它还是一个可再生能源非常密集的基地，例如波浪能、潮汐能、温差能，还有比如风能、太阳能这些陆地上能获取的可再生资源，海洋同样可以获得。如果能把海洋里的这些可再生能源利用好，那人类未来能源危机的问题是完全可以解决的。海洋是人类社会可持续发展的一个重要资源基地，对海洋的探索任重道远而且意义非凡。

二、海洋究竟有多深？

从亚里士多德时代开始，关于陆地海拔与海洋深度的问题就已经引起了人类强烈的好奇心。但直到18-19世纪，人类才知道海洋很深。1873-1876，英国皇家海 舰艇“挑战者”号开展环球探测，装备了一个长绳子，出人意料地在太平洋西北部北纬11°24’¢, 东经143°16’ 的 马里亚纳群岛西南部，北太平洋卡洛琳群岛的北部，探测出了8230米的深度。这次探测的结果标志着深渊区域的存在，没过多久，就发现了马里亚纳海沟，并把最深点命名为“挑战者深渊”。

现在海洋深度用船测量的时候误差精度在正负50米左右，如果用潜水器，采用声波的原理，那么精度可以准确到正负50厘米以内。

海洋究竟有多深？前苏联在1957年做环球航次的时候测到的一个数据是11034米。后来美国、英国等很多西方国家再派遣船只去那个地方测量的时候，数据是10970米，测量结果没有超过11000米的，所以“挑战者深渊”是否超过11000米至今仍然存在争议。

迄今为止，不论是无人潜水器还是载人潜水器都还没有拿到超过11000米的数据。也不能否定超过11000米的存在，因为潜水器下去的时候也只是测了一个点，要真正否定的话需要把整个可能的点都精细的测量一遍……

三、怎样才能走进深海？

人类要想走进深海，需要克服三个方面的障碍

第一，海水的压力。往海里下潜时，每往下十米就会增加一个大气压，那么潜到11000米就会增加1100个大气压。

第二，海水的温度。如果人类的身体与海水直接接触的话，那么身体的热量散发是非常快的。如果水的温度只有两度，那么一个体温正常的人去到水里，只需要两三分钟就会晕过去。

第三，海水中的氧气。海水中的含氧量很少，所以人类要想在深海遨游，就必须解决呼吸问题。

人类进入海洋的方法有很多种，包括自由潜水、水肺潜水……

仅仅依靠我们的身体，不使用任何外设而尽可能深地潜入海中称为自由潜水。普通人一般可以下潜到十几二十米的深度，当到达三十米就会开始很难受了，随着不断地潜入水下，压力也在不断地增加。人的内耳、肺和一些孔道就会感到压力，令人痛苦。自由潜水运动开设有比赛项目，经过特殊训练的人群可以往更深处的地方潜行，不携带气瓶的自由潜水最深的记录是162米。

为了能较长时间地在水下潜水，人们携带填充了压缩空气的气瓶，这种潜水方式叫水肺潜水。水肺潜水的最深记录是330米。

水肺潜水能解决海里呼吸的问题，由于压力和低温的因素，再想往深处潜那也不可能了。海洋更深处的压力想要单纯依靠自身去硬抗是行不通的，所以人类设计了一件特殊的衣服——单人常压潜水装具（ADS）。目前ADS的最大 下潜深度是610米，再往下只能用“深潜球”或“潜水 器”。

深潜球实验

威廉·毕比（1877~1962，美国鸟类学家，海洋生物学家，探险家， 科普作家）和奥蒂斯·巴顿（1899~1992，美国探险家、发明家）两人对探索海洋都十分感兴趣，1930年他们合作制造了深海潜水球这样的装置。第一次下潜，到了海里245米左右的地方，这是人类第一次到达这么深的海底世界。到1932年时，他们下潜至923米，看到了很多东西。后来发生了第二次世界大战，下潜的实验中断了一段时间，直到1949年才又下潜，到1370米的深度。

深海生物圈

英国生物学家福布斯在1840年时曾做过一则预言——560米以下的深海是一片海。福布斯之所以有这样的推断，是因为他认为第一，生物不能离开阳光而生存；第二，海水对阳光的吸收，到560米深度后，阳光基本都被吸收掉了。结果威廉和奥蒂斯在900多米的深海依然看到了很多生命，所以推翻了福布斯的预言，这也就标志着海洋中还存在另一套生命的系统。900米的深海能看到那么多的生物，那更深的地方呢？那到哪个深度生物就不存在了呢……种种问题把人类的好奇心越发的激发出来。

深潜球被悬挂在一根1068米长、2厘米粗的线缆上，利用滑轮和索具将它慢慢放入水中。系缆上还包裹着为水下的潜水者提供通讯和电源的电话线和电线。这根系缆既成全了它，也终止了它。

系缆可以让深潜球一点点下去，也不能去到很深的地方，因为越往下风险就越大。船在海上是上下起伏的，吊着这么一个球，如果线缆一旦发生断裂，那么球里的人就会随着球永远留在海底；，如果为了让绳子更坚固而把绳子做的更粗的话，那么绳子的自重就越大，别说把深潜球吊起来，光是将这条系缆放到2000-3000米处时它自身就断了，所以根本没办法通过系缆的方法去到海底更深处的地方。

实际上，在创下1300米记录之后，人类就没有再继续使用这条系缆了。因为经过估算，认为没办法走得更远了，而且风险和成本太大。

“的里雅斯特号”

奥古斯特·皮卡尔是瑞士物理学家，是世界上第一个驾驶热气球到达同温层的人。奥古斯特·皮卡尔提出把气球的原理移植到深潜技术上，在钢球之上另加一个装有汽油的浮体，不靠吊索而是靠浮力上浮。

潜水球还是那个潜水球，只是改良后给它增加了浮力舱。下沉的时候利用一些压载物沉入海底，等需要浮回海面的时候，抛掉压载物，潜水器就可以自动回到海面，这样就不再需要那累赘的铁索。

于是1937年奥古斯特开始了设计与制造，直到1948年，经过改进后的潜水器初次海试，下潜至1370米。后来法国海收购了这台潜水器，不过中途奥古斯特与法国海出现了矛盾，于是奥古斯特接受了前往意大利指导筹建另一只深潜器“的里雅斯特”号的聘请。

（的里雅斯特号）

“的里雅斯特”由奥古斯特和他的儿子雅克·皮卡尔共同设计制造。1953年8月30日，父子俩挑战深海，创造了3150米的深潜纪录。1958年美国海与他们签订协议，邀请父子二人改造这台深潜器的载人舱。经过两年努力，改造后的 “的里雅斯特”号可以前往马里亚纳海沟开展试验。

1960年1月23日，雅克和美国海中尉唐.沃尔什乘坐“的里雅斯特”号深潜器，来到了世界最深的马里亚纳海沟沟底，创造了10916米的深潜纪录！当重达150吨的潜水器砸到海底时，把海底的淤泥激了起来，导致周围都是淤泥，什么都看不见了。即使过了20分钟后，洋流还是没能把浑水吹走。当时下海花了五个小时，意味着上来也要五个小时，如果等到晚上会出现回收困难等问题。所以即使有照相机和摄影机，还是没有拿到任何记录和凭证。

这样的潜水器有很大的局限性

1、巨大的体积和重量

只能拖曳行进；时刻漂浮在水面上，恶劣海况将损坏设备；不易维修保养。

2、移动性能弱

在海崖附近移动时，不易贴近崖壁；时常碰撞，容易发生汽油泄漏。

潜水器小型化

1957年，探险爱好者雅克·库斯托制作了蝶形的潜水器。他潜到海底350-400米的深度，拍了不少照片，做了报道，引发了大家很浓厚的兴趣。这是一台用钢结构建造的载人潜水器，轻巧灵活是他的设计理念。

1964年，美国雷诺德铝业公司为了推销铝合金，也建造了一台潜水器，而且把铝合金用到了极限，耐压舱可以做到5200米左右的深度，载人舱可承载三名船员、四位科学家，而这台机器在美国历史上曾经发挥了很大的作用。在1968年B5轰炸机在运输氢弹时，一颗氢弹掉落到西班牙海域，就是使用这台潜水器把氢弹成功捞回。

到了上个世纪60年代，一次偶然的机会发现了玻璃微珠。研究发现，这种材质不仅在水里能够抗压，而且重量轻、耐腐蚀。当它与环氧树脂混合后，不仅有良好的机械加工性能，而且比水轻。这时便有了低密度、高强度且可加工的玻璃浮力材料。这种材料极大地促进了载人、无人潜水器的发展。

各国潜水器的蓬勃发展

到上世纪80年代，各个国家都在研究潜水器，趣怪网希望能到达更深的海域。不过由于固体浮力材料的最高强度只能达到8000-9000米，安全系数为1.5，所以当时的潜水基本都是6000米级。美国“阿尔文”号是4500米级，法国“鹦鹉螺”号、俄罗斯“和平”号到达6000米海域，日本“深海”号到达6500米。

1992年我国科学家趣怪网希望能立项做6000米级的载人潜水器，后来花了十年的论证，直到2002年才立项。立项之时便立志做世界第一，于是定了7000米级的指标建造“蛟龙”号。在7000米还未成功的时候，美国卡梅隆“深海挑战者”号到达了10898米的海域。尽管他的潜水器与我们的性质不同，但我们的世界第一还是要加一些限制条件的。

若大家对深海探险的历史感兴趣，推荐阅读《深海探索简史》，这本书介绍了美国整个深潜的历史；《500次下潜——俄罗斯英雄的浪漫探险人生》，这本书介绍了前苏联、俄罗斯的深海探险。这两本书都是著名科学家用亲身经历描写刻画的。

四、中国走进深海的历史

中国是世界上最早利用海洋的国家之一，古人很早就从海洋收取“鱼盐之利”和“舟楫之便”，我们的祖先在远古时代就已开始海洋捕捞。明代学者宋应星所著《天工开物》是世界第一部记录农业和手工业生产技术的百科全书，以大量生动的细节留存了丰富的古代科技史料。在书中提到了没水采珠船，即蛙人潜水采集珍珠的方法。

1405～1433年，明朝郑和7次下“西洋”，在航海技术水平以及对海洋的认识上，远超当时的西方。

我国的潜水器研制从上世纪七十年代初期就已开始。7103艇是上海交大、701所和 武昌船厂联合研制的国内首条载人潜水器，长15米，重35吨， 1987年交付部队使用。从九十年代开始，借助863计划、预研计划、大洋协会设备 发展计划和海司航保部防救装备研制计划，中船重工702所、中科院沈阳自动化所、上海交通大学和哈尔滨工程大学等单位都组建了专门研究机构。

上世纪80年代，当看到国外载人潜水器、无人潜水器的迅速发展，中国也意识到深海的重要性。于是中船重工702所从上世纪八十年代后期开始，组建了以徐芑南研究员为首的潜水器 研制部门，先后研制了QSZ-I 300m ADS（1981-1985），QSZ-II 300m ADS (1986- 1990), 8A4 600m ROV (1991-1995), 200m移动式救生钟（1996-2001），200m 机 动式救生钟（2003-2005）等产品。

上海交大也于80年代开始与中科院合作，组建了以朱继懋教授为首的水下工程研究所。初期领导了7103HOV研制，参加了HR-01ROV的研制，随后他们继续HR-02, HR-03等小型ROV的研制，随后研制了6000米级的深拖1台（SJTU-ST6000）（1996-1999）和3500米级ROV两台，海龙I号（2001-2005），海龙Ⅱ号（2005-2009）。

中科院沈阳自动化研究所从上世纪八十年代后期开始，组建了以蒋新松研究 员为首的水下机器人研制部门，先后研制了HR-01 ROV（1981-1985），RECON IV ROV (1986-1990），探索者 1000m AUV (1991-1994), CR-01 6000m AUV (1992-1997), CR-02 6000m AUV（1998-2002）等产品。

哈船院从上世纪八十年代开始，组建了以徐玉如教授为首的水下工程研究所， 先参与了7103HOV和探索者AUV的研制。在1991-1995期间，他们与701所联合， 研制了一条捞雷潜水器，随后从1991年开始研制“智水”系列的用智能机器人，共5型。

“蛟龙”号载人潜水器的研制成功是我国海洋技术领域一个有里程碑意义的 事件。在此以前的潜水器研制也有一些项目，但可用的少。，即使在国 内也是影响很小，在国际上几乎默默无闻。“蛟龙”号使我国挤进了国际载 人深潜技术发达国家的俱乐部。在此以后，国家对海洋技术的投入明显加大。

载人潜水器等于载人舱加上无人潜水器，无人潜水器所有的技术在载人潜水器中都用得上。所谓自动驾驶、自动操作等功能“蛟龙”号应有尽有。实际上载人潜水器的技术与难度比无人潜水器要高得多，所以“蛟龙”号真正实现了让中华民族走向深海远处的梦想。

“蛟龙”号是经过10年论证于“十五”中期才启动的项目，在十一五期间对“蛟龙” 号是否能够研制成功普遍缺乏信心。故到“十一五”后期，在2008年启动了4500米 级ROV“海马”号的研制，于2014年完成海试。2009年启动了4500米HOV“深海勇士” 的研制，2017年完成海试。2010年启动了4500米AUV“潜龙II号”/“探索号”的研 制，2016年完成海试。

五、挑战深渊极限在国际上的竞争

Ø 美国vs法国

第一次是美国与法国的竞争，他们的技术都源于皮卡尔父子，法国海建造了“阿基米德”号。皮卡尔父子建造的半成品“的里雅斯特”号被美国海收购，并合作继续完善“的里雅斯特”号。

1960年1月23日，雅克•皮卡尔和沃尔什乘坐“的里雅斯特号”深海潜水器，潜入马里亚纳海沟最深处“挑战者深渊”。1961年法国“阿基米德”号也完成了相似的探险活动。从时间上来说，法国比美国晚了一年，败给了美国。

“阿基米德”号虽然输了比赛，在科考上发挥的作用远大于“的里雅斯特”号。“的里雅斯特”号在下去一次后就进了博物馆，而“阿基米德”号陆陆续续下海十多次，发现了很多海洋里新的现象。所以从科学上来说，“阿基米德”号作出的贡献更大一些。

Ø 美国vs日本

第二次是无人潜水器之间的竞争。1986年日本海洋科技中心使用凯夫拉复合材料的缆绳制作了“海沟”号。1995年日本“海沟”号无人潜水器在马里亚纳海沟进行了水深达10970米的潜航，创下了世界潜水深度记录。2009年没美国“海神”号到达马里亚纳海沟10902米。

无人潜水器与载人潜水器的命运大不相同。无人潜水器会一直使用，直到丢失，而载人潜水器只要水上水下通话畅通，水下的人告知状况就可以，所以载人潜水器从来没有丢失过。日本的“海沟”号从1995年一直使用到2003年就丢失了，美国的“海神”号2014年在新西兰东北海域执行探索任务时由于浮力陶瓷球发生连续内爆而丢失。

Ø 美国vs英国

第三次是两位冲击吉尼斯纪录的探险者之间的竞争。英国的Sir Richard Branson和Chris Welsh建造了一台探险型的单人载人潜水器——“深海飞行式挑战者”号。不过由于使用的是碳纤维复合材料制作的载人舱，重量是减轻了不少，其抗剪切应力能力差，结果被一个大浪打出裂纹，只能拉回去重做载人舱。

2012年，詹姆斯·卡梅隆设计了自己的潜艇——“深海挑战者”号。乘坐且抵达马里亚纳海沟1.1万米深处，成为全球第二批到达此处的人类、第一位只身潜入万米深海底的挑战者。

卡梅隆在听说中国2012年要做7000米级海后，把自己的目标定到了8000米。后来卡梅隆下到8000米深海后发现状态还可以，于是决定往马里亚纳海沟冲一把，结果冲到了海底。不过也是冒了极大的风险。下到海底后，潜水器中12个推进器有11个都坏掉了，只有一个推进器能够工作，潜水器也只能原地打转，根本动不了。本想操作机械手去拿取一些样本，结果机械手一动油管爆掉了，于是机械手也罢工了。在没法航行的情况下，卡梅隆在海底原地拍摄了两三个小时便上来了。上岸之后，他把潜水器送给了美国海洋研究所，因为要把潜水器修复再下海作业需要花费很多钱。对卡梅隆来说，他的吉尼斯纪录已经拿到了，使命也完成了。

中国vs日本vs美国

第四次是中日美三国的竞争。“载人深潜器”是“全海深（11000米）作业型载人深潜器”的简称，它是目前海洋领域最有标志性且影响重大的高科技项目。

美国Triton和Doer两家公司设计了方案，表示有能力做出11000米的载人潜水器，苦于没有资金。他们在90年代就强调11000米载人潜水器的重要意义，趣怪网希望政府支持，可惜当时小布什把钱用于战事，在科研方面投资太少。2018年10月10日，美国Triton公司突然发布，他们的“Triton36000/2”已经完成5000米级海试和入级，2019年5月五次下到挑战马里亚纳海沟最深处。

中国“蛟龙”号成功以后，超越了日本的6500米记录。所以日本开始着急了，于2013年宣布立项了“深海12000”号载人潜水器，但随后没有新的消息。

2020年12月10日， 中国的“奋斗者”号载人潜水器下到了挑战者深渊10909米的海底，创造了中国载人深潜的新纪录。“奋斗者”号总共8次超过10000米深度。

六、未来深海潜水器的发展趋势

第一代潜水器——载人型（水下气球原理）/ 汽油包作浮力材料，它不仅笨重，而且没有自航能力。

第二代潜水器——载人/无人（有缆遥控&无缆自治）/ 固体浮力 材料。耐压仓使用强度更高的金属材质（钛合金和铝合金），二代由载人潜水器拓展到无人潜水器，无人潜水器有AUV有缆的、无缆的、混合式的。

第三代潜水器 —— 无人/载人（仿鱼 & 软体材料）——Bio-UUV。第三代潜水器是仿生鱼型的，软体材料、3D打印、人工智能大幅度的应用，在续航力、速度、灵活性、机动性、推进效率等方面要有很大的提高。以后的海洋很大，要实现海洋作业，潜水器的成本要大幅度降低。把“一群鱼”派出去，而不是一台潜水器，一台潜水器只研究一个点，这种仿生鱼型的潜水器群就是未来要制造的潜水器。

嘉宾简介

崔维成博士，西湖大学讲席教授，博士研究生导师，西湖大学-上海海洋大学深海技术研究中心主任。我国“百千万人才工程”一二层次首批人选（1996）,“长江学者奖励计划”首批特聘教授（1999），江苏省“333高层次人才培养工程”中青年科技领人才（2007）、“全国优秀科技工作者”（2010）。我国“蛟龙”号载人潜水器总体与集成项目负责人，第一副总设计师。2013年5月17日作为“蛟龙”号研制和海试团队的代表受到党和国家最高领导人的接见，并在随后的表彰大会上获颁“载人深潜英雄”勋章和证书。2016年被《自然》杂志评为“中国十大科技之星”。从2013年至2020年发起“彩虹鱼挑战深渊极限”项目。

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承办单位 深圳市社会科学联合会

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信息来源嘉宾现场演讲内容

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