导言:2020年年终的中共中央经济工作会议上,中国政府为2021年发展重点部署八大任务。这场中共高层官员的工作会议,不仅将“强化国家战略科技力量”列为下一年经济发展首要任务,且坦言要通过举国体制优势发展高科技,“尽快解决一批‘卡脖子’问题”。显然,在高科技领域的全球竞争中,中国要提高自己的话语权。回看2020年,中国在登月工程,火星探测、卫星导航、载人深潜、量子研究、数据库技术替代、核聚变技术国际参与以及中微子实验和芯片制造等领域,均有亮眼表现或国家战略部署。这些领域的科技研究,对应着怎样的现实意义?中国的竞争优势和现实挑战格局如何?下一步的发展方向又在哪里?

“万米的海底,妙不可言。”2020年11月,中国一艘载人潜水器四探全球最深的马里亚纳海沟,刷新中国载人潜艇下沉10,909米的纪录。一位潜航员从水下通过潜水器搭载的声学通信系统,向停留在海面的母船传达了自己的个人感受。

这位潜航员所在的潜水器是中国在2020年才研制出来的新款潜水器,当年6月19日被取名为“奋斗者”号。得益于半个多世纪的技术改进与经验积累,“奋斗者”号已是中国当前最先进的载人潜水设备,让中国人获得有了对几乎所有海面之下水域的“通行证”。其意义不亚于对一大片未知领土的发现与征服。

中国首次

在“奋斗者”号之前,全世界仅有过对马里亚纳海沟最深处“挑战者深渊”的3次载人下潜。

中国的深海探索起步较晚,大体始于20世纪70年代,在1971年成立了“深潜救生艇研制工作组”,即“7103研制工作组”。此时距离1960年瑞士科学家研制的“的里亚斯特”号潜至马里亚纳海沟深处的10,916米已有10多年。

1986年中国研制成功了第一艘载人潜水器——7103救生艇,只能下潜300米。此后还有当年的“海人一号”、1994年的“探索”号的探路,更重要的进展是在进入21世纪后,尤其是在中国“863”重点研发计划支持下,于2010年打造出一台自主设计和集成研制的载人潜水器“蛟龙”号,其下潜深度达到了3,759米。中国则成为继美、法、俄、日之后世界上第5个掌握3,500米大深度载人深潜技术的国家。2016年6月,“蛟龙”号完成终极挑战,将纪录保持在了7,062米。

这一深度覆盖了全球海洋面积的99.8%,剩余的0.2%被称为“深渊”,是全球海洋深度的极限。其中最为著名的是位于马里亚纳海沟最深处的“挑战者深渊”,这也是地球海洋和地表的最深处,深约11,000米,此处水压是海平面压力的1,100倍,相当于近2,000头非洲象踩在一个人的背上。

人类历史上的三次载人潜水器对“挑战者深渊”的挑战被载入史册。第一次是1960年1月23日瑞士探险家雅克•皮尔卡(Jacques Piccard)和美国探险家唐纳德•沃尔什(Don Walsh)驾驶“里雅斯特”号深海潜艇首次下潜至挑战者深渊,测得深度为10,916米;第二次是2012年3月26日著名导演詹姆斯•卡梅隆(James Cameron)驾驶单人潜艇“深海挑战者”号潜至10,898米的深渊海床;第三次是2019年4月28日,美国退休的海军军官和海底探险家维克多•韦斯科沃(Victor Vescovo)单独驾驶“深潜限制因子”号潜至水深10,928米处。

中国“奋斗者”号在2020年11月对“挑战者深渊”的探测,意味着中国的潜水器也已跻身于水下深潜第一梯队。尽管“里雅斯特”号早已在“挑战者深渊”留下印迹,但是能够征服此地的潜水器与历史记录仍然屈指可数,这也让作为后来者的中国“奋斗者”号创造了一些纪录,是世界上首次同时将3人带到海洋最深处的潜水器。

“奋斗者”号的10,909米深度记录,与美国“深潜限制因子”的10,928米记录仍有差距,但其实已经相差不几。这种差距并不能说明两种潜水器潜水能力不同,而是因为“挑战者深渊”海底情况复杂,着陆或悬停地点很难与预期完全相符,或者是因为不同潜水器的测量方式差异导致了不同的测量结果。“挑战者深渊”的深度也会基于不同的测量数据被不断修正。

征服深渊

在载人深潜历史中,有几款载人潜水器在“奋斗者”号诞生许久之前就已名声大噪。

美国1964年建造的“阿尔文”号载人潜水器可下潜至4,500米的深海,如今已有近5,000次下潜经历,是当今世界上下潜次数最多的载人潜水器。

法国1985年建造的“鹦鹉螺”号潜水器取名自法国著名科幻小说作者儒勒•凡尔纳((Jules Verne)小说《海底两万里》中的一艘潜水艇,可下潜6,000米,也已下潜1,500多次。

俄罗斯1987年建成的“和平一号”与“和平二号”是两艘6,000级潜水器,能量充足,可水下潜航20个小时。著名电影《泰坦尼克号》的许多镜头就是在这两艘潜水器上所拍。

另外,日本在国力充沛的1989年也曾建成一艘能够下潜6,500米的潜水器“深海6500”,累计潜水1,000余次。

与这些深潜“前辈”相比,中国的“奋斗者”号可谓姗姗来迟。不过,其功能要求却一个也不可落下。载人潜水器最紧要的难题是水压,万米之下的水压对潜水器表壳材料与建造结构提出极高要求,中国为此研发了全新高强高韧钛合金,并采用了全新的“半球焊接”技术。此外,操控、供氧、电池、照明、影像、自动巡航、水声通信等问题,也都需要一一解决。

值得一提的是,“奋斗者”号代表了当前深海工程技术领域的顶级水平,在多个关键技术和重要材料领域拥有国产化核心,国产化率超过96.5%。相较于前两代的“蛟龙”号与“深海勇士”号载人潜水器,“奋斗者”号的声学系统更是实现了完全国产化。

近代以来的载人潜水器,可追溯至1554年意大利人塔尔奇利亚发明的一种木质球型潜水器,下潜深度未知。直至19世纪末,又一位意大利人保萨迈罗设计制造了一种铸铁球型潜水器,成功下潜165米,这在当时已经是一项了不起的成就。

而今已有“的里雅斯特”号、“深海挑战者”号、“深潜限制因子”号、“奋斗者”号四艘载人潜水器成功抵达地表与水下最深处。

“深海是人类在地球上了解最少的区域,深海地下更是一片未知世界。”中国海洋地质学家、中国科学院院士汪品先曾如此评价。

载人潜水器抵达水下1万米,这不仅意味着相关工业技术的进步,推进水下科学研究,也意味着人类对神秘水下世界的进一步探索与征服。

对于中国而言,其曾经的国家领导人毛泽东有过想象:“可上九天揽月,可下五洋捉鳖”。中国的载人潜水器从最初的“7103救生艇”到“蛟龙”号,再到直抵最深处的“奋斗者号”,实现了中国人涉足水下所有区域的理想。值得关注的是,当中国获得对水下世界的“通行证”后,将会从中得到多少收益。科学探索自然是其中一个方面,另一个方面则在于水下所蕴藏的巨大自然资源。

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