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读过科幻作家儒勒·凡尔纳名著《海底两万里》的同学，大都对主人公乘坐的“鹦鹉螺号”潜水艇留有很深印象.随着科技的发展，科幻故事中的“鹦鹉螺号”已逐渐变成了真正的海洋探测装备，这就是载人深潜器.
一、深潜器的基本原理
很早以前，人类带着对深海的好奇，借鉴高空气球原理，采用深水载人球和浮力舱相组合的方式建造了载人潜水器，这种潜水器被称为第一代载人潜水器.从20世纪50年代末到60年代中期，载人潜水器的技术得到迅猛发展，自由自航式潜水器取代了前期载人潜水器，成为第二代潜水器.
一般的潜水艇的推进装置采用轴推进方式，从主推进电机引出一根长长的主推进轴，从耐压艇体中穿出，带动艇尾的螺旋桨.主轴和耐压艇体之间的空隙需要进行密封处理，潜深几百米的普通潜艇，密封措施一般是在主轴和艇壳之间垫一个皮碗密封圈.但对于设计潜深达7000米的深潜器，每平方米艇体要承受7100吨的水压，此时无论是皮碗还是别的什么密封材料都毫无意义.如果深潜器采用常规的轴推进方式，那么在几千米的水下，我们将会听到“砰”的一声，海水压垮密封圈，从主轴和艇体之间的空隙迸射进来……由于密封装置无法维持高达700个大气压的内外压差，因此，自航式深潜器的推进舱必须做成非耐压结构，即舱内和舱外的压强大致均衡，都是700个大气压左右.深潜器的操纵人员集中呆在一个极其坚固的球形耐压舱内，这也是全艇唯一的能在水下维持1个大气压环境的地方.使动力舱和外界海洋环境保持压力均衡的方式，是在设备中充满轻质液体，动力装置的各种设备，包括电动机的转子和线圈，都浸泡在这种绝缘的液体中.第一艘自由自航式潜水器叫“潜碟”（Diving Saucer），后改叫SP-350，是在1959年下水的，可以下潜到305米，重量不到4吨.它的诞生揭了开第二代载人潜水器的快速发展的序幕.
二、深潜器的研究现状
众所周知，浩瀚的海洋占地球表面积的71%，深海底部丰富的石油蕴藏、无数的锰团以及其他资源，吸引着一些工业发达国家竞相拓展海洋开发事业.深潜技术是进行海洋开发的必要手段，它是由深潜器、工作母船（水面支援船）和陆上基地组成的一个完整的系统，而深潜器是其关键的部份.人类利用深海载人潜水器探索海洋已经走过了50年的历程，美国、法国、俄罗斯、日本等相继研制成功6000米级深海载人潜水器.这些装备到达的范围遍及海洋的大陆坡、海山顶、火山口、洋脊以及6000米的洋底，在地质、地球化学、地球物理和海洋生物等方面取得了大量的重要发现.
①美国
长期以来，美国一直是载人深潜领域的领先者，著名的“阿尔文”（Alvin）号深潜器从1964年投入使用，曾创造出一年最多下潜约270次的纪录.目前，Alvin号已经有了40多年的使用历史，下潜次数已经超过了4300次.1966年，美国一架B52轰炸机在西班牙海域上空与一架空中加油机相撞，B52上的氢弹不幸落入西班牙海域，Alvin通过精确的搜寻，于1966年4月7日将其打捞出水.1985年9月，Alvin号搭载三位科学家在距纽芬兰368海里的地方，找到了“泰坦尼克号”残骸.尽管Alvin号有着曾有着辉煌的历史，但是Alvin在下潜深度上远远不能与日本、俄罗斯和法国的深潜器相比，作业范围有限.此外，Alvin号已经使用了40多年，使用维护费用与日俱增.为了加速对深海的探索步伐，确保美国在深海研究及深海技术方面处领先地位，美国国家科学基金会（NSF）决定建造一艘更先进的新Alvin号以取代现役载人深潜器Alvin号.新Alvin号能达全球大约99％的海底，下潜深度及载人舱体积增大，这也导致潜水器的空气重量增加1362-2270kg；上浮下潜速率增大；能量密度提高；由于潜水器的水动力性能和推进系统的改进，提高了潜水器的操纵性；舱内体积的增大和更合理的舱内布置改善了艇员环境；舱内电子仪器更先进和科学仪器的负载增大；利用水压载方式减少了考察海域对潜水器的物理、化学方面的影响.此外，在安全系统、通讯系统、作业工具等方面也有进一步的改进.
②法国
法国研制的载人深潜器有Nautile号和Cyana号，作业水深分别6000m和3000m，两艘深潜器拥有数千次的下潜记录，完成了对大洋多金属结核区域、海沟、海底火山、深海海底生态的调查和探测以及沉船打捞、对倾废场的搜索.Nautile（鹦鹉螺号）建造于1984年，最大下潜深度为6000m，截至目前已经下潜近1500次，由法国海洋科学研究院负责管理、维护和组织使用.
③俄罗斯
俄罗斯北极科考队2007年8月2日完成了代号为“北极－2007”的极地探险的最重头的表演，深海潜水机器人成功潜至4300米深的北冰洋海底，并将一面俄罗斯国旗插在上面，再次向世界表明了俄罗斯对北极宣誓主权之心.
④日本
日本后来居上，成为新的深潜界明星.近20年间，日本的深海研究突飞猛进，1989年建成了潜深为6500米的“深海（Shinkai）6500”载人潜水器，重量26吨，水下作业时间8小时，装有三维水声成像等先进的观察装置.可旋转的采样篮使得操作人员可以在两个观察窗的任何一个进行取样作业，自投入使用以来已下潜了1000余次，创造了最大下潜深度约6492米的世界纪录.
⑤中国
值得中国人骄傲的是，继中国的神舟系列飞船实现“可上九天揽月”梦想之后，中华民族又让“可下五洋捉鳖”变成了现实：2011年7月26日，我国首台自主设计、自主集成的载人深潜器“蛟龙”号首次下潜至5038.5米，顺利完成5000米级海试主要任务.这个下潜深度意味着“蛟龙”号可以到达全球超过70%的海底，而“蛟龙”号的设计深度为世界第一的7000米，预计2012年将进行7000米级海试，理论上它的工作范围可覆盖全球99.8%的海洋区域，标志着中国继美、法、俄、日之后成为第五个掌握大深度载人深潜技术的国家.
潜入大洋谈何容易！深海环境面临高压低温、高腐蚀、环境变化多端、条件复杂各异等困难.例如，水中每增加10米水深就约相当于增加1个大气压，“蛟龙”号设计最大下潜深度为7000米，则需承受700个大气的正压力，而“神舟”飞船在太空工作时也只承受约1个大气的负压力，载人深潜器上的每一个零件都受到深海压力的巨大考验.因此，科学家认为，“入海”的难度实际上并不亚于“上天”. “蛟龙”号外形像是一条大白鲨，有着白色圆滚滚的身体，橙色的脑袋，身后的X形稳定翼就如同鱼尾巴.这艘寄托中国探索深海使命的载人潜水器长8.3米，重达22吨，设计有效载荷240千克.它是一条名副其实的深水鱼，科研人员以中国神话传说“蛟龙闹海”为其命名，希望它能在深海弄出大动静.
近底自动航行及悬停定位、高速水声通信、充油银锌蓄电池容量被誉为“蛟龙”号的三大技术突破.
1.“蛟龙”号可稳稳“定住”
如同开车一样，驾驶员的脚总放在油门上，难免产生疲劳感.“蛟龙”号驾驶员是幸运的，它具备自动航行功能，驾驶员设定好方向后，可以放心进行观察和科研.“蛟龙”号现在可以完成三种自动航行：自动定向航行，驾驶员设定方向后，“蛟龙”号可以自动航行，而不用担心跑偏；自动定高航行，这一功能可以让潜水器与海底保持一定高度，尽管海底山形起伏，自动定高功能可以让“蛟龙”号轻而易举地在复杂环境中航行，避免出现碰撞；自动定深功能，可以让“蛟龙”号保持与海面固定距离.更为令人称奇的是，“蛟龙”号还能悬停定位.一旦在海底发现目标，“蛟龙”号不需要像大部分国外深潜器那样坐底作业，而是由驾驶员行驶到相应位置，“定住”位置，与目标保持固定的距离，方便机械手进行操作.在海底洋流等导致“蛟龙”号摇摆不定，机械手运动带动整个潜水器晃动等内外干扰下，能够做到精确地“悬停”令人称道.在已公开的消息中，尚未有国外深潜器具备类似功能.
2.深海通信靠“声”不靠“电磁”
陆地通信主要靠电磁波，速度可以达到光速.但这一利器到了水中却没了用武之地，电磁波在海水中只能深入几米.“蛟龙”号潜入深海数千米，如何与母船保持联系？科学家们研发了具有世界先进水平的高速水声通信技术，采用声呐通信.这一技术需要解决多项难题，比如水中声音传播速度只有1500米／秒左右，如果是7000米深度的话，喊一句话往来需要近10秒，声音延迟很大；声学传输的带宽也极其有限，传输速率很低；此外，声音在不均匀物体中的传播效果不理想，而海水密度大小不同，温度高低不同，海底回波条件也不同，加上母船和深潜器上的噪音，如何在复杂环境中有效提取信号难上加难.据悉，“蛟龙”号上装载的高速水声通信技术由中国科学院声学所研发，能够适时传输语音、文字和图片，这是国外绝大多数载人深潜器所没有的.
3.世界深潜器最大容量电池之一
“蛟龙”号在深海要生存近十个小时，还要不停运动和作业，但又不能携带太重的燃料，因此能源供给是个大难题.“蛟龙”号搭载了完全由我国自主研发的大容量充油银锌蓄电池，电量超过110千瓦时，这也是目前国际潜水器上最大容量的电池之一，“蛟龙”号可以有更长的水下工作时间和更多的仪器运作.目前，日本的潜水器蓄电池为86千瓦时，法国、美国均为50多千瓦时，只有俄罗斯的深潜器可以与之媲美.银锌蓄电池采用充油的方式放在蓄电池箱内，减轻了“蛟龙”号的重量，但在高压环境下，大容量电池供电时可能产生一定量氢气，威胁“蛟龙”号安全，为此，“蛟龙”号同时选用了两个不同厂家进行产品试验，再进行改进，最终将析气量控制在规定范围内.
“蛟龙”号可不仅是一项顶尖技术那么简单.美国《华尔街日报》评论指出，“中国计划以一台载人潜水器深潜太平洋，这将使它在一场勘探世界大洋最深处可能十分丰富的矿产资源的竞赛中超越美国.”事实上，从国内外的热烈反响来看，这条高科技的“中国龙”正让我们重新审视自身的深海战略，深蓝之梦或将就此拉开.
一、深潜器的基本原理
很早以前，人类带着对深海的好奇，借鉴高空气球原理，采用深水载人球和浮力舱相组合的方式建造了载人潜水器，这种潜水器被称为第一代载人潜水器.从20世纪50年代末到60年代中期，载人潜水器的技术得到迅猛发展，自由自航式潜水器取代了前期载人潜水器，成为第二代潜水器.
一般的潜水艇的推进装置采用轴推进方式，从主推进电机引出一根长长的主推进轴，从耐压艇体中穿出，带动艇尾的螺旋桨.主轴和耐压艇体之间的空隙需要进行密封处理，潜深几百米的普通潜艇，密封措施一般是在主轴和艇壳之间垫一个皮碗密封圈.但对于设计潜深达7000米的深潜器，每平方米艇体要承受7100吨的水压，此时无论是皮碗还是别的什么密封材料都毫无意义.如果深潜器采用常规的轴推进方式，那么在几千米的水下，我们将会听到“砰”的一声，海水压垮密封圈，从主轴和艇体之间的空隙迸射进来……由于密封装置无法维持高达700个大气压的内外压差，因此，自航式深潜器的推进舱必须做成非耐压结构，即舱内和舱外的压强大致均衡，都是700个大气压左右.深潜器的操纵人员集中呆在一个极其坚固的球形耐压舱内，这也是全艇唯一的能在水下维持1个大气压环境的地方.使动力舱和外界海洋环境保持压力均衡的方式，是在设备中充满轻质液体，动力装置的各种设备，包括电动机的转子和线圈，都浸泡在这种绝缘的液体中.第一艘自由自航式潜水器叫“潜碟”（Diving Saucer），后改叫SP-350，是在1959年下水的，可以下潜到305米，重量不到4吨.它的诞生揭了开第二代载人潜水器的快速发展的序幕.
二、深潜器的研究现状
众所周知，浩瀚的海洋占地球表面积的71%，深海底部丰富的石油蕴藏、无数的锰团以及其他资源，吸引着一些工业发达国家竞相拓展海洋开发事业.深潜技术是进行海洋开发的必要手段，它是由深潜器、工作母船（水面支援船）和陆上基地组成的一个完整的系统，而深潜器是其关键的部份.人类利用深海载人潜水器探索海洋已经走过了50年的历程，美国、法国、俄罗斯、日本等相继研制成功6000米级深海载人潜水器.这些装备到达的范围遍及海洋的大陆坡、海山顶、火山口、洋脊以及6000米的洋底，在地质、地球化学、地球物理和海洋生物等方面取得了大量的重要发现.
①美国
长期以来，美国一直是载人深潜领域的领先者，著名的“阿尔文”（Alvin）号深潜器从1964年投入使用，曾创造出一年最多下潜约270次的纪录.目前，Alvin号已经有了40多年的使用历史，下潜次数已经超过了4300次.1966年，美国一架B52轰炸机在西班牙海域上空与一架空中加油机相撞，B52上的氢弹不幸落入西班牙海域，Alvin通过精确的搜寻，于1966年4月7日将其打捞出水.1985年9月，Alvin号搭载三位科学家在距纽芬兰368海里的地方，找到了“泰坦尼克号”残骸.尽管Alvin号有着曾有着辉煌的历史，但是Alvin在下潜深度上远远不能与日本、俄罗斯和法国的深潜器相比，作业范围有限.此外，Alvin号已经使用了40多年，使用维护费用与日俱增.为了加速对深海的探索步伐，确保美国在深海研究及深海技术方面处领先地位，美国国家科学基金会（NSF）决定建造一艘更先进的新Alvin号以取代现役载人深潜器Alvin号.新Alvin号能达全球大约99％的海底，下潜深度及载人舱体积增大，这也导致潜水器的空气重量增加1362-2270kg；上浮下潜速率增大；能量密度提高；由于潜水器的水动力性能和推进系统的改进，提高了潜水器的操纵性；舱内体积的增大和更合理的舱内布置改善了艇员环境；舱内电子仪器更先进和科学仪器的负载增大；利用水压载方式减少了考察海域对潜水器的物理、化学方面的影响.此外，在安全系统、通讯系统、作业工具等方面也有进一步的改进.
②法国
法国研制的载人深潜器有Nautile号和Cyana号，作业水深分别6000m和3000m，两艘深潜器拥有数千次的下潜记录，完成了对大洋多金属结核区域、海沟、海底火山、深海海底生态的调查和探测以及沉船打捞、对倾废场的搜索.Nautile（鹦鹉螺号）建造于1984年，最大下潜深度为6000m，截至目前已经下潜近1500次，由法国海洋科学研究院负责管理、维护和组织使用.
③俄罗斯
俄罗斯北极科考队2007年8月2日完成了代号为“北极－2007”的极地探险的最重头的表演，深海潜水机器人成功潜至4300米深的北冰洋海底，并将一面俄罗斯国旗插在上面，再次向世界表明了俄罗斯对北极宣誓主权之心.
④日本
日本后来居上，成为新的深潜界明星.近20年间，日本的深海研究突飞猛进，1989年建成了潜深为6500米的“深海（Shinkai）6500”载人潜水器，重量26吨，水下作业时间8小时，装有三维水声成像等先进的观察装置.可旋转的采样篮使得操作人员可以在两个观察窗的任何一个进行取样作业，自投入使用以来已下潜了1000余次，创造了最大下潜深度约6492米的世界纪录.
⑤中国
值得中国人骄傲的是，继中国的神舟系列飞船实现“可上九天揽月”梦想之后，中华民族又让“可下五洋捉鳖”变成了现实：2011年7月26日，我国首台自主设计、自主集成的载人深潜器“蛟龙”号首次下潜至5038.5米，顺利完成5000米级海试主要任务.这个下潜深度意味着“蛟龙”号可以到达全球超过70%的海底，而“蛟龙”号的设计深度为世界第一的7000米，预计2012年将进行7000米级海试，理论上它的工作范围可覆盖全球99.8%的海洋区域，标志着中国继美、法、俄、日之后成为第五个掌握大深度载人深潜技术的国家.
潜入大洋谈何容易！深海环境面临高压低温、高腐蚀、环境变化多端、条件复杂各异等困难.例如，水中每增加10米水深就约相当于增加1个大气压，“蛟龙”号设计最大下潜深度为7000米，则需承受700个大气的正压力，而“神舟”飞船在太空工作时也只承受约1个大气的负压力，载人深潜器上的每一个零件都受到深海压力的巨大考验.因此，科学家认为，“入海”的难度实际上并不亚于“上天”. “蛟龙”号外形像是一条大白鲨，有着白色圆滚滚的身体，橙色的脑袋，身后的X形稳定翼就如同鱼尾巴.这艘寄托中国探索深海使命的载人潜水器长8.3米，重达22吨，设计有效载荷240千克.它是一条名副其实的深水鱼，科研人员以中国神话传说“蛟龙闹海”为其命名，希望它能在深海弄出大动静.
近底自动航行及悬停定位、高速水声通信、充油银锌蓄电池容量被誉为“蛟龙”号的三大技术突破.
1.“蛟龙”号可稳稳“定住”
如同开车一样，驾驶员的脚总放在油门上，难免产生疲劳感.“蛟龙”号驾驶员是幸运的，它具备自动航行功能，驾驶员设定好方向后，可以放心进行观察和科研.“蛟龙”号现在可以完成三种自动航行：自动定向航行，驾驶员设定方向后，“蛟龙”号可以自动航行，而不用担心跑偏；自动定高航行，这一功能可以让潜水器与海底保持一定高度，尽管海底山形起伏，自动定高功能可以让“蛟龙”号轻而易举地在复杂环境中航行，避免出现碰撞；自动定深功能，可以让“蛟龙”号保持与海面固定距离.更为令人称奇的是，“蛟龙”号还能悬停定位.一旦在海底发现目标，“蛟龙”号不需要像大部分国外深潜器那样坐底作业，而是由驾驶员行驶到相应位置，“定住”位置，与目标保持固定的距离，方便机械手进行操作.在海底洋流等导致“蛟龙”号摇摆不定，机械手运动带动整个潜水器晃动等内外干扰下，能够做到精确地“悬停”令人称道.在已公开的消息中，尚未有国外深潜器具备类似功能.
2.深海通信靠“声”不靠“电磁”
陆地通信主要靠电磁波，速度可以达到光速.但这一利器到了水中却没了用武之地，电磁波在海水中只能深入几米.“蛟龙”号潜入深海数千米，如何与母船保持联系？科学家们研发了具有世界先进水平的高速水声通信技术，采用声呐通信.这一技术需要解决多项难题，比如水中声音传播速度只有1500米／秒左右，如果是7000米深度的话，喊一句话往来需要近10秒，声音延迟很大；声学传输的带宽也极其有限，传输速率很低；此外，声音在不均匀物体中的传播效果不理想，而海水密度大小不同，温度高低不同，海底回波条件也不同，加上母船和深潜器上的噪音，如何在复杂环境中有效提取信号难上加难.据悉，“蛟龙”号上装载的高速水声通信技术由中国科学院声学所研发，能够适时传输语音、文字和图片，这是国外绝大多数载人深潜器所没有的.
3.世界深潜器最大容量电池之一
“蛟龙”号在深海要生存近十个小时，还要不停运动和作业，但又不能携带太重的燃料，因此能源供给是个大难题.“蛟龙”号搭载了完全由我国自主研发的大容量充油银锌蓄电池，电量超过110千瓦时，这也是目前国际潜水器上最大容量的电池之一，“蛟龙”号可以有更长的水下工作时间和更多的仪器运作.目前，日本的潜水器蓄电池为86千瓦时，法国、美国均为50多千瓦时，只有俄罗斯的深潜器可以与之媲美.银锌蓄电池采用充油的方式放在蓄电池箱内，减轻了“蛟龙”号的重量，但在高压环境下，大容量电池供电时可能产生一定量氢气，威胁“蛟龙”号安全，为此，“蛟龙”号同时选用了两个不同厂家进行产品试验，再进行改进，最终将析气量控制在规定范围内.
“蛟龙”号可不仅是一项顶尖技术那么简单.美国《华尔街日报》评论指出，“中国计划以一台载人潜水器深潜太平洋，这将使它在一场勘探世界大洋最深处可能十分丰富的矿产资源的竞赛中超越美国.”事实上，从国内外的热烈反响来看，这条高科技的“中国龙”正让我们重新审视自身的深海战略，深蓝之梦或将就此拉开.