潜入海底300年
出于好奇心，人类对海洋深处的探索早在2000多年前就开始了。据说，公元前4世纪时，马其顿国王亚历山大大帝曾乘坐一个玻璃制成的大桶潜入大海进行观察，看见过一只大海怪。在古希腊时期，亚里士多德记述了一种供潜水员采集海绵的小型“潜水钟”。这种装置犹如倒置的茶杯，潜水员不必露出水面，在潜水钟内部可换气。明代科学家宋应星1637年完成的《天工开物》，记载了中国南海沿岸的潜水采珠者利用锡制的弯管进行呼吸和治疗潜水病的方法。
人类技术史上第一个可容纳一人以上并且有实用意义的潜水钟，是英国的天文学家艾德蒙·哈雷发明的。1716年，哈雷在简陋的实验室中设计了这样一个潜水钟：在一个圆锥型空木桶的外面包上铅，使这个桶能垂直下沉，潜水钟上装有玻璃窗，空气由挂在潜水钟下方的箍铅木桶补充。因贮气木桶内压力较大，空气可输入潜水钟内。哈雷与他的同事在潜水钟内潜至18米深的海水处停留了1.5小时。这一改变时代的伟大发明，距今已经整整300年了。
潜水器的发展历程
19世纪初，英国的郭蒙贝西发明了从水上接泵运送空气的机械潜水器，也就是头盔式潜水器。1924年，有人开始使用玻璃做潜水镜，并出现了利用泵从水面上吸取空气的“面罩式潜水器”，这是水肺潜水器材的前身。就在同一年，日本人使用面罩式潜水器潜入地中海海底70米，成功捞起沉船“八阪”号内的金块，震惊了全世界。
人类为进一步了解深海，采用深水球和浮力舱相结合的方式逐步进入深海，这就是人类历史上最早的深潜器。这种深潜器的最杰出代表是美国的“曲斯特 ”II号。1960年1月23日，美国人唐·华尔什和深潜器发明者的儿子丁·皮卡特乘坐“曲斯特”II号，在太平洋马里亚纳海沟下潜到10916米（海沟最深点为11034米），在当时创造了人类下潜最深海沟的历史。但该潜水器无航行和作业能力，并且采用汽油作为浮力舱，在水面和深水的操纵都很困难，活动范围也非常有限，没有得到进一步发展。
如果说“曲斯特”II号的出现仅仅是破了一个世界纪录，那么“阿尔文”号则真正开创了人类探测海洋资源的历史。“阿尔文”号1964年在美国建造，工作深度为1829米。1974年经过改装后，工作深度达到4500米，可搭载3名人员，水下工作时间为6～8小时。作为国际上使用效率最高的载人潜水器，“阿尔文”号进行过很多颇具影响的作业。如1966年初，“阿尔文”号和另一台遥控潜水器一起打捞起掉落在地中海的一颗氢弹；1977年，“阿尔文”号在将近2500米深处的加拉帕戈斯断裂带首次发现海底热液和其中的生物群落。两年后，“阿尔文”号在东太平洋洋中脊发现第一个高温“黑烟囱”（海底富含硫化物的高温热液活动区）。20世纪80年代，“阿尔文”号又成功地参与了对泰坦尼克号沉船的搜寻和考察。至今“阿尔文”号已累计完成5000次以上的下潜作业，为深海研究做出了巨大贡献。
俄罗斯是目前世界上拥有载人潜水器最多的国家，比较著名的有1987年建成的“和平”I号和“和平”II号两艘6000米级潜水器。它带有12套检测深海环境参数和海底地貌设备，最大的特点是能源充足，可在水下停留17～20小时。好莱坞大片《泰坦尼克》中的很多镜头就是“和平”I号和“和平”II号潜水器拍摄的。2011年他们又开发了两个6000米级的载人潜水器“罗斯”号和“孔苏尔”号交付俄海军使用。
日本在1989年建成了下潜深度为6500米的“深海6500”潜水器，水下作业时间达8小时。该潜水器装有三维水声成像等先进的研究观察装置，可旋转的采样篮使操作人员可以在两个观察窗视野下进行取样作业，这是其他载人潜水器所无法做到的。它在 4000 多米深海处发现了古鲸遗骨及寄生的贻贝类、虾类等典型生物群，并对锰结核、热液矿床、钻结壳和水深达 6500 米的海洋斜坡和大断层进行调查。
经过几代人的努力，中国的潜水技术目前已走在世界前列。特别是历经10年研制成功的“蛟龙”号潜水器更是杰出代表。2012年6月30日，中国 “蛟龙”再次刷新“中国深度”——下潜7062米。
潜水技术在军事上的运用
潜水技术在军事上大放异彩始于第二次世界大战，其中，法国人对潜水技术的发展影响深远。1943年，法国海军军官运用空气瓶的装置，制造了使空气密闭循环的“空气罩潜水器”，不久法国又开发了开放式“空气潜水器”。1954年，世界上第一艘核潜艇“鹦鹉螺”号在法国问世后，各海军大国纷纷发展核潜艇。迄今，世界上共有美国、俄罗斯、英国、法国和中国5个国家拥有核潜艇。美国自从20世纪50年代中期建造成第一艘核潜艇之后，相继设计建造了“鳐鱼”“鲣鱼”“长尾鲨”“鲟鱼”“洛杉矶”“海狼”和“弗吉尼亚”级核潜艇。
在核武器体系中，战略核潜艇以其隐蔽性好、机动性强、生存力大成为战略核威慑力量的中坚，使陆基战略导弹和战略轰炸机“望洋兴叹”。对于不首先使用核武器的国家来说，一旦遭受核突击，大部分陆基战略导弹和战略轰炸机可能瘫痪，导弹核潜艇则比较安全可靠，是最有效的核报复力量。因此，核大国都把战略核潜艇视为重点发展的战略兵力。战略核潜艇一般较大，目前各国现役战略核潜艇排水量在7000～25000吨之间，所载战略导弹分12、16、20和24枚不等。此外，导弹核潜艇还装有4～8个鱼雷发射管，配备鱼雷或反舰飞弹以供自卫。
潜艇的潜深取决于艇身的结构和材料，艇身目前有单壳式和双壳式两种结构。单壳式结构的优点是重量较轻，生产程序简单和维修费用低，美国等西方国家的潜艇多采用这种结构。双壳式结构复杂，建造费用较高，但抗压性好，生存力强，改装余地也大，主要为俄罗斯等少数国家所采用。潜艇耐压壳体通常用高强度合金钢建造，每平方厘米能承受5600～6300千克的压力，下潜深度可达300米。核潜艇潜航深度有进一步增加的趋势，向600米甚至1000米大关突破。潜深增加，可提高潜艇隐蔽性和减少反潜武器对潜艇的威胁，潜深超过300米就可有效躲避反潜深水炸弹的攻击。俄罗斯“阿库拉”级攻击潜艇下潜深度的下潜深度可达400米；美国“海狼”级攻击核潜艇下潜深度超过600米；俄罗斯“阿尔法”级攻击潜艇采用钛合金为壳体材料，最大潜深高达900米。
潜艇的最大优势是隐蔽性。潜艇下潜在水里，使雷达、光电和卫星侦察都无能为力，只有声呐才能探测到。潜艇只要降低自身噪声就能增加隐蔽性。据计算，噪声每降低20分贝就可使敌方被动声呐探测距离降低50%，使自身被动声呐探测距离增加一倍。
美国潜艇静音效果长期处于领先地位，其中“洛杉矶”级攻击核潜艇的噪声约120分贝，“俄亥俄”级导弹核潜艇的噪声则在100分贝左右，最新型的“海狼”级攻击核潜艇据说已达95分贝的水平。潜艇噪声如降到90分贝的量级，就低于海洋背景的噪声，将很难被敌方声呐探测到，在水下犹如进入“无人之境”。
现代潜水技术的新特点
近几年，随着新技术、新材料的不断涌现和广泛运用，潜水技术得到很大的发展，呈现出几个新的发展特点。
耐压材料新型化
对于潜水器特别是深潜器，耐压壳体对控制潜水器的重量至关重要。目前，世界上下潜深度较浅的载人潜水器耐压材料的选择一般为钢材和铝合金，大深度载人潜水器耐压材料一般为钛合金，也有采用钢材的。钢材价格适中，但密度较大，影响大深度载人深潜器重量及浮力的控制。钛合金相对较轻，且强度高，但昂贵的价格限制了它在深潜器上的广泛应用。陶瓷是一种应用于水下耐压罐的新型耐压材料，现在越来越受到人们的重视。陶瓷有较高的强度与重量比，适合极限深度。与同样大小的钛合金耐压罐相比，在水中要轻几百千克。2009年5月31日，美国伍兹霍尔海洋研究所研发的“海神”号机器人潜艇下潜约11000米，成功抵达马里亚纳海沟最深处的“挑战者深渊”。在研究设计阶段，考虑到“挑战者深渊”的压力是地表的1000倍，研究人员为寻找到合适的抗压材料费劲了心思。经过反复试验，最后选择了经过特殊处理的陶瓷材料，这种陶瓷质量轻薄，但表面十分“坚硬”，可以应对“挑战者深渊”的巨大水压。实践证明，“海神”号潜水器不仅比其他各类探索工具下潜更深，还能同时绘制海底地图以及拍摄深水照片。
观察设备高清化
随着深潜器技术的成熟，人们对于深潜器的要求已不仅仅局限于“下得去，上得来”的水平，人类需要更加深刻地了解海底世界。因此，观察设备越来越成为各个国家深潜器设计的重点。高清摄像机图像质量清晰，且其传输采用平行线传输方式，具有非常高的抗干扰能力，避免了定制昂贵的同轴电缆式的水密电缆，成为应用于水下观察系统的首选。目前，各大水下产品公司都已经有了水下高清摄像机，未来还会使用三维水下高清摄像机。除了高清摄像机，水下灯光源、照度、色温的选择也会影响整个水下观察系统的清晰度。
水声通信可靠化
水声通信是深潜器在深海中与支持母船取得联系的唯一有效途径，它受海洋环境影响较大。水声通信的可靠性及准确性对深潜器安全航行与作业将起到至关重要的作用。载人深潜器与水面取得联系有3种方式：高速水声通信（包括图像、语音及文字信息），水声电话（包括语音及文字信息，可作为高速水声通信的备份，也可单独使用），超短基线定位声呐（主要提供深潜器相对于母船的方位与深度信息，将
为深潜器安全返航提供重要保障）。其中，水声电话技术相对成熟，但需要清晰化，减小主机通话时的噪声。发展距离远、效果好、可靠性高的高速水声通信将成为未来发展的重点。当前，国外的超短基线定位声呐技术水平相对较高，但也需要进一步提高其可靠性。
面向未来的潜水探索
以科学作业为主要目的的载人潜水器，主要任务是进行海洋探察和资源开发。对该类载人深潜器，除了对可靠性、安全性提出更高要求外，还有一个突出要求就是要具备作业能力。近年来，在美国国家自然科学基金会的支持下，伍兹霍尔海洋研究所决定在现有“阿尔文”号基础上对其部分设备进行升级更新，并将新潜水器命名为“新阿尔文”号。与“阿尔文”号相比，“新阿尔文”号具有更大的下潜深度、电池功率和有效负载，更好的舱内设计和观察视野、电子电路，能在指定的深度工作更长时间等。这些都是围绕形成更大的作业能力来考虑和设计的。
伴随着深海技术的日益成熟，出现了另一种面向深海探险的载人深潜器。该类深潜器以满足人类对深海世界的好奇心为主要目的，其使用对象为一些探险家。与前一类载人深潜器不同，该种潜水器以挑战极限为主要目标， 因此对深度指标提出更高要求。近期出现的“深海挑战”号，“深海挑战者”号以及“法螺（Triton） 36000/3”为该类深潜器的代表。“深海挑战者”号安装了多个高清摄像头，可以全程进行三维摄像，同时具备赛车和鱼雷的高级性能，而且还配有专业设备收集小型海底生物，以供地面的科研人员研究。该潜水器行进路线被设计成“直上直下”型，先是一头扎向海沟底部，然后缓慢地直直上升。“深海挑战者”号下潜的速度可达到每分钟150米，这一速度在潜水器中是非常惊人的。2012年3月26日，好莱坞著名导演詹姆斯·卡梅隆乘坐“深海挑战者”号抵达太平洋下10898米深处的马里亚纳海沟，成为全球第二批到达该处的、第一位只身潜入万米深海底的挑战者。
未来我们还将构建深海装备体系，实现载人与无人装备之间相互支持和协同作业。协调好载人与无人潜水器的关系，发挥载人与无人潜水器的各自优势，是潜水技术发展必须解决的问题。日本政府投入巨资建设了水面母船支持的多类型深海潜水器，其无人遥控深潜器潜水深度达到11000米。此外，日本海洋研究开发机构已成功研制了以燃料电池为动力的无人深海探测器“浦岛”号，目前的续航能力已达317千米，创造了无人深海探测器的续航距离新纪录。“浦岛”号无需从母船补充能源，可沿着计算机事先设定的线路潜水3500米深。由于可以进行自动导航，因此可以前往海底火山、地震发生区域和冰下等危险海域进行无人探测。美国、俄罗斯、法国等发达国家目前也已经拥有了从先进的水面支持母船，到深海（有的工作深度达11000米）遥控潜水器、深海（6000米）自治机器人、深海（6500米）载人潜水器、600米单人常压潜水服、深海（6000米）可移动长期工作站和深海（6000米）资源开采机器人等完整的技术装备体系，实现了装备之间的相互支持、联合作业、安全救助，能够顺利完成水下调查、搜索、采样、维修、施工、救捞等任务。
新技术及新装备的开发也是潜水器开发的重要方向。深海高强度材料如陶瓷材料、水下高能量密度的能源、水下微细光缆技术以及通信导航等核心技术的进展，将极大提升深海装备研制能力和水平，如美国的下潜11000米的“海神”号混合型无人潜水器就采用了上述高新技术。在发展10000米以深科学探测和资源勘探开发的无人装备外，一些国家开始规划分阶段地进行居住型载人深海空间站的研究与建设，包括固定式海底观测系统和移动式载人平台。美国在规划中明确提出，要通过重视新技术及新装备的研发，确保深海运载器技术发展和应用继续保持世界领先地位。其他国家也不甘落后，相信未来会有更多让我们意想不到的潜水器问世，让人类潜入更深的大洋底部，探索神秘的深海世界。
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作者： 颜慧
来源《百科知识》
