./t20121029_325406_taonews.html
专题
首页  >  专题  >  媒体视点  >  名刊精选  >  《科学大众》

《科学大众》

开博时间:2016-07-01 14:43:00

创办于1937年,是我国创刊最早、影响最大的科普刊物之一。现由江苏省科技厅主管、江苏省科协主办。70多年来,杂志秉承“科学大众化、大众科学化”的宗旨,矢志不渝地为提高中华民族特别是青少年科学素质服务,影响了一代又一代中国人,得到了毛泽东、周恩来等党和国家领导人的肯定。

文章数
分享到:

向深海挑战

2012-10-29 19:01:47


□文/ 李和昌

 

人类曾有过登陆月球这样梦幻般的探险,扩大了对另一个世界的认识。潜水器就像是有了登月器的后期阿波罗计划,这将是比前人高几个几何级数的探索活动。

 19274

2012 3 26 日,著名电影导演詹姆斯·卡梅隆驾驶“深海挑战者”号 潜水器成为世界上第一个独自潜入世界最深处的“挑战者深渊”的人。该深渊位于太平洋,关岛西南方100 千米处。此前,人类仅有过一次成功深潜马里亚纳海沟的记录。1960 年,美国退役海军上校沃尔什和瑞士工程师雅克·皮卡德曾乘坐海军的潜水器完成了这一壮举。卡梅隆此次深潜10 898 米,周围水压约达到1 089 个大气压。

世界第一潜

历史上,第一个试着做深潜探险的人是著名的物理学家和发明家奥古斯特·皮卡德,也就是雅克·皮卡德的父亲。20 世纪30 年代,他乘坐自己设计的热气球,飞到了22 千米的高空,成为世界上首个到达如此高度的人。20 世纪40 年代,老皮卡德的注意力从大气转到了海洋,并自己动手制造了一艘潜水器。该潜水器吸取了热气球的灵感,可以自己提供动力。这在当时是一个革命性的成就,因为潜艇从此再也无需由水面上的舰艇供给动力,拖着长长的电缆了,完全自由地在海底遨游。

1951 年,老皮卡德和儿子一起造出了著名的“的里雅斯特”号深潜器。长15.1 米,宽3.5 米,一次可载3 人。1953 9 月, 在地中海成功下潜到3 150 米。1955 年,老皮卡德将“的里雅斯特”号卖给美国,同年老皮卡德和他儿子为美国建造新型的深潜器。新的“的里雅斯特”号于1958 年建成,首次试潜就达到5 600 米,第二年达到7 315 米。1960 年,美国利用新研制的深潜器首次潜入世界大洋最深处马里亚纳海沟,下潜深度为10 916 米,这也是目前人类涉足的海洋最深处。

1960 1 23 日,雅克·皮卡德和美国海军军官沃尔什上校进行了世界上第一次对马里亚纳海沟的深潜。两人花了4 小时零43 分钟,一路吃着“好时”巧克力,潜水器缓缓降入深渊。雅克·皮卡德这样记录着当时的海底景象:“这里有终极的平静,巨大的神秘笼罩四周,鱼类在黑暗中睁着贪婪的双眼。”

詹姆斯·卡梅隆则将这里形容为“像月球表面一样荒凉,一个完全陌生的世界”在欣赏了头顶长有圆眼、30 厘米左右的鱼和红色的龙虾后,雅克·皮卡德和沃尔什卸下“的里雅斯特”号携带的铅球,浮上水面。

19275

当年皮卡德父子为了抗击潜水器周围强烈的水压,使用了近乎蛮力的对策:他们用厚钢板加固了球形船体,导致其质量极重,出水时要借助岸上机械拖出。雅克·皮卡德在1960 8 月的美国《国家地理》中曾这样记录:它“看上去更像是一个战俘,而不是海底奥古斯特·皮卡德实验室”。

留有遗憾的深潜

40 年后,另一个热气球驾驶者也将目光投入海洋深处。此人名叫史蒂夫·福斯特,是一位成功的商人和著名的飞行员,曾创下一百多项世界纪录,是世界上唯一一个仅靠飞机和热气球完成了连续环球航行的人。2007 9 月, 他在一次飞机失事中不幸去世,事故发生前,他正在秘密计划独自潜入深海挑战深渊。

19276

2000 年初,一次偶然的机会,史蒂夫·福斯特接触了著名的海洋工程学家格雷厄姆·霍克斯。霍克斯拥有在深海探险前沿的工作经验,卡梅隆在拍摄电影《深海异形》时使用的就是他设计的潜水器“深海漫游者”。这位出生于英国的工程师已经开始研制新型海底巡航潜水器,并打破了由热气球为原型的设计思路,改为以飞机为原型吸取灵感。霍克斯于1994 4 月,携带水下呼吸器创造了单人潜至水下305 米的世界纪录。福斯特对霍克斯说出自己想独自潜入深海挑战深渊的计划时,霍克斯原本希望像前辈一样,能同时享受自己设计、制造并驾驶潜水器的探险。但福斯特无意两人组合深潜,他表示:“我不是乘客类型的人。”最终两人达成了协议:福斯特将资助潜水器“深水飞行挑战者”的研制,并将独自驾驶它潜入大洋深处,打破人类纪录。霍克斯则拥有潜水器的知识产权,该项目在完成前都会处于保密状态。

在潜水器的设计中,包围福斯特座位的压力壳是最大的挑战。幸运的是,霍克斯了解到,早在20年前,圣地亚哥国家深潜设施中心的海军科学家杰里·斯塔仕已经就此问题展开了秘密研究。当时海军对开发轻型、圆柱形壳体,并能潜入水下6 096 米之下的无人驾驶舰艇很感兴趣,斯塔仕因此对很多复合材料都做过研究,包括陶瓷、玻璃和碳纤维。霍克斯随即联系了已经退休的斯塔仕,请他担任自己的项目顾问。在浮力问题上,霍克斯使用了专门订制的泡沫型材料。他的承包商提供了一种由碳纤维编织的材料,用以制造圆柱形压力壳。设计可在约11 000 米的海底深度24 小时自动航行,潜水艇的“翅膀”和推进器能够让它在海底“飞行”10 千米以上,同时拍摄视频和收集数据。

最终,2007 5 月, 潜水器准备就绪,即将迎来它的第一次全深度压力测试。测试地点为宾夕法尼亚大学的应用研究实验室,该实验室也为美国海军提供鱼雷测试( 卡梅隆也在这里进行了他的潜水器测试)。“深水飞行挑战者”通过了这次压力测试。壳体抵抗住了模拟马里亚纳海沟底部的水压,但结果并不十全十美:球形玻璃观察窗上出现了一个小裂缝。虽然这是制造上的问题而并非设计的错误,项目还是因此推迟了几个月。然而,在潜水器的首次公开下水几周前的一个上午,福斯特驾驶着一架两座超级迪卡斯龙飞机由内华达州的农场起飞,他再也没有回来。

19277

深潜还在继续

正当福斯特资助的项目组在霍克斯位于旧金山湾的车间进行着“深水飞行挑战者”的研制工作时,卡梅隆的澳大利亚工程团队也正秘密研制“深海挑战者”。

今天大多数常规潜水器,都使用了较轻的钛金属壳体。但是钛材料的抗压能力最深只能到达水下6 096 米的地方。在制造“深海挑战者号”潜水器时,工程师们将潜水员乘坐的舱室设计成球形,用薄钢板铸造,使其轻巧又坚固。相较之下,圆筒形的船体则需要厚度为前者3 倍的钢材。潜水器结构的其他部分则大多是专门设计的抗压泡沫组织,用以提供浮力。“深海挑战者”最终经受住了洋底的重压,使得近一世纪来,工程师探寻深海景象的梦想成为现实。

研制中,他们发现中国有一种锂电池与美国特斯拉电动车使用的电池非常相似。他们是通过特制的蓝宝石晶体为电动车的翼灯供电。锂因其质量轻和自身的高电化电势已经被广泛用于电池生产。与2 伏特电压的铅酸电池和1.5 伏特的锌碳电池相比,锂的高电化电势可以产生3 伏特以上电压。目前的锂电池可以产生大量的能量,按质量计每千克每小时约400 瓦,而碱性电池每千克每小时为100 瓦,铅酸电池每千克每小时为40 瓦。现有科学家已经研制出电量达到破纪录的每千克每小时1 300 瓦特的电池。这样可以让深潜器的水下动力大大加强。

“深水飞行挑战者”潜水器沉寂了几年,之后被维珍集团创始人理查德·布兰森再次带回公众面前。它被重新命名为“维珍海洋”号,并且正在准备再次向世界最深处发出挑战。其首席驾驶员克里斯·威尔士在自己的博客中提到,他和卡梅隆的深潜活动更趋向于互补而不是竞争。“维珍海洋”号可以在大洋底部航行19 千米到24 千米,在大范围海域探险以及确认哪些海域值得进行精密研究表现十分出色,而卡梅隆的潜水器能在指定的海域进行完美的精密研究。他写道,我们的努力如果加起来,就可以实现更深入的联合。期待着能够在沃尔什、皮卡德和卡梅隆的基础上,为实现真正的研究联盟作出贡献。





上一篇:农作物不再需要阳光
下一篇:马里亚纳海沟传奇
©2011-2020 版权所有:中国数字科技馆
未经书面许可任何人不得复制或镜像
京ICP备11000850号 京公网安备110105007388号
信息网络传播视听节目许可证0111611号
国家科技基础条件平台