新京報快訊（記者 張璐）“奮鬥者”號全海深載人潛水器科普展今天（12月31日）在中國科技館開幕，隨之亮相的還有“奮鬥者”號0.6倍高仿真模型。記者從中國科學院聲學研究所獲悉，此次展覽將持續至2021年2月20日。
“奮鬥者”號全海深載人潛水器成功完成萬米海試並勝利返航，標誌著我國具有了進入世界海洋最深處開展科學探索和研究的能力，體現了我國在海洋高技術領域的綜合實力。
在此次科普展中，“奮鬥者”號全海深載人潛水器0.6倍高仿真模型亮相，展示了“奮鬥者”號的聲學系統相關設備、浮力材料。展覽還配備了圖文展板及多媒體視頻，展現“奮鬥者”號取得的科技成果，讓公眾近距離了解“奮鬥者”號的科學原理。
相較於前兩代的“蛟龍”號與“深海勇士”號載人潛水器，“奮鬥者”號的聲學系統實現了完全國產化，突破了全海深難關，技術指標更高。那麼，它的聲學系統有什麼功能？科研人員如何攻克難關？對此，新京報記者專訪“奮鬥者”號聲學系統團隊90後成員——中國科學院聲學研究所工程師廖佳偉。
觀眾在參觀“奮鬥者”號。攝影/新京報記者 浦峰
水聲通信，萬米深海下實現信號實時傳輸
新京報：為什麼聲學系統在潛水器中很重要？
廖佳偉：潛水器有很多種，有纜的、無纜的、載人的、無人的，裝載的聲學系統設備也各不相同。從“蛟龍”號到“深海勇士”號，再到“奮鬥者”號，它們都是無纜的載人潛水器，對聲學系統要求都特別高。
載人潛水器，必須要確保潛航員和科學家的安全，尤其是在萬米深海巨大的壓力下。所有的設備和性能，都要以人的安全為前提。長距離的載人深潛，必須保證潛水器下潛之後和海面母船實時通信，這時就得完全依賴於聲學系統。
新京報：為何要用聲波通信，而非其他通信方式？
廖佳偉：“奮鬥者”號前往的是全世界最深的地方——馬裡亞納海溝。它的最大水深在11000米左右。大家可能對此沒有什麼概念，舉例來說，珠穆朗瑪峰的高度是8848.86米，馬裡亞納海溝的深度相當於在珠峰的高度再疊一座西嶽華山的高度。
水聲通信是“奮鬥者”號與母船“探索一號”之間溝通的唯一橋樑，實現了潛水器從萬米海底至海面母船的文字、語音及圖像的實時傳輸。
大家可能很好奇，為什麼不用5G通信，這是因為電磁波在海水中的衰減很快，意味在深海中，所有的信號都失效了，而聲波是在深水下進行遠程信號通信的唯一通信方式。
“奮鬥者”號內部。攝影/新京報記者 浦峰
聲學系統相當於“眼睛、耳朵和嘴巴”
新京報：奮鬥者號的聲學系統有什麼功能？
廖佳偉：聲學系統相當於潛水器的眼睛、耳朵和嘴巴。
潛水器有探照燈，但是下潛到伸手不見五指的深海後，燈光相對來說是很微弱的，視野範圍也很小。潛水器長約10米，高約4米，相對來說，它的三個觀察窗全都位於前部，且非常小，所以也不可能靠人眼觀測。
潛水器通過聲吶設備實現“看”的功能。它的原理很簡單，通過發射聲波和接收聲波，為潛水器的航行和作業提供幫助，比如地形地貌探測、障礙物探測、小目標搜尋、定位導航等。
聲學系統包含9種18部聲吶設備，基本上所有對外聯絡的功能都是聲學系統實現的，所以也承擔了“聽”和“說”的功能。
這些聲吶都是露在潛水器外面的，不可能藏在“肚子”裡。它們通過發送這種固定頻率的聲音，引起海水的震動。科研人員在另一端用大功率的接收機接收這種振動波，通過解析、處理、數據轉換，把數據傳出去。
新京報：請介紹幾個主要的聲吶設備，它們怎麼“分工”？
廖佳偉：前視成像聲吶被稱為國產化的“大眼睛”，它在水下可以實現超視距的觀測，在馬裡亞納海溝的海山等複雜地形航行和作業中，通過前視成像聲吶實時測量距前方山體距離，及時“提醒”潛水器進行避障。
此次“奮鬥者”號下潛還要尋找為它進行直播的“滄海號”。“奮鬥者”號在海底搜尋滄海號過程中，潛航員通過前視成像聲吶在一百米外清晰探測到滄海號，並完成了直播系統的搭建。
水聲通信相當於“打電話”，相當於水下的QQ、微信，目的就是為了跟水面進行實時交流，反饋現在的狀態。當潛航員發現了罕見的海底生物，也可以拍攝並實時和海面母船分享。
在陸地上，我們去一個陌生的地方，可以用北鬥或者GPS導航，但這些在水下通通失效。“奮鬥者”號在水下，母船如何知道它的位置？聲學多普勒測速儀、定位聲吶、慣性導航，三者形成了組合導航系統，為巡航作業提供高精度的水下定位導航，讓潛水器和母船相互知道對方的位置。
在11月16日的下潛作業中，藉助組合導航系統和聲吶設備，“奮鬥者”號潛航員僅用了半小時便成功取回了此前布放在萬米海底的3個水下取樣器，成功實現“海底撈針”，並通過水聲通信機將取樣畫面回傳至母船。這個“定點作業”能力意義是很重大的，後續科研人員還可以將科學裝置長期留在海底，等下次科考時再去取回，進行研究。
還有一種叫做避碰聲吶，顧名思義，就是避障用的。它的個子比較小，易於安裝和拆卸，在潛水器上有七個，實時監測各個方向有沒有障礙物，距離它多遠。
海試時，各單位協作“全員出動”
新京報：你參加了潛水器聲學系統試驗的哪些過程？最難突破的點在哪裡？
廖佳偉：我來團隊不到兩年，參加了聲學系統的湖試、海試、總裝聯調等，基本是全過程跟下來的。今年突如其來的疫情打亂了我們原有的計劃。
聲學系統團隊在北京，總裝聯調在無錫。剛開始我們過不去，直到3月初，我和另一位隊員才到達無錫，在當地停留了4、5個月的時間，進行水池試驗和總裝聯調。
到達當地後，我們首先要進行核酸檢測和隔離，不能到達現場，所以與實驗團隊協調是很困難的。出現了問題，我們在隔離點完全見不到設備、數據和測試環境，只能憑著之前的經驗推測可能出現的問題，一點點排除問題，想出解決辦法，不能因為聲學系統耽誤試驗進程。
新京報：海試過程中，有沒有讓你難忘的故事？
廖佳偉：有幸參與到這個國家重點研發項目中，我確實有一些特別難忘的經歷。
我們進行水池試、湖試時，實驗條件不錯。出海進行海試時就很辛苦了。7、8月份海面上的紫外線非常強烈，中午烈日炙烤，我們要在暴曬的科考船甲板上拷貝設備數據。半夜，科考船四周全是水漆黑一片，我們要進行設備的布放，在監控室觀察數據，凌晨還要回收設備。
出海的每個航次都有多個單位要進行多個實驗。比如我出海20多天，做聲學設備實驗可能只有四五天。但是從上船的那一刻，船上就有一種文化——沒有單位，只有崗位。
遇到海況特別差的情況時，船體晃動難以保持平衡，如果撞到哪兒了是很麻煩的事。所以其他單位成員做實驗時，我們大家都會幫忙拽繩子、拖拉設備、掛鉤。大家輪換著來，或者全員出動、互相幫忙。
總裝聯調階段，涉及的單位和設備很多。如果出現問題，團隊之間相互分析討論，連夜加班查找問題也是很常見的。
聲學系統實現完全國產化，打破國外技術封鎖
新京報：此次“奮鬥者”號的聲學系統實現完全國產化，有什麼意義？
廖佳偉：由於水聲通信技術的敏感性以及巨大的應用價值，國外長期對中國禁止出口相關設備，進行技術封鎖。
從“蛟龍”號到現在的“奮鬥者”號，聲學系統團隊自2002年就開始了自主研發，有近20年的研發歷程。目前，“奮鬥者”號上的水聲通信系統實現了完全國產化。
奮鬥者號突破了“全海深”難關，以前“蛟龍”號最大下潛深度達到了7062米，“深海勇士”號作業能力達到水下4500米，技術指標相較前兩代更高，打破了外國對中國的技術封鎖。
新京報記者 張璐 攝影記者 浦峰
編輯 樊一婧 校對 李立軍
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