此次展览将持续至2021年2月20日 。
新京报快讯（采访人员 张璐）“奋斗者”号全海深载人潜水器科普展今天（12月31日）在中国科技馆开幕 ， 随之亮相的还有“奋斗者”号0.6倍高仿真模型 。 采访人员从中国科学院声学研究所获悉 ， 此次展览将持续至2021年2月20日 。
“奋斗者”号全海深载人潜水器成功完成万米海试并胜利返航 ， 标志着我国具有了进入世界海洋最深处开展科学探索和研究的能力 ， 体现了我国在海洋高技术领域的综合实力 。
在此次科普展中 ， “奋斗者”号全海深载人潜水器0.6倍高仿真模型亮相 ， 展示了“奋斗者”号的声学系统相关设备、浮力材料 。 展览还配备了图文展板及多媒体视频 ， 展现“奋斗者”号取得的科技成果 ， 让公众近距离了解“奋斗者”号的科学原理 。
相较于前两代的“蛟龙”号与“深海勇士”号载人潜水器 ， “奋斗者”号的声学系统实现了完全国产化 ， 突破了全海深难关 ， 技术指标更高 。 那么 ， 它的声学系统有什么功能？科研人员如何攻克难关？对此 ， 新京报采访人员专访“奋斗者”号声学系统团队90后成员——中国科学院声学研究所工程师廖佳伟 。
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观众在参观“奋斗者”号 。 摄影/新京报采访人员 浦峰
水声通信 ， 万米深海下实现信号实时传输
新京报：为什么声学系统在潜水器中很重要？
廖佳伟：潜水器有很多种 ， 有缆的、无缆的、载人的、无人的 ， 装载的声学系统设备也各不相同 。 从“蛟龙”号到“深海勇士”号 ， 再到“奋斗者”号 ， 它们都是无缆的载人潜水器 ， 对声学系统要求都特别高 。
载人潜水器 ， 必须要确保潜航员和科学家的安全 ， 尤其是在万米深海巨大的压力下 。 所有的设备和性能 ， 都要以人的安全为前提 。 长距离的载人深潜 ， 必须保证潜水器下潜之后和海面母船实时通信 ， 这时就得完全依赖于声学系统 。
新京报：为何要用声波通信 ， 而非其他通信方式？
廖佳伟：“奋斗者”号前往的是全世界最深的地方——马里亚纳海沟 。 它的最大水深在11000米左右 。 大家可能对此没有什么概念 ， 举例来说 ， 珠穆朗玛峰的高度是8848.86米 ， 马里亚纳海沟的深度相当于在珠峰的高度再叠一座西岳华山的高度 。
水声通信是“奋斗者”号与母船“探索一号”之间沟通的唯一桥梁 ， 实现了潜水器从万米海底至海面母船的文字、语音及图像的实时传输 。
大家可能很好奇 ， 为什么不用5G通信 ， 这是因为电磁波在海水中的衰减很快 ， 意味在深海中 ， 所有的信号都失效了 ， 而声波是在深水下进行远程信号通信的唯一通信方式 。
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“奋斗者”号内部 。 摄影/新京报采访人员 浦峰
声学系统相当于“眼睛、耳朵和嘴巴”
新京报：奋斗者号的声学系统有什么功能？
廖佳伟：声学系统相当于潜水器的眼睛、耳朵和嘴巴 。
潜水器有探照灯 ， 但是下潜到伸手不见五指的深海后 ， 灯光相对来说是很微弱的 ， 视野范围也很小 。 潜水器长约10米 ， 高约4米 ， 相对来说 ， 它的三个观察窗全都位于前部 ， 且非常小 ， 所以也不可能靠人眼观测 。
潜水器通过声呐设备实现“看”的功能 。 它的原理很简单 ， 通过发射声波和接收声波 ， 为潜水器的航行和作业提供帮助 ， 比如地形地貌探测、障碍物探测、小目标搜寻、定位导航等 。
声学系统包含9种18部声呐设备 ， 基本上所有对外联络的功能都是声学系统实现的 ， 所以也承担了“听”和“说”的功能 。
这些声呐都是露在潜水器外面的 ， 不可能藏在“肚子”里 。 它们通过发送这种固定频率的声音 ， 引起海水的震动 。 科研人员在另一端用大功率的接收机接收这种振动波 ， 通过解析、处理、数据转换 ， 把数据传出去 。
新京报：请介绍几个主要的声呐设备 ， 它们怎么“分工”？
廖佳伟：前视成像声呐被称为国产化的“大眼睛” ， 它在水下可以实现超视距的观测 ， 在马里亚纳海沟的海山等复杂地形航行和作业中 ， 通过前视成像声呐实时测量距前方山体距离 ， 及时“提醒”潜水器进行避障 。
此次“奋斗者”号下潜还要寻找为它进行直播的“沧海号” 。 “奋斗者”号在海底搜寻沧海号过程中 ， 潜航员通过前视成像声呐在一百米外清晰探测到沧海号 ， 并完成了直播系统的搭建 。
水声通信相当于“打电话” ， 相当于水下的QQ、微信 ， 目的就是为了跟水面进行实时交流 ， 反馈现在的状态 。 当潜航员发现了罕见的海底生物 ， 也可以拍摄并实时和海面母船分享 。
在陆地上 ， 我们去一个陌生的地方 ， 可以用北斗或者GPS导航 ， 但这些在水下通通失效 。 “奋斗者”号在水下 ， 母船如何知道它的位置？声学多普勒测速仪、定位声呐、惯性导航 ， 三者形成了组合导航系统 ， 为巡航作业提供高精度的水下定位导航 ， 让潜水器和母船相互知道对方的位置 。
在11月16日的下潜作业中 ， 借助组合导航系统和声呐设备 ， “奋斗者”号潜航员仅用了半小时便成功取回了此前布放在万米海底的3个水下取样器 ， 成功实现“海底捞针” ， 并通过水声通信机将取样画面回传至母船 。 这个“定点作业”能力意义是很重大的 ， 后续科研人员还可以将科学装置长期留在海底 ， 等下次科考时再去取回 ， 进行研究 。
还有一种叫做避碰声呐 ， 顾名思义 ， 就是避障用的 。 它的个子比较小 ， 易于安装和拆卸 ， 在潜水器上有七个 ， 实时监测各个方向有没有障碍物 ， 距离它多远 。
海试时 ， 各单位协作“全员出动”
【系统|“奋斗者”号模型亮相中国科技馆，科研人员揭秘其声学系统】新京报：你参加了潜水器声学系统试验的哪些过程？最难突破的点在哪里？
廖佳伟：我来团队不到两年 ， 参加了声学系统的湖试、海试、总装联调等 ， 基本是全过程跟下来的 。 今年突如其来的疫情打乱了我们原有的计划 。
声学系统团队在北京 ， 总装联调在无锡 。 刚开始我们过不去 ， 直到3月初 ， 我和另一位队员才到达无锡 ， 在当地停留了4、5个月的时间 ， 进行水池试验和总装联调 。
到达当地后 ， 我们首先要进行核酸检测和隔离 ， 不能到达现场 ， 所以与实验团队协调是很困难的 。 出现了问题 ， 我们在隔离点完全见不到设备、数据和测试环境 ， 只能凭着之前的经验推测可能出现的问题 ， 一点点排除问题 ， 想出解决办法 ， 不能因为声学系统耽误试验进程 。
新京报：海试过程中 ， 有没有让你难忘的故事？
廖佳伟：有幸参与到这个国家重点研发项目中 ， 我确实有一些特别难忘的经历 。
我们进行水池试、湖试时 ， 实验条件不错 。 出海进行海试时就很辛苦了 。 7、8月份海面上的紫外线非常强烈 ， 中午烈日炙烤 ， 我们要在暴晒的科考船甲板上拷贝设备数据 。 半夜 ， 科考船四周全是水漆黑一片 ， 我们要进行设备的布放 ， 在监控室观察数据 ， 凌晨还要回收设备 。
出海的每个航次都有多个单位要进行多个实验 。 比如我出海20多天 ， 做声学设备实验可能只有四五天 。 但是从上船的那一刻 ， 船上就有一种文化——没有单位 ， 只有岗位 。
遇到海况特别差的情况时 ， 船体晃动难以保持平衡 ， 如果撞到哪儿了是很麻烦的事 。 所以其他单位成员做实验时 ， 我们大家都会帮忙拽绳子、拖拉设备、挂钩 。 大家轮换着来 ， 或者全员出动、互相帮忙 。
总装联调阶段 ， 涉及的单位和设备很多 。 如果出现问题 ， 团队之间相互分析讨论 ， 连夜加班查找问题也是很常见的 。
声学系统实现完全国产化 ， 打破国外技术封锁
新京报：此次“奋斗者”号的声学系统实现完全国产化 ， 有什么意义？
廖佳伟：由于水声通信技术的敏感性以及巨大的应用价值 ， 国外长期对中国禁止出口相关设备 ， 进行技术封锁 。
从“蛟龙”号到现在的“奋斗者”号 ， 声学系统团队自2002年就开始了自主研发 ， 有近20年的研发历程 。 目前 ， “奋斗者”号上的水声通信系统实现了完全国产化 。
奋斗者号突破了“全海深”难关 ， 以前“蛟龙”号最大下潜深度达到了7062米 ， “深海勇士”号作业能力达到水下4500米 ， 技术指标相较前两代更高 ， 打破了外国对中国的技术封锁 。
新京报采访人员 张璐 摄影采访人员 浦峰
编辑 樊一婧 校对 李立军
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