“蛟龙”“勇士”的奋斗史

2021年5月初的某一天，我从青岛市中心出发，沿着海岸线一路北上，只花了一个小时就来到了风景秀丽的即墨市。那里有个天然良港，曾经是向阳庄村渔民们出海捕鱼的起点。如今那个渔港里已经没有渔船了，取而代之的是一艘4500吨级的“深海一号”科考船。这是一艘2019年刚刚下水的新船，它接替了已退役的“向阳红09号”科考船，成为中国第一台作业型深海载人潜水器“蛟龙号”的母船。

负责“蛟龙号”日常运营维护工作的国家深海基地管理中心就建在港湾的旁边，基地潜航员齐海滨用一把钥匙打开了仓库的大门，里面静悄悄的，没有一个人。我一眼就看到了屋子中间的“蛟龙号”，它刚刚出海回来，需要做一次例行检查，所以外壳被拿掉了，看上去很像博物馆里展出的恐龙骨架，谈不上有什么美感。不过我心里很清楚，这是中国制造的第一台大深度载人潜水器。从论证到立项，从设计到研发，从制造到海试，它走过的每一步都是从零到一的跨越，它身上的每个零部件都充满了故事。

那就让我们从立项开始说起吧。艰难的立项

“‘蛟龙号’的正式立项是在2002年，但这个立项的过程是从1992年开始的。”中国船舶重工集团公司第702研究所（以下简称“702所”）研究员、中国工程院院士徐芑南开门见山地对我说，“我们1992年就提出要搞中国的载人潜水器，各路专家经过了10年的论证，再加上相关技术储备的不断积累，终于说服科技部在2002年将‘蛟龙号’列入了863重大专项。”

据徐院士介绍，中国早在上世纪70年代就对海底发生了兴趣，一个原因是海军的需求，另一个原因是在渤海湾发现的大油田。但无论是军用救生潜艇还是渤海湾油田勘探，都不用潜得那么深，对深海勘探技术的需求并不那么强烈，所以直到90年代，中国制造的载人潜水器的最大深度也就几百米，远远落后于国际先进水平。

1990年发生了一件大事，中国大洋矿产资源研究开发协会（以下简称“大洋协会”）经国务院批准在北京成立，标志着中国正式进入了海底矿产资源的勘探和开发领域。1991年，大洋协会依据《联合国海洋法公约》被核准为深海采矿先驱投资者，获得了15万平方公里太平洋矿区的专属勘探权和优先开采权，而那个矿区属于多金属结核矿，位于5000多米深的海底。

就这样，中国人进入深海的需求终于出现了。

光有需求的牵引还不够，还要有技术的推动。当时中国只有缆控的无人潜水器（Remote Operated Vehicle，以下简称ROV），即用一根电缆拖着一台潜水器进入水下进行探测。因为要同时负责供电和信号传输，所以这根电缆必须做得非常结实，就像一根又粗又长的辫子拖在水里，阻力太大了，因此这种ROV更适合在小范围内使用。对于那个15万平方公里的矿区来说，这个办法效率太低，能耗也太大，根本行不通。

于是，徐芑南院士领导的702所团队和封锡盛院士领导的中科院沈阳自动化研究所团队与俄罗斯合作，研制成功了两台6000米级的无缆水下机器人（Autonomous Underwater Vehicle，以下简称AUV），分别命名为CR-01和CR-02。顾名思义，这两台AUV依靠自带的电池供电，下水后能够按照预先设定的路线自主进行水下探测，工作效率大大提高。

“布放到水里后，这两台AUV会自动下潜到距离海底5～10米的地方，然后通过自带的声呐扫描海底地形，并用自带的照相机对海床进行拍照，所有数据都存储在自带的硬盘里，完成任务后由母船进行回收。”徐院士对我说，“如果使用过程中出现故障，它会抛掉压载自动浮出水面，所以我们在海试时最担心的不是它浮不上来，而是它老浮上来。”

在这两台AUV被制造出来之前，海底调查采样的工具极其简陋，自返式无缆抓斗是海底多金属结核采样的主要装备。“这种抓斗不具备定点采样功能，扔到哪里算哪里，抓到啥就是啥，我经常开玩笑说这叫‘打到哪里指到哪里’。”徐院士回忆说。

曾经连续6年担任“蛟龙号”海试总指挥的大洋协会办公室主任刘峰告诉我，当年使用的这种抓斗布放回收一次至少需要6个小时，单次采样的面积约为0.25平方米，这0.25平方米内的多金属结核量，就成了计算海底矿物丰度的依据。当年他们就是用这个笨办法调查了200万平方公里的太平洋矿区，对多金属结核的矿区资源进行了初步评价，从而获得了15万平方公里矿区的勘探权。按照国际海底管理局（International Seabed Authority，以下简称“海管局”）的规定，接下来大洋协会需要对分配给中国的这15万平方公里的矿区进行更加细致的勘探，仅凭自返式无缆抓斗或者AUV显然是不够的，想办法让科学家到海底实地勘察便成为一项紧迫的需求。

2001年底，各路专家齐聚北京，开会讨论是否应该立即上马载人潜水器，以及如何制定潜水器的性能规格。会上大家争议不断，支持者认为我们通过研发6000米级AUV，已经有了足够多的技术积累，再加上当时的国际环境也比较好，是时候发展自己的载人潜水器了。反对者则认为载人潜水器能做的事情无人潜水器同样也能做，但后者的成本和风险都要小得多，肯定是未来的发展方向，所以我们不值得冒这个险，应该把主要精力放在研发更先进的无人潜水器上。最终还是前国家科委主任宋健院士当场拍板，决定研发载人潜水器，而且把目标定为7000米。

对于7000米这个目标，当时也是有很大争议的。“蛟龙号”第一副总设计师崔维成告诉我，当年国际上最深的作业型载人潜水器是日本的“深海6500”，下潜深度6500米，“蛟龙号”定7000米是为了超过日本，把作业型载人深潜的世界纪录再往前推一步。对于此前基础几乎为零的中国设计团队来说，其难度可想而知。

但是，曾经担任过“奋斗者号”总建造师的702所高级工程师刘帅则认为当时中国的技术能力还处在几百米这个等级，无论是6500米还是7000米，对于中国设计团队来说难度是差不多的，没有本质区别。刘峰主任则认为中国人有必要在别人的肩膀上再往前走一步，为人类探索深海的远大目标作出中国的贡献。

就这样，科技部于2002年将“7000米载人潜水器”这个项目（当时还没有“蛟龙”这个名字）正式列入“国家高技术研究发展计划”（863计划）。大洋协会作为“蛟龙号”的业主，负责统筹整个项目。702所作为研发主体，负责“蛟龙号”的整体设计和总装。而1996年做完AUV之后便已退休的徐芑南院士又被请了回来，担任了“蛟龙号”的总设计师。他和当时的702所所长崔维成一起，组成了一个包括16名本科生在内的“蛟龙号”研发团队，向7000米这个目标发起了冲击。

2021年6月初的某一天，我来到了位于无锡郊区的702所。这里背靠龙王山，地质状况稳定，翻过山就是太湖，水源充足，是个研究船舶的好地方。

走进大门，首先映入眼帘的就是3个完全按照原样复制的载人潜水器模型，所有细节都做得十分逼真。这3台潜水器都是702所做出来的，基本结构十分相似，但在一些重要的细节上差别明显。其中7000米级的“蛟龙号”自重22吨，体形居中，船身是白色的，只有顶部被漆成红色，船头有个很突出的“帽檐”，船体的横截面近乎圆形；4500米级的“深海勇士号”体形最小，自重只有20吨，主体同样是红顶白身，船身横截面近似方形，船头扁平，“帽檐”被去掉了；1.1万米级的“奋斗者号”体形最大，自重达到了36吨，主体被漆成绿色，再加上橙顶和白边，曾经被人调侃是印度国旗色。“奋斗者号”是目前全世界性能最优良的载人潜水器之一，体形比另外两台潜水器大了一圈，横截面是纺锤形的，“帽檐”比“蛟龙号”的更大更圆。

按照事先的安排，我首先采访了702所研究员胡震，他从“蛟龙号”开始便亲身参与了中国载人潜水器的研发工作，对整个过程十分了解。“当年我们只做过600米级的救援潜艇，对深海载人潜水器了解得非常少。”后来担任了“深海勇士号”总设计师的胡震对我说，“我们知道国际上已经开发出了6000米级的载人潜水器，但我们只能从公开资料上找到一些图片和新闻报道，涉及到技术细节的专业文献是查不到的。”

胡震告诉我，当“蛟龙号”立项的消息公布后，俄罗斯科学院下属的施尔邵夫研究院立刻通过中国驻俄罗斯大使馆发来信息，希望和中方合作，由他们全权负责帮助中国造一个载人潜水器。但是中方不希望由俄罗斯大包大揽，而是希望自己来造，走“自主设计集成创新”的道路。双方没有谈拢，关系搞僵了，他们原本答应拿来供我们参考的设计图纸也不让我们看了。

“后来我们听说浙大的陈鹰教授曾经坐过一次‘阿尔文号’，于是整个团队跑到杭州去找他了解情况。他突然见到这么多人来找他，吓了一大跳。”胡震回忆说，“可惜陈鹰教授是做机械液压装置的，对载人潜水器这块不太熟，只能跟我们描述个大概。后来我们得知另一位浙大教授杨灿军也要去坐‘阿尔文号’，便立刻过去找他，向他提了很多问题。可惜后来杨教授虽然登上了‘阿尔文号’的母船，但因为意外受伤没有下潜。不过他仍然带回来很多照片，回国后跟我们团队交流了整整两天，大家终于对载人深潜这件事有了更深刻的了解。”

与此同时，“蛟龙号”团队还和俄罗斯的克雷洛夫中央研究院取得联系，在他们的帮助下去俄罗斯亲眼看到了“领事馆号”和“俄罗斯号”这两台6000米级载人潜水器的球舱。当时这两台军用潜水器还没有完全造好，但钛合金载人球舱这个最关键的部件已经完成了。

在这些背景知识的基础上，“蛟龙号”研发团队制造了一批模型，做出了整体设计方案，列出了一份详细的设备清单。但当时国内尚不具备独立制造其中一部分关键设备的能力，只能先去国外采购。好在大洋协会因为参与海管局的工作，与西方国家合作很多，建立了良好的采购渠道。“蛟龙号”所使用的浮力材料、推进器、高压海水泵、机械手、液压系统、水下定位系统、观察窗、照明设备和摄影摄像装置等都是进口的。

其中比较关键的一套组件就是由美国负责制造、英国负责切削加工和粘接的浮力材料。由于美方高性能产品合格率低、造价偏高等原因，这批浮力材料在交货时其性能下降了一个档次，从DS-32降到了DS-35，也就是说其密度从0.52克/毫升增加到了0.57克/毫升。大家千万别小看这点差别，这就意味着同等体积的浮力材料所能提供的浮力发生了变化，设计时必须重新进行计算。

当然了，“蛟龙号”最关键的结构件无疑是载人球舱。由于中国与俄罗斯有着长期良好的合作关系，载人球舱委托给俄罗斯的波罗的海造船厂。这家老牌造船厂曾经做过6000米级的钛合金载人球壳，在这方面有些经验。当时中国不但没有能力加工如此厚度的钛合金板材，更关键的焊接技术也达不到要求。事实上，俄罗斯人也没有能力将钛合金板材直接做成两个半球，只能先把板材加工成西瓜瓣形状，然后用手工焊接的方式将14个西瓜瓣焊成一个圆球。

作为载人球舱的设计者，702所全程参与了载人球舱的制造和焊接过程，并对产品进行了检查和验收。最终制成的载人球舱在海水中的重量几乎为零，但如果加上3个人以及一些设备的话，就需要添加浮力材料来平衡。因为载人球舱正好位于船头下方，这就是为什么“蛟龙号”的前头有个“帽檐”的原因。

除此之外，“蛟龙号”的控制系统交给了沈阳自动化研究所，他们在研制CR-01和CR-02的过程中积累了丰富的经验，把握很大。声学通信系统则交给了中科院声学所，他们在这方面的技术积累非常深厚，研制成功的这套设备不但可以传输声音，还能进行简单的数据传输，这就使得“蛟龙号”能够和母船通过类似手机短信的方式进行联络。

值得一提的是，“蛟龙号”没有用当时最先进的锂电池，而是采用了价格昂贵但能做到全部国产化的银锌电池，直到“深海勇士号”和“奋斗者号”才用上了国产锂电池，使用成本终于降了下来。

拿到这批进口材料后，科技部立刻安排相应的部门将其国产化，并在这一过程中提高了部分组件的性能。比如“蛟龙号”的推进器是从美国买的，噪声很大，严重影响了水声通信的质量。于是中方对这一产品进行了优化，最终生产出来的推进器的噪声比美国的少20分贝。

中方这么做除了担心将来被卡脖子之外，还有个很现实的考虑，那就是后期海试需要准备很多备件，完全依赖进口的话成本太高了。据徐芑南院士透露，2012年“蛟龙号”交付时，由中方生产的推进器备件就已经做出来了，大大节约了使用成本。

虽然2012年才交付，但实际上“蛟龙号”早在2009年就已组装完毕。接下来该做什么呢？专家们产生了分歧。

“蛟龙号”属于“十五”863项目，2009年完成总装并通过了水池试验之后就算告一段落了。但如果不进行海试的话，这台潜水器是没法实际应用的。

“虽然大家的关注点都在潜水器上，但光有一台潜水器是远远不够的，还需要很多其他部门的配合才能发挥它的作用。”曾经担任过“蛟龙号”863项目总体组组长的刘峰对我说，“作为这个项目的承担单位，大洋协会把整个深海探索项目分成了四大系统，分别是载人潜水器、水面支持、潜航员选拔培训和实际应用。而作为总体组的组长，我的任务就是管理国内上百家合作机构，协调这四大系统，让它们无缝衔接。”

要想做到这一点，海试是必不可少的环节。再加上“蛟龙号”是国内第一台大深度载人潜水器，大家缺乏实战经验，海试必须由浅入深地向前推进，不能太心急。于是，科技部先后拨出了三笔总数高达1.4亿元的专项经费，用了4年时间完成了1000米级、3000米级、5000～7000米级海试，并于2012年6月在马里亚纳海沟下潜至7062米，创下了当时全世界同类作业型载人潜水器的最深下潜纪录。

事实证明，这笔钱没有白花，因为“蛟龙号”的很多潜在问题光凭水池试验是无法暴露的，有些问题甚至是在海试结束后的试验性应用阶段才发现的。比如某次“蛟龙号”结束海底作业准备上浮时，一侧的压载铁没有抛下去，导致船身倾斜，浮力也不足，潜航员不得不动用推进器助推才浮上来。另一次较严重的事故发生在母船的A架上，导致“蛟龙号”吊不上来，3名潜航员被迫在舱里待了27个小时。好在整个团队顶住了压力，圆满地解决了吊车的问题。刘峰提到的四大系统也在实战中得到了很好的锻炼，为后面两台载人潜水器的实际应用积累了宝贵的经验。

2012年海试结束后，“蛟龙号”正式移交给了大洋协会，这个项目终于大功告成了。按照常人的想法，接下来就该冲击万米了，但科技部却做出了一个引起争议的决定，将国产载人和无人潜水器的目标都退回到了4500米。

“我认为这是一个非常了不起的决定，也是一个特别值得反思的决定。”曾任科技部21世纪议程管理中心海洋处项目主任的向长生对我说，“虽然科技部的目标一直都是勇攀科技高峰，但我们不能总是依靠购买别人的技术来实现这个目标。这就相当于刚买完关键部件组装好了一辆奥迪，又走同样的路径去搞迈巴赫。照这样下去，国家深海自主创新能力始终是形不成的。但是，要想做到自主研发，考虑到国家的工业基础能力还不够强，目标不宜定得太高，这就好比一个人在跳跃之前，先要做个深蹲。”

就在此时，传来了卡梅隆驾驶“深海挑战者号”载人潜水器坐底马里亚纳海沟的消息，原定将会成为“深海勇士号”总设计师的崔维成有点坐不住了。“卡梅隆那个是单人的，操作性也不好，不是用来作业的。但我判断国外一定有人开始研发真正的作业型万米级载人潜水器了，我们再不开始就来不及了。”崔维成对我说，“所以我提议跳过4500米，直接攻关1.1万米级载人潜水器。只要给我足够多的经费，我有50%～60%的把握比美国人先下到马里亚纳海沟。”

崔维成告诉我，当年的国际环境是很宽松的，他相信万米级载人潜水器所需的各种部件都是可以买到的。比如他已经和芬兰一家公司谈好了马氏体镍钢载人球的合作，一旦钱到位了立刻就可以下单。要知道，当初俄罗斯的“和平-1号”和“和平-2号”载人球舱就是委托那家芬兰公司制造出来的。

“万米级载人潜水器不是普通商品，没有批量生产的必要，造出一个来就够了。如果外国有人能做，我们买过来用就是了，自主研发不划算。”崔维成说，“美国富翁瓦斯科沃造的那个‘限制因子号’采用了来自30多个国家的150多家公司的产品，瓦斯科沃只不过将它们组装起来而已，但荣耀和名誉都被他抢走了。”

但是科技部没有同意崔维成的建议，仍然坚持先做4500米级的“深海勇士号”。2013年，崔维成离开了702所，加盟上海海洋大学，并用自己卖房子的钱作为启动资金，成立了深渊科学技术研究中心。他打算借助商业的力量完成自己的梦想，利用民间资本建造一批万米级潜水器，无人的和载人的都要做。

2014年，崔维成说服了自己在英国读博士期间认识的同门师弟吴辛，两人合作成立了上海彩虹鱼海洋科技股份有限公司。当时吴辛已是一家世界500强企业的高管，他的任务就是负责找钱，而崔维成的任务就是尽快把1.1万米级无人和载人潜水器做出来，和702所这个“国家队”展开竞争。

今天看来，这件事非常像“太空探索技术公司”（SpaceX）与“美国航空航天局”（NASA）之间的竞争。但崔维成没有想到的是，中国的商人里没有埃隆·马斯克（Slon Musk）那样的人物，中国人对海洋的兴趣也远远比不上对航天的热情。彩虹鱼项目迟迟找不到合适的盈利模式，商人们看不到回报，投资很快就中断了。没有了国家项目的光环，来自地方政府和大学系统的科研经费也轮不到他，项目很快就做不下去了。

当我6月份专程去上海海洋大学的深渊科学技术研究中心参观的时候，发现这个鼎盛时期有20多人的团队只剩下了9人。已经做好的3台无人潜水器摆放在仓库里，看上去已经很久没有下过水了。其中一台无人潜水器是按照1.1万米级的要求制造的，但在海试时出了些意想不到的状况，没有成功，所以无论是名分还是后续海试的经费都拿不到了。而崔教授本人也已经离开了上海海洋大学，全职加入了西湖大学，继续追逐他的深海梦。

只是这一次，他想做点不一样的东西。

“载人的高峰已经过去，未来肯定是以无人为主。”崔维成对我说，“我把现在的潜水器都称为第二代，而我打算研发第三代智能仿生鱼型潜水器。刚开始先做无人的，后面发展到了一定阶段后，也会做一两台载人的，但大批量生产的必然是无人的仿生鱼型。”

崔维成所说的仿生鱼型潜水器指的是一类用实心硅胶弹性体制成的新型软体水下机器人，因为其内部没有空腔，所以抗压能力更好。就在不久前，总部位于杭州的之江实验室和浙江大学等机构合作，率先研制成功了无耐压壳保护的万米级深海软体机器人，能够在马里亚纳海沟实现软体机器人的自主驱动，并实现了南海3000米深海自由航行。该成果登上了2021年3月4日出版的《自然》（Nature）杂志封面，还是相当耀眼的。

据崔维成透露，他的西湖大学实验室将在这一成果的基础上，继续研究这一类型的软体深海机器人。崔教授相信，软体机器鱼无论是机动性还是游动效率，都要比现在这种靠螺旋桨驱动的硬体潜水器好得多，一定会成为未来深海探索的主力。

如果真是这样的话，那将是中国人在深海探索领域作出的首个突破性贡献，我们将不再是模仿者或者跟随者了。但从目前的情况看，我们距离那一天还很遥远，传统的螺旋桨式硬体深海潜水器在未来很长一段时间里仍将是主流。

作为传统载人潜水器研发的“国家队”，702所掌握着远比崔维成多得多的资源。当年“蛟龙号”研发团队甚至在完成海试之前便已投入了4500米级载人潜水器的研发工作，并于2017年9月将“深海勇士号”组装完毕。因为有“蛟龙号”积累的经验，“深海勇士号”的海试进行得十分顺利，只花了3个月就大功告成了。

早在“深海勇士号”完工之前，这个团队便又启动了万米级载人潜水器的研发工作。2020年底，“奋斗者号”也组装完毕并成功坐底马里亚纳海沟，中国成为继美国之后第二个拥有万米级作业型载人潜水器的国家。

值得一提的是，后面这两台载人潜水器的主要部件都是国产的，只有水密插头等少数零部件需要进口，而这些进口零部件大都是可以从国际市场上直接买到的，不存在卡脖子的问题。

如今这两台载人潜水器都已交付给2011年成立的中国科学院深海科学与工程研究所（以下简称“深海所”），这就是我的下一个探访目的地。

深海所建于海南省三亚市的鹿回头半岛上，紧挨着帆船港。只要天气好，港湾里到处都是出来玩的帆船和私人游艇，着实让人心动。

但最让我感动的却是深海所的车间。我去的时候正赶上“奋斗者号”做例行检修，几个身穿圆领衫的年轻人正围着这台潜水器讨论问题，神情专注而又充满朝气，和我之前去过的那几个空无一人的车间形成了鲜明的对比。

第二天我又去了深海所租用的救捞局码头，“深海勇士号”的母船刚刚从广州做完例行检查回来，“探索一号”和“探索二号”难得地聚在一起。两艘船上都有工人忙碌着，仿佛第二天就要出海执行任务。

按照原定计划，排水量6250吨的“探索一号”将作为“深海勇士号”的母船，排水量6832.6吨的“探索二号”将作为“奋斗者号”的母船，但实际上两艘母船和两台潜水器都是可以互换的，它们毕竟属于同一家单位。事实上，因为“探索二号”上的声呐系统还没有更新完毕，所以2020年“奋斗者号”做马沟海试时用的母船是“探索一号”，而“探索二号”作为“奋斗者号”海试的保障船，同时也是“沧海号”着陆器的支持船也去了马沟。“沧海号”与“奋斗者号”在马沟联合开展了“双船双潜”的万米直播互动，相信很多读者都在电视上看到了。

这两艘母船都是海洋工程船改装的，也都在最近进行了内舱的升级改造，加入了一些文化元素。其中“探索一号”的文化主题是海洋科考，几乎每个舱房的门口都挂着一幅人类历史上著名科考船的照片。“探索二号”的主题是中国船政文化，因为这艘船原本是在福建的马尾船厂建造的。这家船厂是近代中国创办的第一家专业造船厂，是中国造船业走向现代化的重要标志。

深海所的这两艘母船和两台载人潜水器的工作模式很大程度上借鉴了美国“阿尔文号”的经验，这艘极富传奇色彩的载人潜水器虽然最多只能下潜到4500米的深度，但却以其物美价廉的优势赢得了全世界海洋科学家的青睐，成为深海探索者们的首选。要知道，4500米的深度已经可以覆盖全球海洋总面积的三分之二，对于大多数深海研究来说已经足够了。

海洋研究是一项很费钱的工作，出一次海非常不容易。为了更好地利用有限的资源，美国早在1971年就建立了“大学-国家海洋学实验室系统”（UNOLS），实现了海洋调查船舶的统一协调。任何国家的科学家都可以向UNOLS提出申请，后者会根据情况统一安排适当的航次，最大限度地节约成本。

事实上，早在2005年时“蛟龙号”研发团队就曾经向UNOLS申请过一个航次，并按照每个座位下潜一次1万美元的价格购买了10个潜次。中方派了4个人去美国，亲身体验“阿尔文号”的下潜和深海作业过程。“奋斗者号”总设计师叶聪就是其中之一，那次经历给他留下了很深的印象。

“记得我第一次乘坐‘阿尔文号’下潜时，看到观察窗玻璃下方有积水。主驾驶员让我用舌头尝一尝，看看是不是咸的，如果是就证明载人球舱漏水了。”叶聪对我说，“我知道他其实是在开玩笑，那是载人球舱内部的冷凝水。如果真的漏水了，我们肯定都活不成了。”

值得一提的是，瓦斯科沃在首次乘坐“限制因子号”下潜时真的遭遇过载人球舱漏水的事故。叶聪解释说，那是因为“限制因子号”的球舱舱门是现场组装的，刚入水时确实有可能出现漏水的情况，但越往下潜压力越大，来自海水的巨大压力会不断地把舱门往里压，最终将载人球舱彻底封死。与之不同的是，我们的舱门和球壳接触面之间是用预紧力来密封的，这个方法对钛合金的加工精细程度提出了很高的要求，工艺难度大，但优点是不用每次下潜前都重新安装调试，使用起来更加方便。

从这个例子可以看出，“奋斗者号”的设计思路发生了很大的转变，不再以破纪录为唯一目标，而是在保证安全的前提下尽量让它易于使用，并尽可能地降低使用成本。事实上，这就是科技部之所以将“深海勇士号”降到4500米级的一大原因。中国科学家们打算借鉴美国“阿尔文号”的成功经验，让“深海勇士号”为人类探索深海的共同目标服务。

叶聪也认为中美双方在载人深潜领域的相互合作要远大于竞争。他本人参加过中美联合深潜，也邀请过很多美方专家来中国交流，建造中的“蛟龙号”对美方也是开放的，而“阿尔文号”后来的技术升级也部分地参考了“蛟龙号”的成功经验，双方团队是相互认可甚至互有借鉴的。

读到这里也许有人会问，既然我们已经有了7000米级的“蛟龙号”，为什么还要再建造一台4500米级的“深海勇士号”呢？这就好比说，如果你已经有了一辆高级的进口越野吉普车，是否还需要再买一辆国产“买菜车”呢？答案是肯定的，这是因为两辆车虽然都能从家开到菜市场，但使用成本大不相同。越野车不但更费油，其均摊的购车成本、修车成本和保险成本等也会比小轿车更高，使用起来太不划算了。

同理，如果科学家要求的最大下潜深度不到4500米，那么使用定标4500米的“深海勇士号”要比定标7000米的“蛟龙号”划算得多，这是因为前者的技术更成熟，使用成本更低，高度国产化也使得后勤支撑和维修保障更方便。

举例来说，对潜水器使用效率影响最大的因素之一就是能源供应，因为水下没有氧气，无法使用内燃机（噪声也是因素之一），只能靠电池供电，而后者的能量密度远小于汽油或者柴油等化石燃料，这就严重影响了潜水器的持续工作时间。事实上，这就是为什么柴油动力潜水艇每天都要浮出水面，只有核动力潜水艇才能最大限度地发挥潜艇隐身作战能力的原因。

因为载人球壳更轻，“深海勇士号”可以带下去更大容量的电池。再加上“深海勇士号”改用了更先进的锂电池，不但电量更足，单次使用成本也大幅下降。相比之下，“蛟龙号”采用的银锌电池光成本就高达500万元，占了“蛟龙号”总造价1.8亿元不小的份额，但使用寿命却只有一年，充放电次数也不能超过50次，算下来每次下潜光是电池的折旧费用就得10万元，所以“蛟龙号”的使用成本非常高，据说曾有过上百万元一次的报价。而“深海勇士号”的对外报价是25万元/次（包括20万元/天的船费和5万元/次的下潜费用），比“蛟龙号”少很多。

下潜深度的不同、成本的差异，以及管理方式的不同，使得这两台潜水器的使用效率差别非常大。2017年8月才开始海试的“深海勇士号”迄今为止已经下潜了400次，而2009年便已开始海试的“蛟龙号”迄今为止才下潜了192次（其中包括51次海试），两者相差一倍。当然了，比起“阿尔文号”超过5000次的下潜纪录，我们还差得很远。

在这些潜次的下潜人员名单中我经常能看到叶聪的名字。作为中国载人潜水器的研发骨干，他从来都是身先士卒，率先下潜的。名单中还能看到不少科学家的名字，这可以算是中国海洋科学家的福利。不过，我在采访中也遇到过几个因为害怕而不敢下潜的科学家，甚至有好几个海洋科学家向我承认他们从未潜过水，让我着实吃惊不小。

“这也不能全怪科学家，因为他们要抓紧时间写论文，出一次海耗费的时间太长了，远不如直接从国外拿样本回来做研究更合算。”叶聪对我说，“所以我有时会想，我们可能已经走到科学的前面去了。”

叶聪的这个疑问绝不是他一个人的想法。事实上，当初科技部决定搞万米级载人潜水器时就有人质疑说：我们要这玩意儿干吗？

无论身披多少光环，载人潜水器毕竟只是一件工具，造出来就是为了用的。全球超过6000米的超深渊带总数只有37个，总面积仅占海洋总面积的0.2%，专门花近10亿元为这0.2%的海沟造一台载人潜水器值得吗？

一个不容置疑的理由是：制造这样一台载人潜水器，并把中国人送到地球的最深处，将会极大地提升中国的国家形象，增强国人的荣誉感，这一点在航天领域已经有过很多案例了。除此之外，如果这台潜水器还能贴上“自主研发”的标签，不但可以锦上添花，还能顺便提升中国高端制造业的技术水平，间接造福其他相关行业，这一点在航天领域同样有过很多先例。

举例来说，为了建造“深海勇士号”，科技部征召了全国上百家科研单位集体攻关，成功地将载人球舱、浮力材料、耐压锂电池、机械手、推进器、液压系统和深水照明摄像等设备国产化，这些新技术毫无疑问将在其他领域得到应用。

所有这些关键技术中，当属载人球舱最为重要，这也是衡量一个国家在材料科学领域最高水平的绝佳指标。美国曾经是这个领域的领先者，他们在上世纪50年代研制出来的Ti64钛合金（国内称之为TC4）迄今为止仍然是全世界使用量最大的钛合金材料，约占全部钛合金使用量的一半左右。

俄罗斯帮“蛟龙号”造的那个载人球用的就是Ti64，“深海勇士号”的载人球一开始用的也是它。但中国人比俄罗斯人前进了一步，没有用西瓜瓣拼装的方式，而是直接将一块Ti64钛合金板冲压成整个半球，然后再将两个半球通过手工方式焊在一起。这个方法有一定的冒险性，因为载人球必须做得非常圆才行，这就对钛合金板材的整体加工技术提出了更高的要求。但这么做的好处是焊缝少，潜在的故障率更低，因此也就更加安全。

为了保险起见，“深海勇士号”研发团队又试了一种名为Ti80的钛合金材料，采用传统的瓜瓣手工焊接的方式制作出了第二个球。这个Ti80是中国于上世纪80年代仿照美国Ti6211钛合金研发出来的，而这个Ti6211是美国于70年代研制成功的一种新型钛合金材料，强度比Ti64稍弱，但韧性和抗冲击性更好，非常适合用于海洋环境，当初“阿尔文号”用来代替钢球的第一个钛合金载人球舱用的就是Ti6211合金。

为了探索新的加工技术，“深海勇士号”研发团队又尝试了当时国际上最先进的电子束焊接技术，将两个Ti64半球焊在一起制成了第三个球。测试结果表明，这第三个球的质量最佳，最终“深海勇士号”用的就是它。

虽然“深海勇士号”的载人球舱研制成功了，但“奋斗者号”却不一定能成功，因为两者的深度相差一倍多，这个差别绝不仅仅是增加球壁厚度就能解决的。

“‘奋斗者号’和‘深海勇士号’根本就不是一个类型的潜水器，万米对我们来说是一个全新的挑战。”叶聪对我说，“为了安全起见，我们选择了偏保守的设计理念，所以一直有人怀疑我们的球壳做得太厚了。但实际上，‘奋斗者号’的很多性能指标都做到了极致，其目的就是尽可能地方便科学家下海做实验。”

举例来说，“蛟龙号”和“深海勇士号”载人球舱的直径都是2.1米左右，装3个人绰绰有余，但因为国内制造能力的限制，“奋斗者号”将载人球舱的直径降到了大约1.8米，但仍然通过缩小舱内设备体积的方式，保证一次可以装3个人，水下作业时间为6个小时。

我们可以拿另一台万米级载人潜水器“限制因子号”做个比较。这台美国潜水器的载人舱直径仅为1.5米左右，最多只能坐2个人，海底作业时间也只有4个小时。

“‘阿尔文号’多年的实践经验表明，三人的工作效率要远高于两人，因为一左一右两位科学家可以相互配合，更好地利用海底时间。”叶聪告诉我，“所以‘奋斗者号’依然选择三人的设计，海底工作时间也尽可能地拉长，这就对载人球舱、浮力材料、电池配置和下潜速度等性能指标提出了更高的要求。”

这其中难度最大的无疑是载人球舱。要知道，“深海勇士号”的舱壁厚度为60毫米左右，加工难度已经非常大了。“限制因子号”的90毫米舱壁可以说是同类型钛合金板材的加工极限，我们能否在不增加厚度的情况下把球舱直径做到1.8米？谁也没有把握。

据叶聪回忆，就在“奋斗者号”立项之后不久，也就是2016年9月的某一天，各路专家们在北京会议中心开了一天的会，讨论到底是把球舱直径定在1.6米还是1.8米。前者制造起来要容易一些，但那就意味着要么减掉一人，要么降低工作的舒适度。会议一直开到晚上9点多，大家逼着叶聪表态。最后叶聪一咬牙，当场拍板定了1.8米，把所有压力都揽到了自己身上。

“钛合金的导热性差，厚板不容易做均匀。即使能做均匀了，像这样厚重的板材全世界没有一个炉子能炼，更不用说后续的焊接问题了。”负责研发“奋斗者号”载人球壳的中科院沈阳金属研究所前所长杨锐博士对我说，“另外，如果舱壁太厚，载人球就会非常重，浮力材料就必须用得更多，导致潜水器体积臃肿，下潜速度变慢，严重影响水下作业时间。”

前文说过，“蛟龙号”所用的浮力材料比重大致在0.5左右，即每立方米浮力材料可以负担500公斤的载荷。但万米级浮力材料需要承担更大的压力，比重增加到了0.7左右，即每立方米浮力材料仅能负担300公斤的载荷。如果载人球太重的话，会对“奋斗者号”的整体设计带来很多困难。

“当时已有的钛合金材料强度都不够，只能做那种两人的小球舱，三人的绝对做不了，所以国际上有人提出用玻璃制造载人球舱，希望能突破钛合金材料的限制。”杨锐对我说，“那段时间我们也很担心，因为如果他们做成的话，中国就会落后人家30年。没想到2014年美国的‘海神号’无人潜水器在下到9000米时失踪了，可能是因为氧化铝陶瓷（一种类似玻璃的材料）浮力球被压爆了。这件事是个转折点，此后就再也没人提用玻璃造球壳了，看来玻璃这种材料强度虽然够，但韧性不足，安全性无法保证。”

于是，大家达成共识，载人球还得靠钛合金。但“蛟龙号”和“深海勇士号”用过的Ti64强度不够，必须开发一种全新的材料，在提高强度的同时，韧性还必须至少和Ti64相当。但是，起码从理论上讲，一种材料的强度和韧性是一对矛盾体，要想同时提高两者实在是太难了。

找来找去，只有Ti62222符合这个条件。这是美国在上世纪末研制成功的一种航空用钛合金，初衷是作为Ti64的升级版，其强度比Ti64高了一个级别。但Ti62222有个致命的缺点，那就是可焊性不好，尤其对于载人球来说更是如此，因为焊面实在是太厚了，很难保证退火后球体不变形。球体一旦出现变形，降低了“真球度”（衡量球体圆度的术语），这个球就作废了。

美国学者曾经研究过这个问题，找到了Ti62222可焊性差的原因，那就是这种合金在退火时会在晶粒内部形成奥梅伽相（Ω）。杨锐通过和美方的正常学术交流知道了这个研究成果，这就为最终解决问题提供了第一条线索。

第二条线索来自杨锐的一个学生在日本国立材料研究所所做的工作，这位学生发现，如果在钛合金中加入一点贵金属钯，材料的可塑性就会奇迹般地得到提升。

第三条线索来自杨锐自己，他在帮一家英国发动机制造公司研制钛铝合金叶片时发现，德国人为这种叶片开发的一种合金里含有金属钼。

杨锐把这三条线索串在一起，猜测在Ti62222中加入适当的金属钯和金属钼（或者类似元素）有可能会抑制奥梅伽相的形成。实验结果证明他的猜测是正确的，经过改进的这种Ti62A合金满足了强度和韧性的要求，可焊性也大大提高。

从这个例子可以看出，不同思想的交流和碰撞才是解决科学问题的最佳途径。球壳研发过程中遇到的其他问题也都是通过这种交流和碰撞，一点一点地被解决的。

最终，研发团队用中国人自己研制成功的Ti62A合金造出了直径约为1.8米的载人球舱，在不牺牲关键性能的前提下制造出了万米级作业型载人潜水器“奋斗者号”，并于2020年10月成功坐底马里亚纳海沟。

作为“奋斗者号”的总设计师，叶聪的心里既有喜悦，也有一点小小的失落。“我们原来是在白天追赶人家，我可以很清楚地看到他们的样子，但‘奋斗者号’海试成功之后，我感觉自己好像走进了黑夜，因为追赶的目标已经看不见了。”

叶聪大学毕业后便进入702所，一干就是20年，把生命中最好的时光献给了载人潜水器的研发工作。但当他通过自己的努力，从追赶者变成了领跑者之后，突然感到有些不适应了。

叶聪的这个感觉很可能来自他在“挑战者深渊”的经历。他原以为马里亚纳海沟是个很宽阔的地方，沟底会是一大片单调的沉积物，但当他驾驶“奋斗者号”坐底之后，眼前出现的景象完全出乎他的意料。他感觉沟底两侧的岩壁之间只有600米的距离，海床上的物质形态变化非常大，生物的密度也比他想象的大得多。他不知道应该如何解释他看到的东西，他在浅海积累的经验全都不管用了，因为他面对的是一个完全陌生的新世界，一个隐藏了很多秘密的盲盒，一个等待着人类去探索的新边疆。 

叶聪的感觉一点都不奇怪，毕竟全世界迄今为止也只有几十个人去过马里亚纳海沟。地球上类似这样的海沟还有几十个，但因为缺乏探险工具，这些地方从来没人探索过，它们是地球最后的边疆。如今中国人造出了“奋斗者号”，它的每一次下潜都可能到达此前从来没人去过的地方，看到此前从来没人看到过的景象。这种经历哥伦布和麦哲伦曾经有过，这种感觉阿姆斯特朗和卡梅隆曾经体验过。在探索新世界这件事上，西方人领先了我们很多年，我们一直在努力追赶，现在终于追上了。

但是，这就意味着从今以后，我们走的每一步都是在领跑，我们需要自己决定方向，自己制订计划，自己寻找路径，自己克服困难。前方不再有人给我们指路，也不再有人替我们承担责任了。

面对这一全新的挑战，我们准备好了吗？

离开深海所的前一天晚上，我意外地赶上了一场摇滚音乐会。原来，深海所打算拍一部关于“奋斗者号”的纪录片，请来摇滚乐队“声音玩具”为这部片子演唱主题曲，并拍摄一部音乐录像片。拍摄任务完成之后，乐队灵机一动，打算在所里举办一场摇滚晚会，领导们居然答应了。

那天晚上，工作人员把所里靠海的一块空地变成了一个临时的摇滚舞台。忙碌了一天的科学家们下班之后没有直接回家，而是聚拢到舞台前，一边随着强劲的节奏摇晃着身体，一边跟着主唱高声唱道：

生命一旦被赋予就有灵魂跟随

灵魂一旦跟随就属于你自己

灵魂一旦属于你便永不会离弃你

除非，除非自己放弃

那一刻，我想起了NASA曾经做过的一件“蠢事”。1990年，一位名叫卡尔·萨根（Carl Sagan）的天文学家说服了NASA，让64亿公里外的“旅行者一号”宇宙飞船调转方向，拍下了一张地球的照片。在那张照片里，地球只是一个小圆点，从科学角度讲没有多大价值。为了拍下这张照片，宇宙飞船浪费了宝贵的燃料，毫无理性可言。

但是，萨根说服NASA将这张照片公之于世，并在一次演讲中说了下面这段话：

看看这个小圆点，这里就是我们的家，这里就是我们的一切。你所爱的每一个人，你认识的每一个人，你听说过的每一个人，曾经有过的每一个人，都在它上面过完了他们的一生。这里聚集了一切的欢乐和痛苦，数以千计的自以为是的宗教、意识形态和经济学说，所有的猎人与强盗、英雄与懦夫、文明的缔造者与毁灭者、国王与农夫、年轻的情侣、母亲与父亲、满怀希望的孩子、发明家和探险家、德高望重的教师、腐败的政客、超级明星、最高领袖、人类历史上的每一个圣人与罪犯，都住在这里——一粒悬浮在阳光中的微尘。

这张著名的照片和萨根这段著名的话，共同提醒我们人类只有一个地球，我们至少在可预见的将来无处可去，必须好好爱护它。

NASA之所以被公认为是人类探索宇宙星辰的最权威机构，不但因为他们有着全世界最顶尖的科学家，以及领先于其他机构的航天技术，还因为他们是一家有着浪漫情怀的科研机构，里面有很多科学家都像萨根这样，对这个世界有大爱。

只有这样的人才有资格成为领跑者，带领人类走向未来。 浮力潜水装备美国工作海洋深海生物蛟龙