“奋斗者”号模型亮相中国科技馆，科研人员揭秘其声学系统

新京报快讯（记者 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。记者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，新京报记者专访“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。

观众在参观“奋斗者”号。摄影/新京报记者 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。

“奋斗者”号内部。摄影/新京报记者 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”

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。

新京报记者 张璐 摄影记者 浦峰

编辑 樊一婧 校对 李立军