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為什么詹姆斯卡梅隆團隊的深潛器下潛深度達到萬米蛟龍號只有7000米

2019-11-30 06:51:46

我希望這個答案是以科普為前提,嚴謹科學的,但同時是開放的,能讓懂行的人來指出錯誤,畢竟我自己無法弄懂所有的方面。所以答案會更新(改錯和改專業術語)。轉載請聯系作者,注明作者和出處。否則會追究法律責任。請大家向我舉報。從來沒有用過“蛟龍號”,而且看大家很多人在撕中美兩國體制、政治、經濟什么的(其實“深海挑戰者號”是澳加聯合造的),所以我還是直接用美國大名鼎鼎的阿爾文潛水器(Alvin)來和“深海挑戰者號”說話。畢竟ALVIN是全世界所有載人潛水器的母版,而作為曾經的乘客,我對其比較了解。問題是:為什么其他潛水器不能像卡梅隆的“深海挑戰者號”一樣潛萬米那么深。原因很簡單:其他潛水器一開始制作的時候,就沒有打算去一萬米??仿〉摹吧詈L魬鹫咛枴币婚_始就是沖著馬里亞拉海溝的10000+米去的。這些就涉及很多方面,比如:載人部分鈦合金球體的不同,液壓系統的不同,負載的不同,行動方式和范圍的不同,等等。問題太大,各位看官在這方面的知識儲備是O,我們還是來先看結構吧。從大概結構來看,兩者并沒有大的區別,都是由動力系統,載人球,電池組,負重組等幾大塊組成的,都是由母船先運輸到指定海域,然后帶上負重,自由下潛(也就是普通人說的“直上直下”),到達海底,然后利用電池提供的動力來進行小范圍的搜索和觀察。ALVIN的內部圖大概就是這樣的:而深海挑戰者號的大概結構圖是這樣的(由wiki上可愛的作者OlivierZucker繪制)ALVIN是平著入水的,你可以想象好萊塢大片里汽車從空中掉入大海的場景,很相似。"深海挑戰者號“的設計及其巧妙的采用仿生學(討論如下),全身像是一片柳葉,是豎立著入水的,下潛速度更快。其他潛水器相比較下潛速度慢,載人球體需要的氧氣和二氧化碳排出會更多,遇到海流可能被drift偏離目標地點。載人球體空間大小不同。ALVIN載人鈦合金球體可以讓三個人勉強躺下來,”深海挑戰者號“只能讓一個人蜷縮在里面。(這將導致一系列問題,比如人多力量大,”人老了,胳膊腿兒也不好使了“)。鈦合金球體內部空間大了,整個球體需要承受的壓力成倍增長,這一點上,ALVIN的困難和挑戰更大,而卡梅隆有ALVIN的現成技術+專業人員的改進,并不是最大難點。ALVIN的鈦合金球體現在設計的目標就是在7000米下抗壓。而“深海挑戰者號”的設計從一開始就是一萬米抗壓!這是卡梅隆能深入一萬米的最重要保障。(有待商討的部分)載人球體材料的問題。我明確的知道ALVIN是用鈦合金做載人球的,但是找不到“深海挑戰者號”采用的具體材料。報道上的材料是steel,卻沒有詳細說明是否是特種鋼材,也沒有參數。對此我有所保留。浮力材料不同?!吧詈L魬鹫咛枴比サ暮5妆绕渌麧撍鞯囊?000到5000米,其他潛水器用的材料在此深度下會碎裂。它所用的浮力材料是特制并有自己專利的ISOFLOAT?說到活動范圍,不論是Alvin還是“深海挑戰者號”都是脫離了電纜的限制才能潛入深海,這就導致所有的系統動力只能由電池組提供。所以兩者活動范圍都極其有限,誰也沒比誰強太多。ALVIN采用動力后置,渦輪裝在屁股上,就像開車一樣?!吧詈L魬鹫咛枴币驗椴捎昧藙撔碌牧⑹浇Y構(這個下面要重點說),推進器是在“腰部”。要問哪種速度更快是沒有意義的,因為兩者都不是為了快速活動。ALVIN的電池最長能在海底支撐72小時,如果考慮到燈光,加速以及最重要的,人的承受能力,最多在海底呆一天?!吧詈L魬鹫咛枴钡碾姵叵到y我不太清楚詳細,但是理論上在海底呆一天是最基本的??仿≡谝婚_始就打算在海底最少呆一天。所以這一點上兩者也并沒有太大差別。兩者都是載人作業,都裝配有機械臂和采樣平臺,可以采取科研用的樣品。因為ALVIN已經服務了好幾十年科研事業,能在ALVIN上搭載的實驗儀器和平臺更多更復雜?!鄙詈L魬鹫咛枴安⒉皇菍I采樣潛水器,所以只搭載了有限的采樣工具。關于潛水器的各種細節,沒有在這里說的細節可能會在我的專欄里面提及http://zhuanlan.zhihu.com/marinemicrobiology(散漫慣了的我好有壓力。。。)這里我要指出最高票答案的問題,純科研討論,不涉及人身攻擊,有疑問還望相互切磋@DuangZhou載人潛水器分兩種類型分別是載人探險型和載人作業型,這兩種看似相同卻又有本質的區別。載人探險型,如卡梅隆的“深海挑戰者號”,其特點是下潛能力強,可達萬米級,但活動范圍及其有限,不能在水下進行長時間的有效的操作和科學研究,達到萬米級深度后很快就要上浮,水下持久性短,下潛壽命(次數)??;載人作業型,全球知名的載人作業型潛水器主要有美國“艾爾文”(4500米級)、中國“蛟龍”(7000米級)、俄羅斯“和平一”和“和平二”(6000米級)、日本“深海6500”(6500米級)以及法國“鸚鵡螺”(6000米級),同時這五個國家也是世界上獨五擁有深??茖W研究中心的國家,載人作業型潛水器的優勢在于具有水下觀察和作業能力,主要用來執行水下考察,具備千次的下潛壽命。從基本結構來講,載人探險型和載人作業型并沒有本質的區別。具體見上面提到的各點。比如挑戰者號裝備的機械臂和采樣儀:在關于卡梅隆潛入馬里亞拉海溝的紀錄片“深海挑戰”中,也明確指出了深海挑戰者號并不是為了潛下去獲個記錄,它完全能夠在水中前進后退轉彎。這是因為深海挑戰者號模擬了能夠在海中直立前進的魚類,比如shrimpfish(又叫razorfish)的形態(下圖)。這樣的結構不僅加快了下潛速度,而且增加了穩定性和靈活性??仿〉摹吧詈L魬鹫咛枴钡南聺摯螖瞪俨⒉皇且驗樗牟考且淮涡缘氖裁吹?,完全是因為下潛成本太貴!每次試潛,都要租用一條大船拖“深海挑戰者號”到指定區域。租金極其昂貴。如果遇到天公不配合,那這錢基本就丟了。下潛的油錢極其昂貴,而且為了上來要丟掉負重,相當于每次丟掉一大筆錢。最最貴的,是整個系統的維護。專業的人員,只能定制的配件,每天的例行維護就需要一大筆錢。ALVIN,“蛟龍號”,都是舉國之力在負擔(所以各位,還請多關注一下,我們交的稅一部分就用在里面了),卡梅隆制作組是拿到投資的,是需要拍片,拿到資金回報的(這也是他們大力宣傳的目的之一)但是不管是“蛟龍號”,ALVIN,“深海挑戰者號”,都絕不只是富人和科學家的玩具。我們對于最深的海底的了解,還不如我們對火星表面了解的多。海底,是人類目前唯一幾乎沒有觸及的地方。不管是商業下潛,還是科研下潛,我們都是為了對我們所居住的星球有更多的了解。下潛不只是成功,更多的是失敗。1967年,ALVIN被劍魚撞破了底部,幸好,pilot非常冷靜的把潛水器浮上了水面。(這是后來WHOI的搞笑示意圖,但那天的情景可以想見并不會有人笑)1968年10月26號,ALVIN在下水的時候不幸沉入了1500米的海底。萬幸所有人員都從艙中逃了出來。前幾年的試潛,窗戶上出現的裂痕讓人不寒而栗。沒有坐過ALVIN的人,不會理解alvin的wiki頁面上的這張圖片的恐怖:這是ALVIN緊急逃生的方式:拋掉其他一切,只讓載人艙快速上浮。去年一艘無人潛水器在放下去后幾分鐘內爆炸,船上的人收不到它的信號,一直到幾個小時后,他們發現幾十塊潛水器殘骸陸續的出現在船周圍的海面。其實深海水壓大到可以把人在幾微秒內壓成肉醬,實際上一點痛苦也不會有。如果真的出現危險的話你根本沒有反應時間?!叭绻霈F故障了而你仍有時間考慮,那就說明沒有危險——繼續下潛吧!“我們只看到ALVIN下去了,蛟龍號下去了,深海挑戰者號下去了,他們都安全的回來了。我們在電視劇前看科學家們,工程師們歡呼,卻不知道他們在歡呼什么。只有經歷了各種失敗和恐怖以后,我們才能理解他們用生命一次次挑戰海底的意義?!眞henCameronsucceeds,weallsucceed.“關于海底的圖片和知識介紹,我另外一個答案里面介紹了一下,還有其他答案的科普也不錯,不過請千萬別相信海底有鬼那種圖片啊,看得太害怕了海底是什么樣子的?生活著什么生物?是不是黑得什么也看不見,靜得什么聲音都聽不見?-梅洋湯的回答

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