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女探险家欲打造全玻璃深潜器前往最深海底

发布时间:2020-03-20 10:14:58阅读:来源:永科试验机

北京时间12月11日消息,据英国广播公司(BBC)报导,如果让你建造1艘透明的深潜器,并且要求它能够抵抗最深的深海中巨大的水压环境,那末你会选用什么样的材料用来建造?探险家西尔维娅·艾尔(Sylvia Earle)给出的答案非常简单——玻璃。当西尔维娅·艾尔乘坐深潜器到达水下数千米的深处,直至马里亚纳海沟的底部,她希望自己能够看清楚周围,看清楚这里生活着的奇异生物。

1艘玻璃海洋考察潜水器。现在,女探险家西尔维娅·艾尔希望建造一种能够潜入最深洋底的全玻璃载人深潜器。

她说:“作为一个科学家,我想要看清楚那里,这是我来到这里的全部目的。”

大型天文望远镜的镜面浇筑——西尔维娅的全玻璃深潜器如果要建造,也会应用到类似的技术。

她说:“作为一个科学家,我想要看清楚那里,这是我来到这里的全部目的。”当在洋底深处停留时,西尔维娅还希望能够使用某种“洋底吸尘器”来动作柔柔地取获得这里的生物样本。她还希望自己乘坐的深潜器在移动时能够悄无声息,从而避免惊吓生活在这里的深海生物们。

她的这些想法非常大胆,她提出,那些工作于数千米深大洋波涛之下的深潜器应当采取玻璃建造。这样一来,当她再次潜入深海时,几近就像是在一个透明的玻璃球里。她想象说:“当你转动你的深潜器,那感觉就像是在转动自己的身体。而如果你只能透过一个小小的窗口或孔洞向外去视察,你是没法有这样的感觉的。”

通常来讲,我们想到玻璃时,第一反应是这是一种脆弱而易碎的材料。但在深海的巨大压力环境下,玻璃材料将会产生份子层面上的改变,从而使其变成理想的制造材料——乃至好过钢铁和钛合金。艾尔的工程学团队主管托尼·罗森(Tony Lawson)指出:“对科学家而言,这是一项重大的解决方案。”不过即使如此,要想真正制造出这样一种能够抵抗深海环境的玻璃球体将会面临独特的挑战和危险。

这1项目将是艾尔作为1名全球顶尖海洋生物学家职业生涯的顶峰。她不是抵达深海洋底的第一人:1960年“的里雅斯特”号深潜器搭载一个探险小组首次抵达马里亚纳海沟底部,而在不久前,美国大导演詹姆斯·卡梅隆也搭载由自己的团队开发的深潜器“深海挑战者”号抵达那里并拍摄了3D影片。而如果艾尔的计划能够成功,那末她将成为世界上首个乘坐玻璃深潜器抵达那里的人。

驾驶员和科学家

事实上,早在1960年代,美国海军就曾斟酌过玻璃材质深潜器的设计可能性,但军方的某些特殊指标让这一想法被否决了:玻璃不耐爆炸——故事结束。虽然此前也曾有使用玻璃深潜器向深海水下运送物质的做法,但此前还从未使用这类深潜器进行过载人航行。

从某种程度上来讲,艾尔的这类想法所体现的正是初期探险家们的态度和做法,那就是探险家本人会参与全部计划的全程和各个方面的准备工作。她说:“我想全心投入,让我的感官处于完全的警戒状态。这是身处深潜器时应有的状态,尤其是这是一艘由你自己驾驶的深潜器——我喜欢这个主张:做一名驾驶员,同时也是1名科学家,享受工程学带来的所有乐趣,让我得以抵达深海。”

罗森承认他们面临的前景相当艰苦。他说:“她(指艾尔)催得很紧,希望能制造1台玻璃深潜器。一开始我很犹豫。玻璃是人类最早认识的材料之一,但也是对其认识最少的材料之一。”但是,当罗森对玻璃材料在高压环境下的性质进行进一步研究以后,她终究被说服了。其中的一点,玻璃的分子结构是杂乱无章的,这一点与液体有些相像而不是像典型的固体那样是由规则性的晶体结构组成的。因此当玻璃材料遭到来自各个方向的强大外部压力时——正如在深海环境时会经历的那样——玻璃材料中的份子会被挤压而相互靠近并构成更加紧凑的结构。这样的结果便是一个厚度10~15厘米的玻璃球结构,其可以承受海洋探索进程中遇到的大部分情况。艾尔说:“它一旦破碎,后果将会很严重。”它会在水下为你提供保护,在那样的撞击中可能会造成玻璃的破碎。不过罗森指出:“即使如此,破碎的玻璃碎屑也很难从玻璃艇壁上掉落下来,由于压力环境让玻璃结构变得极为紧密。而即使玻璃表面产生了破碎并有玻璃碎屑掉落,玻璃结构主体的强度依然将足以确保深潜器的安全,不至于全部崩溃。”

完善结构

但是有些应力因素依然会让整件事变得非常危险——尤其是当这类应力来自潜艇玻璃艇壁内部。面临的挑战之一是如何设计一种闸门用于艇员进出玻璃潜艇,但是开凿这样的闸门将造成玻璃艇壁内部产生应力,这将容易造成开裂产生,由于玻璃与金属的收缩系数存在差异,这将造成磨擦和开裂。为此,罗森带领的团队仍在努力尝试解决这个问题。

固然,要想建造出这样一个巨大的,足以容纳人类艇员的玻璃耐压球体本身就将充满挑战。罗森表示,他们之所以能够在这方面取得了不错的进展,很大程度上是得益于人们对大型天文望远镜的开发工作。这些大型望远镜都需要用到巨大的玻璃镜面,有些情况下这些玻璃的直径可以做到10米,当从模具中浇筑成型以后要经过长达6个月的冷却进程,从而确保它们能够构成完善的结构,而不会产生微小的裂纹。而建造艾尔的玻璃深潜器所需要的玻璃结构基本就要用到相同的技术。

到目前为止,科研团队已与数家玻璃制造商商讨了浇筑用于这一深潜器艇身玻璃结构件的可能性。一项方案是一次浇筑成型,而另一个方案则是先浇筑半球形玻璃模具,随后对两个半球进行拼接。

艾尔还需要设计一种特殊的真空装置,可以用于在洋底直接吸取海洋生物用于研究之用。她说:“我还不知道如何制造这样一种工具,但我知道该如何向工程师们描写这类工具,以便让他们去设计制造。”

艾尔的最终目标是让每个感兴趣的人都能像她一样能够体验驾驶玻璃深潜器深入海底探险的乐趣。她说:“我希望能够一次又一次地前往深海,并且我也希望每一个人都能具有这样的机会——小孩子,其他科学家,固然还有政策制定者们——乃至是诗人和作曲家们,任何对在地球上保持着生命的系统——海洋感兴趣的人都可以参加进来。而如果你能抵达世界上最深的深海,这就意味着你可以前往任何地方——从技术上说,已没有甚么可以阻碍你的脚步。”

那末,乘坐1艘玻璃制造的深潜器深入海底,会让艾尔感到畏惧吗?她回答说:“实际上,乘坐这样一艘深潜器的风险要远低于出门乘一辆汽车。当你在高速公路上开车——我想这才是最危险的事!”

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