“海瞳”相機(jī)在萬米深海底拍攝到的溝蝦。

團(tuán)隊研發(fā)人員正在調(diào)試“海瞳”相機(jī)。

文/圖　半島全媒體記者　徐杰

一萬多米深的海底是什么樣子?來自海洋國家實驗室海洋觀測與探測聯(lián)合實驗室的一個團(tuán)隊,歷時9個月自主研發(fā)了我國首臺全海深高清相機(jī)“海瞳”,共采集到了長達(dá)12小時的高清視頻,在我國深海科考史上首次完成全海深的高清視屏獲取。半島記者日前采訪了解到,功能優(yōu)化后的“海瞳”相機(jī)計劃在今年8月份進(jìn)行第二次深海探索,挖掘更多海底奧秘。

重任>>

讓指甲蓋上站一頭大象

神秘的海洋讓人向往,如何獲取超過萬米深海底的影像,成為不少海洋科研團(tuán)隊攻關(guān)的方向。2016年6月份,由海洋國家實驗室與中科院西安光機(jī)所聯(lián)合組建的海洋觀測與探測聯(lián)合實驗室接到了一項科研重任——自主研發(fā)全海深相機(jī),應(yīng)用到中科院深淵科考隊在2017年1月進(jìn)行的深海科考中。看似簡單的水底拍攝相機(jī),卻具有開先河的意義,因為海水的折射、散射不僅導(dǎo)致圖像模糊、色彩失真,巨大的水壓還可能讓相機(jī)瞬間破裂。

然而,一個平均年齡僅有32歲的科研團(tuán)隊,卻出色地完成了這項重任。吳國俊是海洋觀測與探測聯(lián)合實驗室的副主任,同時也是“海瞳”相機(jī)科研團(tuán)隊的成員之一,日前他向記者講述了“海瞳”相機(jī)研發(fā)的始末。

吳國俊告訴記者,要研發(fā)這種全海深的相機(jī),首先要面對的是如何解決深海環(huán)境中的抗壓能力。“水下每增加10米,相當(dāng)于一個大氣壓的壓力,對11000米這樣的深度相當(dāng)于在每1平方厘米的面積上產(chǎn)生了1.1噸的壓力,相當(dāng)于我們指甲蓋上面站了17個成年人或者一頭大象。”吳國俊說,通常來說,要解決這種抗壓問題有內(nèi)部充油、干艙密封兩種方式。

“使用內(nèi)部充油這種方法,可以解決在深海環(huán)境中的內(nèi)外壓差,但這種辦法卻無法應(yīng)用在海瞳相機(jī)上。”吳國俊介紹,由于海瞳相機(jī)屬于精密光學(xué)儀器,內(nèi)部充油會影響光學(xué)系統(tǒng),因此這種辦法只能舍棄。而采用干艙密封這種方法的困難也很大,因為要在海瞳相機(jī)外面加一個由艙體和窗口組成的密封機(jī)構(gòu),海底環(huán)境中的巨大壓力全部要由密封機(jī)構(gòu)來承受。對于這種方法,在國內(nèi)沒有可以參考的先例,檢索資料雖然發(fā)現(xiàn)國外有相關(guān)的技術(shù),但也是封鎖的。

攻關(guān)>>

“打碎”設(shè)計,深挖細(xì)節(jié)

吳國俊介紹,組成密封機(jī)構(gòu)的窗口很硬,但密封圈又很軟,不同材料在大壓力下變形情況復(fù)雜,仿真過程困難重重。“我們通過在電腦里建立模型不斷地仿真和優(yōu)化,并通過仿真壓力艙模擬水下一萬多米的深海環(huán)境,一點一點找到了精準(zhǔn)的設(shè)計參數(shù)。”吳國俊說,經(jīng)過6個多月的自主研發(fā)后,2016年底,他們團(tuán)隊終于迎來了“海瞳”相機(jī)的第一次打壓測試。

整個打壓測試的過程持續(xù)了五個多小時,完成測試程序后,“海瞳”研發(fā)團(tuán)隊撈出“海瞳”相機(jī)之后發(fā)現(xiàn),相機(jī)的窗口在打壓過程之中出現(xiàn)了破裂,測試失敗了。面對這個結(jié)果,吳國俊和團(tuán)隊的同事在一個多小時的時間里,都不知道該說什么。失落的同時也感到壓力更加重大了,因為中科院深淵科考隊在2017年1月就要進(jìn)行深海科考,這就意味著留給團(tuán)隊改進(jìn)的時間只有一個月了。

“我們團(tuán)隊請來了多位專家封閉式研討,在李學(xué)龍所長的帶領(lǐng)下,一個月的時間里基本上是吃住都在實驗室里。”吳國俊說,他們把每一步的設(shè)計都重新“打碎”,不斷地優(yōu)化設(shè)計過程、工藝過程,連裝配的順序也不斷嘗試改進(jìn),哪怕是一個小小的螺絲。“比如說,我們把密封機(jī)構(gòu)的一圈螺絲按照不同順序和不同預(yù)緊力組裝,先把所有螺絲擰一半的預(yù)緊力,然后多次循環(huán)逐漸加力,保證每一個地方在深海條件下受力更加均勻。”吳國俊說,通過深挖這種細(xì)節(jié),一個月后,他們成功改進(jìn)了“海瞳”相機(jī)并迎來了第二次打壓測試。而這一次,他們成功了。這就意味著“海瞳”相機(jī)可以跟隨科考船出海了。

成果>>

萬米海底記錄生物影像

2017年1月份,“海瞳”相機(jī)跟隨中科院深淵科考隊TS03航次出海科考并參加海試。整個航次過程中,“海瞳”相機(jī)有4次下潛到7000米的深海,3次下潛到超過10000米的深海,下潛最深處達(dá)10911米,并采集到了共計12小時的高清視頻,在我國深海科考史上首次完成全海深的高清影像獲取。

“我們在8000米水深的海底發(fā)現(xiàn)了通體白色的獅子魚,并記錄下了它覓食活動的影像。這是首次用國產(chǎn)相機(jī)發(fā)現(xiàn)在水下8000米有魚類存在,是海洋生物學(xué)的重大突破。”吳國俊說,此外,他們還在超過一萬米深的海底發(fā)現(xiàn)了溝蝦等生物,與生活在8000米水深的溝蝦相比,生活在萬米深海底的溝蝦在數(shù)量和體型上都更少、更小。“萬米深的海底因為壓力太大,尚沒有發(fā)現(xiàn)魚類的生命跡象。”吳國俊說,“海瞳”相機(jī)在深海記錄的影像為海洋生物、物理海洋等學(xué)科研究提供了重要的原始數(shù)據(jù)。

進(jìn)展>>

二代“海瞳”瘦身近一半

前后歷時9個月的時間,“海瞳”團(tuán)隊完成了第一代“海瞳”相機(jī)的研發(fā),并在深海科考中實現(xiàn)了成功的海試。盡管已經(jīng)實現(xiàn)了一系列的重大突破,“海瞳”團(tuán)隊并沒有停下研發(fā)優(yōu)化的腳步,計劃通過一次次的試驗不斷完善“海瞳”的功能。就在近日,“海瞳”團(tuán)隊還接到了美國夏威夷大學(xué)的邀請,想把“海瞳”相機(jī)用于合作交流。

在海洋觀測與探測聯(lián)合實驗室里,記者見到了正在研發(fā)優(yōu)化的“海瞳”相機(jī)。從外觀來看,“海瞳”相機(jī)像是一個圓柱體,兩端均由一圈螺絲密封。其中一端是透明的窗口,方便光線采集和傳輸,另一端連接著兩根黑色的電纜,整個相機(jī)重十五公斤。吳國俊說,如今,他們對“海瞳”的優(yōu)化主要有兩個方向,一個是更加小型化,使其更方便地搭載到水下潛器上；另一個方向是功能強(qiáng)化,延長其工作時長、增加控制功能、方便數(shù)據(jù)傳輸?shù)取?/p>

新研發(fā)的二代“海瞳”相機(jī)在體積上由原先的133毫米的直徑、386毫米的長度,縮小到80毫米的直徑、170毫米的長度,體積縮小了近一半。單次工作時長也由原先的10個小時延長到62個小時。“今年8月,‘海瞳’相機(jī)將進(jìn)行第二次深海探索,挖掘更多海底奧秘。”吳國俊說。

[責(zé)任編輯：楊凡、穆楠]

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