[中配]揭秘史上最深潛水器：三叉戟號的設計

波浪之下是地球的最後邊界深海 那裏充滿了巨大的壓力 低質冰點的溫度以及完全的黑暗 奇特的生命形態在這裏超乎想象 幾個世紀以來它一直超出人類的觸及 直到1960年三叉戟號潛水器證明了這一點 它下潛了近1100M 達到了地球最深的地方 在這段視頻中 我們對三叉戟號進行了內外部的建模 揭示了是首次有人潛水到海洋最深點的工程設計 我是獅子 這裏是解構 我們拆解歷史上最迷人的機器和結構 以及當今最先進的工程背後的設計 那麼我們來看看它是如何運作的 在我們理解三叉戟號如何征服深淵之前 首先需要了解它面對的挑戰 讓我們從海岸線潛入到最深的深淵 看看人類是如何通過每一次突破逐漸深入的 旅程從海平面開始 就在水面下方 海牀延伸至大陸架 這是人類學習潛水的潛區 早期的自由潛水員在這裏能夠達到大約30米的深度 他們僅憑肺中攜帶的空氣潛入水下 以捕撈食物和資源 到了20世紀初 硬頭蛙人潛水服將這一極限進一步推向深處 配備沉重的銅頭盔和從水面抽送的空氣 使潛水深度達到僅100米 這是一個顯著的進步 儘管與未來的深度相比 它仍顯得淺薄 在大約200米處 光線開始減弱 海底從大陸坡下沉倒 這標誌着暮光區的開始 在這裏陽光隨着深度迅速減弱 即使在今天 現代軍用潛艇也很少深入幾百米以外的地方 1934年 人類達到了一個新里程碑 使用淺球下潛至923米深的海底 這是一種球形的無動力深海潛水器 由水面船隻通過纜繩放入海洋 當達到1000mm時 我們進入了午夜區 陽光完全消失 黑暗變得絕對 然後在2250M處抹香巾 這種最深潛水的哺乳動物之一 達到了它的極限 在這裏壓力巨大 大約爲25兆帕 相當於海平面大氣壓力的250倍 就像一輛越野車的重量 壓在一塊油票大小的區域上 繼續下潛 坡度平緩形成大陸坡 大約在3000到4000M的深度之間 正是在這裏 在1953年新建的三叉戟號 創造了它的第一個世界紀錄 成爲首艘達到3150M的載人潛水器 在3800M的深處 泰坦尼克號的沉船 靜靜地躺在北大西洋的海底 超過4000M的深處是深海平原 廣袤平坦的海底 延伸在4000M到6000米之間 這裏的生命稀少 黑暗無處不在 壓力如山 然後海底驟降至海洋深淵 那裏是地球上最深的部分 在約8849米的高度 你可以將珠穆朗瑪峯倒過來 其峯頂仍然離最深的海溝近兩公里 大約在1000M時 你已達到了商業空客的巡航高度 最終我們來到了地球海洋中 已知的最深處 挑戰者深淵位於下方10984米 在這裏壓力超過了驚人的100兆帕 像一輛半掛車的重量 壓在一個郵票大小的區域上 首次由英國皇家海軍測量船 挑戰者號於1875年發現 它位於西太平洋 馬裏亞納海溝的南端 得名於附近的馬里亞納群島 1960年1月23日 經過1953年突破紀錄潛水後 改裝的三叉戟號 成爲第一艘到達這一點的船隻 搭載着海洋學家雅克·皮卡德 和美國軍官海軍中尉唐·沃爾什 進行了一次歷時4小時47分鐘的下潛 深度達到10916米 這一創紀錄的載人深海潛水 在近60年的時間裏無人能敵 即使在今天 只有幾十人曾經到達地球最深處 這一切都歸結爲一個問題 這艘船是如何建造 以承受海洋深處巨大的壓力的 答案在於三叉戟號的設計和工程 在深入探討之前 我們製作了這張海報來配合這個視頻 而我們將贈送一個 參加活動只需像視頻一樣 訂閱並在下方評論 關於三叉戟號什麼讓你最驚訝 我們將在下一個上傳中公佈獲獎者 如果你想現在就搶購 鏈接在描述裏 三叉戟號本身是一種特殊的深海潛水器 稱爲潛水球 這個名字來源於古希臘 意思是深海船 是一種能夠自主移動的自由潛水器 而不是像本視頻之前提到的潛水球那樣 懸掛在表面電纜上 像馭船這樣的潛水器仍然依賴支持船 進行發射和回收 這與完全獨立的潛艇不同 它的設計結合了兩個關鍵要素 一個巨大的浮桶下 懸掛着壓力球體 或稱爲駕駛艙 球形幾何能夠均勻分散外部壓力 這種形狀使得球體 在面對深海的巨大壓迫力量時 成爲最安全的封閉結構 三叉戟號的浮桶裏裝滿了航空汽油 之所以選擇它是因爲它比水輕 在極端壓力下也只有輕微的可壓縮性 這爲該潛水器提供了在下潛後 重新浮出水面的浮力 整個設計遵循了空氣中自由氣球的原理 浮桶像氣囊 而下面的壓力球則充當了運輸船員的艙體 三叉戟潛水器 首先是在20世紀30年代末 由瑞士物理學家奧古斯特·皮卡德發明的 他在將注意力轉向海洋深處之前 曾開創了高空氣球飛行的先河 多年後 他的兒子雅克·皮卡德將駕駛三叉戟號 打破深潛記錄 僅建造了四艘深潛器 每艘都能潛水數千米 三叉戟號是這幾種設計中的第二個 以其建造地意大利城市的名字命名 後來被美國海軍購買並改裝 它成爲了第一艘 最終將人類送往地球已知最深點 挑戰者深淵的艦艇 當我們更深入地看三叉戟號的工程設計時 瞭解一些基礎知識 以便定位是很重要的 與水面艦艇一樣 潛水器也使用標準的海洋方向 前爲前 後爲後 左爲左弦 右爲右弦 三叉戟號長18.1米 寬3.5米 空重50.8噸 約等於一臺大型推土機的重量 裝滿汽油時重達152噸 三叉戟號過於沉重 無法被大多數船隻拖起 因此被拖到潛水地點 這一決定影響了其浮桶的流線性設計 三叉戟號的壓力球是一個直徑2.16米的鍛造鋼艙 牆壁厚達130毫米 足夠堅固以承受極端壓力 緊壓力球本身就重達14.5公噸 約等於一輛城市公交車的重量 進入壓力球是通過一個艙口 內部緊湊的艙室 爲兩人提供了非常狹小的空間 同時還容納了進行潛水所需的 生命支持控制和導航設備 爲了外部觀察 艙體配備了兩個小的窗戶 一個是主要的前窗 另一個在後方 每個直徑僅約100毫米 採用單一錐形的亞克力玻璃塊製成 這是唯一一種足夠強韌 以承受深海巨大壓力的透明材料 浮桶上裝載着讓三叉戟號下沉 機動並安全着陸於海底的關鍵組件 在船尾是固定的舵 提供船隻在水面被拖拽時的穩定性 旁邊掛着引導繩 一根24米長的鋼繩懸掛在浮桶下方 這條線在下潛過程中減少了側向漂移 並在潛水器與海底接觸時 吸收了一部分衝擊 確保了更柔和的着陸 多個外部泛光燈也安裝在浮桶下方 準備在接近和觀察時照亮海底 最關鍵的是 壓載料艙 兩個錐形的艙體凹陷在浮桶的底部 一個在前 一個在壓力球體的後方 每個大約裝有8噸鐵彈頭 這個重量使三叉戟號能夠下沉 要返回水面必須釋放這些鐵珠 鐵球通過排列在每個料斗底部 漏斗形開口周圍的電磁鐵固定住 通電時 磁鐵將鐵力牢牢固定在原位 當電路關閉或電源故障時 磁鐵失去了吸力 鐵鉗球自由流動 減輕了挺身 開始上升 因爲極深處的壓力 使得用壓縮空氣排出水箱的潛水艇方法 非常不實用 因此這個磁力釋放的鐵壓艙系統 對於控制浮力至關重要 漂浮物上方安裝了其他系統 以確保三叉戟號在下潛過程中 安全且靈活可控 三個電磁釋放裝置 將壓艙桶和引導繩固定在位 每個桶都通過鏈條連接到浮桶 鏈條的一端連接到一個可旋轉的臂上 另一端由電磁鐵固定 在緊急情況下或停電時 可以釋放磁鐵 使手臂轉動並放下鏈條 立即拋棄那些桶 引導繩也可以以同樣的方式釋放 在水面上 臂部可以用插銷和拉緊器牢牢鎖定 以防止意外釋放 三叉戟號配備了兩個小型低速水平電動螺旋槳 分別安裝在左弦和右弦 一旦潛航器達到目標深度 這些裝置便能實現精確的短距離操控 上部結構的完成是隻指揮塔 這是一種堅固的框架 矗立在浮桶之上 這座塔是通往下方壓力球的唯一入口 作爲船員進出的位置 浮桶內部是一個精心佈置的艙室網絡和通道 機組成員通過一個配有梯子的入口管道 或前視進入壓力球體 梯子從指揮塔沿着浮桶向下延伸 管道的末端連接到一個走步關節 直接與球體相連 在潛水過程中 這整段通道完全被淹沒 在走步的後面有一個彎曲的亞克力窗戶 允許通過球體後方的視口 清晰地查看應用的壓艙桶及其燈光 浮桶本身被分爲14個隔間 每端各有兩個水艙 剩下的12個艙室是浮力艙 全部裝滿了大約13萬升的航空汽油 現在讓我們仔細看看三叉戟號 在潛水時是如何操作的 船員首先通過頂部的入口管 進入壓力球體並封閉艙口 爲了開始下潛 末端的壓載艙和入口管道被海水灌滿 從而產生所需的負浮力以開始下沉 在潛水器下潛時 浮桶上的一個彈簧加載的雙向呼吸閥向內打開 允許海水進入汽油箱 從而使浮桶內部的壓力達到平衡 這一步至關重要 因爲汽油的可壓縮性略高於水 浮桶需要壓力補償 以防在汽油壓縮時被壓扁 更密的海水沉到底盤的底部 而汽油則壓縮在其上方 隨着深度的增加 汽油的體積及其浮力逐漸減少 爲了保持穩定的下潛 少量的鐵彈從壓艙艙中釋放 確保控制下沉速度 經過數小時的下潛 船隻接近海底 外部探照燈被開啓 以便導航和觀察 引導繩首先觸底 吸收了一部分衝擊力 幫助穩住了船隻 隨後壓力球體 緩緩地落在海牀上 當深潛任務完成後 釋放更多的鐵球 已開始上升 隨着三叉戟號上升 擴張的汽油將海水 通過呼吸閥逼了出來 從而自動加速上升 一旦回到水面 壓縮空氣被用來 將入口管中的水吹出 然後再打開艙門 隨後支援船向壓載水箱提供空氣 以排出水箱中的水 爲下次下潛重置系統 到1960年代末期 新的深海潛水器 逐漸開始取而代之 比三叉戟號更小更靈活 這些潛水器拋棄了 笨重的汽油浮桶 轉而採用抗壓的浮力材料 如合成泡沫 像DSP Albin這樣的設計設定了模板 緊湊 靈活 並配備有機械臂 和用於科學取樣的專用儀器 探索不斷向前推進 2012年3月26日 電影導演詹姆斯·卡梅隆 駕駛深海挑戰者號下 潛至挑戰者深淵 這是繼1960年三叉戟號 潛水後進行的第二次 有人駕駛任務 也是第一次單人下潛 儘管其最大深度爲10908米 僅比三叉戟號的紀錄略低 但這艘潛水器卻截然不同 其重量不到三叉戟號的 十分之一僅11.8公噸 長度只有7.3米 卻搭載了更多的攝像機和科學儀器 且上升和下降速度更快 從那時起 幾次粗淺的下潛接踵而至 繼續探索世界最深點 這些進步標誌着 深海工程自三叉戟號 首次觸底全球海洋以來的巨大飛躍 以及這一開創性潛水 特別感謝我們上次抽獎的獲獎者 恭喜 同時感謝我們的Patreon和YouTube成員 你將獲得這款受今天視頻啓發的 獨家桌面背景 感謝觀看 保持好奇