“海瞳”相機在萬米深海底拍攝到的溝蝦。
團隊研發人員正在調試“海瞳”相機。
重任>>
讓指甲蓋上站一頭大象
神秘的海洋讓人嚮往,如何獲取超過萬米深海底的影像,成為不少海洋科研團隊攻關的方向。2016年6月份,由海洋國家實驗室與中科院西安光機所聯合組建的海洋觀測與探測聯合實驗室接到了一項科研重任——自主研發全海深相機,應用到中科院深淵科考隊在2017年1月進行的深海科考中。看似簡單的水底拍攝相機,卻具有開先河的意義,因為海水的折射、散射不僅導致圖像模糊、色彩失真,巨大的水壓還可能讓相機瞬間破裂。
“使用內部充油這種方法,可以解決在深海環境中的內外壓差,但這種辦法卻無法應用在海瞳相機上。”吳國俊介紹,由於海瞳相機屬於精密光學儀器,內部充油會影響光學系統,因此這種辦法只能捨棄。而採用幹艙密封這種方法的困難也很大,因為要在海瞳相機外面加一個由艙體和窗口組成的密封機構,海底環境中的巨大壓力全部要由密封機構來承受。對於這種方法,在國內沒有可以參考的先例,檢索資料雖然發現國外有相關的技術,但也是封鎖的。
攻關>>
“打碎”設計,深挖細節
吳國俊介紹,組成密封機構的窗口很硬,但密封圈又很軟,不同材料在大壓力下變形情況複雜,仿真過程困難重重。“我們通過在電腦裡建立模型不斷地仿真和優化,並通過仿真壓力艙模擬水下一萬多米的深海環境,一點一點找到了精準的設計參數。”吳國俊說,經過6個多月的自主研發後,2016年底,他們團隊終於迎來了“海瞳”相機的第一次打壓測試。
整個打壓測試的過程持續了五個多小時,完成測試程序後,“海瞳”研發團隊撈出“海瞳”相機之後發現,相機的窗口在打壓過程之中出現了破裂,測試失敗了。面對這個結果,吳國俊和團隊的同事在一個多小時的時間裡,都不知道該說什麼。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月就要進行深海科考,這就意味著留給團隊改進的時間只有一個月了。
“我們團隊請來了多位專家封閉式研討,在李學龍所長的帶領下,一個月的時間裡基本上是吃住都在實驗室裡。”吳國俊說,他們把每一步的設計都重新“打碎”,不斷地優化設計過程、工藝過程,連裝配的順序也不斷嘗試改進,哪怕是一個小小的螺絲。“比如說,我們把密封機構的一圈螺絲按照不同順序和不同預緊力組裝,先把所有螺絲擰一半的預緊力,然後多次循環逐漸加力,保證每一個地方在深海條件下受力更加均勻。”吳國俊說,通過深挖這種細節,一個月後,他們成功改進了“海瞳”相機並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”相機跟隨中科院深淵科考隊TS03航次出海科考並參加海試。整個航次過程中,“海瞳”相機有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10911米,並採集到了共計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米水深的海底發現了通體白色的獅子魚,並記錄下了它覓食活動的影像。這是首次用國產相機發現在水下8000米有魚類存在,是海洋生物學的重大突破。”吳國俊說,此外,他們還在超過一萬米深的海底發現了溝蝦等生物,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,尚沒有發現魚類的生命跡象。”吳國俊說,“海瞳”相機在深海記錄的影像為海洋生物、物理海洋等學科研究提供了重要的原始數據。
進展>>
二代“海瞳”瘦身近一半
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