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从《流浪地球2》的潜水动力甲,看人类深潜装备发展

时间:2023-03-04 01:48:13 来源:科普之家 作者:光明科普 栏目:军事 阅读:97

在近期热播的国产科幻大片《流浪地球2》中,人物图恒宇和马兆在水下使用的潜水动力甲引起了很多观众的兴趣,对此的讨论也十分热烈。很多观众都很好奇,人是否真的有可能在如此深的水下正常工作。事实上,影片中出现的潜水动力甲,其科技水平和现实并不遥远。

(图为《流浪地球2》官方海报中的潜水服)

早期人类深潜的尝试

人类对于深水的挑战,始于需要通过海产获取食物和收入的年代。最早的人类潜水活动,往往只限于浅海,通过憋气和呼吸管获得一定的在水下活动的能力。这种工作方式不具有太多的水下观察能力,在水下活动的时长和深度也非常有限。到了17世纪末,欧洲开始使用潜水钟作为潜水工具,以获得更久的水下工作时长,更大的工作范围和工作深度。有一些设计还为潜水者准备了小型的头戴式潜水钟,联通到大型潜水钟内,这可以看作现代潜水服的雏形。

(图为早期潜水头盔)

人类第一套成型的封闭式潜水装具诞生于1715年,出自一位法国贵族,他设计的潜水服由完全贴合封闭的头盔和玻璃制成的观察窗构成。有分离的空气进入和二氧化碳排出管道,为潜水员提供源源不断地新鲜空气。1819年,德国人生产了第一套完全隔水的潜水服,潜水员不需要再忍受海底的低温,可以内穿干燥的衣物保暖工作。头盔的设计也越来越多的考虑压力耐受能力,以保障潜水员可以在海底正常的呼吸。

走向深海之路

1860年,法国人制造了人类史上的第一款独立供氧的潜水服,潜水员能在水下工作的时间得以延长,对于岸基保障的要求也进一步降低。而随着工作时间的不断增加,人们也逐渐摸索出了一些应对海底高压的方法,比如可以通过阶段加压和阶段缓慢减压逐渐下潜到更深的深度。直到这时,人类本身身体素质的限制逐渐显现,肉体凡胎很难承担过高的水压,制作潜水“铠甲”,在更大水压下工作成为一种期盼。到了1979年,世界上第一套硬壳气压潜水服——纽特潜水服(“Newtsuit”)被加拿大人纽特发明,成为了石油、打捞、科考和军事领域的首选产品。

纽特潜水服不同于此前出现的隔水或非隔水潜水设备,他为潜水员提供了一整套的耐压“盔甲”。我们知道,随着潜水的深度不断增加,水压也会越来越高。人身体的抗压能力是有限度的,理论上人体在无保护装置的情况下能承受的最大压力相当于16个标准大气压,按照水深每增加10米增加1个大气压换算,人类无装具深潜的极限在160米左右,普通人潜水的耐受深度大概在10至15米,当水压提高到一定程度,即便受过专业训练的潜水员也会严重受伤甚至死亡。而纽特潜水服即便在百米的深度,也可以维持潜水服内接近海平面的气压,依靠坚固的硬质外壳承担大部分水压,让潜水员得以深入之前从未涉足过的深海。

(图为外媒刊发的纽特潜水服)

而随着科技的不断发展和深海作业需求的增加,最早的纽特潜水服已经不能完全满足需求。早期的纽特潜水服基本没有动力,完全依赖岸基或者船载设备进行保障,通过吊索下放到工作深度并进行较大范围的位移,肢体的活动也比较僵硬。纽特潜水服的开发商随后设计了纽特潜水服的下一代产品,Exosuit。这套系统拥有新的推进系统和辅助操作系统,将喷水推进器整合到了脚部,潜水员可以通过脚部动作控制姿态,解放出双手用于进行机械操作。同时在自持力和工作深度上,Exosuit也进一步得到加强,可以在350米的水深工作,并且拥有后方保障中断下50小时的独立氧气供应和二氧化碳吸收能力,提供了远超纽特潜水服的应急处理能力和更大的深海工作自由度。

未来还是眼前

而《流浪地球2》中出现的潜水动力甲,本质上是外骨骼的动力关节技术和硬壳潜水服的技术结合,从而实现了在空气环境中几乎没有浮力,但是依然可以正常行走。细心的观众不难发现,影片里这套潜水动力甲重达240千克,还可以强行掰开挤碎机器人的重压门,说明其动力关节技术已经相当先进。

(图为Exosuit资料图)

从现有技术来看,辅助或者驱动一套240千克的重型潜水服行走,并不是完全不可能。多个国家都有试验军用和工业的外骨骼技术,其载荷能力都远超人类血肉之躯的水平。由于潜水服的重量主要由壳体材料和配重构成,而配重大多可以在上岸前抛弃,其总体重量应该是非常均匀的,相比于搬运航空弹药,工业大型零件,想要辅助人力操作重型潜水服的地面行走则容易得多。而较大尺寸的背包也可以容纳较大的电池和生命维持系统,让潜水员在海底的空气区域中更持久的工作。

总的来说,《流浪地球2》中的潜水动力甲并非遥不可及。目前没有在水下空气区域中行走的需求,几乎所有的硬壳潜水服工作都是在有较大浮力的水中进行,潜水服的自重并不会过大的影响移动,反而会被其庞大的体积产生的浮力大部分抵消。而如果真的有一天地球要去“流浪”,较短的时间内人类想要拿出这样的产品,并不会太难。

作者简介:黄天,媒体工作者,主要从事军事、科普相关媒体工作,长期研究冷战军事科技发展历程

出品:科普中国

监制:光明网科普事业部

作者:黄 天 (矛隼工作室)

审核专家:费伯禹 (中国军网)

策划:金 赫

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