极限深潜

  • 来源:科技新时代
  • 关键字:詹姆斯·卡梅隆,潜水器
  • 发布时间:2014-09-13 09:03

  一位性格沉静、自学成才的工程师如何帮助传奇导演詹姆斯·卡梅隆潜入大洋最深处并安全返回。

  在停泊于附近海面上的“美人鱼蓝宝石”号支援船的甲板上,一个80人的支持团队和一个电影摄制组正在开怀庆祝。绞车把这艘外观古怪的潜水器拉上甲板,舱门随之打开。伴随着此起彼伏的欢呼声,好莱坞传奇动作片导演詹姆斯·卡梅隆从潜水器里钻了出来。他刚刚成功完成了前往水下近11.3千米大洋最深处的探险之旅,成为有史以来第一位独自下潜到马里亚纳海沟最深处的人。

  这次为时7小时的深潜让卡梅隆达到了世界顶级海洋探险家都从未独自达到的深度,同时,他在无边黑暗中拍摄的视频素材也构成了一部纪录电影《深海挑战(3D版)》的基础。这部纪录片于今年8月上映。如果一位好莱坞导演摇身一变成为深海探险先驱的故事还不够吸引人的话,他是如何潜到那么深的——在轰动一时的新闻轰炸下,这点几乎被人忘记——则更让人感到好奇。

  故事的核心是一位身材矮壮,头发花白的人物。今年早春的一天当我们采访他时,他正羞怯地站在一群人边上。Ron Allum是一位65岁的澳大利亚广播技师。他没有机械工程经验,在海洋科学上没有任何资质,除了一张商学院文凭外也没有任何其他理工科文凭。但是,他却是“深海挑战者”号潜水器的共同设计人和建造人。在漫长的7年时间内,他一直秘密建造着卡梅隆的潜水器。当潜水器建造完成后,当初的小作坊已经发展成位于悉尼郊区一个管道工程用品公司和一个家具厂之间的秘密工厂。

  这位自学成才,过去一直默默无闻的工程师是怎样从零开始建造一艘潜水器,并把詹姆斯·卡梅隆成功带入海底的?这是一个异彩纷呈的故事。故事的元素包括:耗资1000万美元的科研计划、一桶汽车润滑油,以及一台Kitchen Aid蛋糕机。

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  2005年前,Ron Allum从未想过要建造一艘潜艇。过去十年内,他一直在一家名为AndrewWight的纪录片摄制公司工作,负责制造用于拍摄鳄鱼、鲨鱼、火山和其他自然题材纪录片的摄影设备。两人后来成立了一家合伙企业,同时经常一起在澳大利亚中部沙漠的地下洞穴内玩水肺潜水。2001年,卡梅隆聘请这家公司帮他拍摄一部关于德国“俾斯麦”号战列舰水下残骸的纪录片,Allum作为技术助理加入了剧组。

  一开始,Allum和卡梅隆的关系发展得并不顺利。“Ron操着一口浓重的澳式英语,刚开始我根本不明白他在说些什么,并且他实在太寡言少语了。”卡梅隆说。但是,大导演先生很快意识到了这位剧组新成员的价值。当时,他们的支援船出现了电气故障。为了修理,Allum把5块故障线路板拼成了一块功能完好的线路板。很快Allum就成了复杂故障的修复专家。还有一次,卡梅隆需要一种可生物降解的化合物作为光纤电缆盒的填塞材料,Allum从厨房里找来一些切片面包完成了这项任务。2004年,卡梅隆为拍摄新片《深海异形》购买了两艘小型潜艇,Allum则帮助改造了潜艇的电子设备和推进系统。

  “他总是能想到稀奇古怪的点子解决问题,”卡梅隆说,“随着时间的推移,这些点子会慢慢展现出它们的智慧光彩和优雅简洁。”

  在海上共同度过的漫长时间里,卡梅隆常常告诉Allum他从儿时起就有的一个梦想:乘坐一艘潜艇下到马里亚纳海沟的底部。他拍过很多海洋题材影片,比如电影《泰坦尼克》中的潜水场面。卡梅隆把马里亚纳海沟深潜行动看作科研探险和电影摄制的组合体。他的潜艇需要装备好莱坞水准的3D摄影机和LED系统,还要配备液压机械臂采集科研样本。2005年末,就在卡梅隆计划开始拍摄影片《阿凡达》的同时,他请Allum帮他建造一艘深潜潜艇。

  马里亚纳海沟堪称深海探索领域的最高峰。此前,只有一艘名为“的里雅斯特”号的载人潜水器曾经到达过马里亚纳海沟底部。1960年1月,“的里雅斯特”号载着瑞士籍海洋摄影师Jacques Piccard和美国海军上尉Don Walsh抵达那里并停留了短短20分钟。但是,那次为时短暂的深潜还是遇到了麻烦。在将近11.3千米深的海沟底部,“的里雅斯特”号上的树脂玻璃舷窗无法抵御高达20万吨的巨大压力而发生破裂。此后,再也没有载人潜水器到达过如此深的海域。

  除了严酷的技术挑战外,这一深潜计划的成本也十分惊人,即便富有的卡梅隆都有点吃不消。世界最先进的深海潜艇为日本“深海6500”号,这艘潜艇的造价高达6000万美元,但是只能潜到6437米深度。美国海军的“阿尔文”号潜水器最大下潜深度为4000米,科学家估计其造价高达2200万美元。

  卡梅隆的深潜计划还遇到了竞争对手。2005年,另一位富翁,田纳西州出生的富商Steve Fossett也计划单人深潜到马里亚纳海沟底部。Fossett一旦成功,卡梅隆的计划就会失去创造世界纪录的价值。Fossett聘请了资深海洋工程师Graham Hawkes建造潜水器。Hawkes是5家科技公司的创始人,曾经为NASA设计过遥控潜水器。早在1993年,他就宣称已经绘制完毕了能潜深11.3千米的潜水器的设计图纸。和他相比,Allum没有图纸,甚至连个工作场地都没有。他在悉尼家里的洗衣房内开始了研究:用手动压力泵测试高密度蓄电池系统的耐压能力。

  在最早的设计阶段,Allum和卡梅隆就为“深海挑战者”确定了打破传统的总体架构。大多数潜艇都沿水平方向运动,在水下的运行方式类似于鸟类滑翔。Allum和卡梅隆则设计了一艘船体中轴线沿垂直方向的“深海挑战者”号。这艘潜水器像是一支巨大的雪茄打火机竖立在水下,两端各有短粗的鳍。这艘潜水器下潜速度极快,抵达海底后,可以在小型推进器作用下像海马一样以直立姿态巡视海床。此外,他们还重新设计了潜艇的基本结构。他们没有像其他大多数潜水器一样使用昂贵的钛合金材料制造壳体,而是用环氧合成泡沫体制造潜水器的整个外部框架,这是一种由玻璃微球嵌入环氧树脂制成的轻质材料。此外,潜水器还配备了一个仅能容纳卡梅隆本人和操控设备的钢质球形驾驶舱。船体采用的泡沫体材料能够在受压后自动变形,以适应压力的变化,泡沫体壳体制成后,Allum在内部直接安装灯光、蓄电池、摄影机和推进器等设备。

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  首当其冲的技术障碍是找到合适的泡沫材料。Allum为此测试了一些样品。但是在高达113.8兆帕的巨大压力下,大多数样品都破坏了——对于他的老板,这不是一个好消息。在好几个月的失败测试后,他决定自己发明所需材料。Allum有一种直觉,如果玻璃微球能够均匀分布到厚面团状的树脂中,泡沫体材料的强度就可以达到最高。于是,他订购了各种气体的气罐,以及大量玻璃微球和树脂材料后,他驾车来到当地的购物中心,买了一台售价500美元的旗舰版Kitchen Aid牌蛋糕混合机对原料进行混合。“当时正好在圣诞节前夕,”他回忆说,“当时,女销售员对我说,‘先生,你太太一定会喜欢它的!’”持续数月的测试后,他终于找到了理想的泡沫材料配方,并顺利通过了压力试验。

  接下来的工作是建造钢质球形驾驶舱。驾驶舱的尺寸必须尽量小以减轻重量,同时还必须足够容纳身高1米88的卡梅隆本人和操控设备。Allum在墨尔本找到了一名冶金学家。他们把两块7吨重的钢锭压制成了两个直径2.13米,厚度12.7厘米的超大号“硬币”,然后通过锻压和焊接工序将其变成球形。此外,他还聘用了一名来自塔斯马尼亚岛的结构工程师Phil Durbin;他们是在一起玩水下曲棍球的时候认识的。这是一种让人精疲力竭的运动,玩家必须屏住呼吸潜入游泳池底,并用力推动池底1.5千克重的铅盘。Durbin为球形驾驶舱和泡沫壳体建立了计算机模型,计算结构各部分所受应力。随后,他和Allum把建造完毕的球形驾驶舱运到位于宾夕法尼亚州州立大学的一座美国海军实验室,并最终通过了抗压试验。

  2008至2010年间,Allum在悉尼的一座186平方米的工坊中卖力苦干,与此同时,卡梅隆在影片《阿凡达》繁忙的拍摄和剪辑工作中,忙里偷闲研究技术规范,并通过Skype和Allum远程沟通交流。2010年5月,在招聘了更多员工后,Allum搬到了位于一座小型工业园内面积较大的厂房。招募人员包括作为助理的澳大利亚工程师Dave Goldie。当第一次看到那台每天都在频繁使用的蛋糕混合机时,他感到有点出乎意料。“我原本以为会看到一座世界级的工厂,没想到它却是一间简陋的工棚。”他说。

  让经过精确校准的设备在深海高压强环境下正常运转,必须克服无穷无尽的技术难题。例如,潜水器的不同部分在压力下收缩程度不一样。在113.8兆帕的压强下,泡沫船体的长度会缩减6.4厘米,而钢质球形驾驶舱的收缩率则要小得多。为了解决收缩率不一致的问题,Allum用弹性聚酯带把球形驾驶舱悬挂在泡沫船体内部,从而使其能够自由浮动。同时,用于观察外部景象的舷窗—30厘米厚的锥形有机玻璃块—也出现了问题。测试中发现,舷窗玻璃在钢质外壳内的部分不停碎裂。据Allum推断,原因是外壳周围涂抹的润滑油降低了有机玻璃的抗压强度,虽然它是美国机械工程师协会推荐使用的标准产品。于是,他来到当地的Repco汽车配件店,买回了许多种汽车润滑油。经过试验,他发现一种气雾喷罐润滑剂能够达到要求,而每罐的价格只有14美元。

  2011年初,在卡梅隆宣布计划潜入马里亚纳海沟的计划之后,更多人来到Allum的工厂对潜水器的声呐系统、通信系统和液压系统进行细化设计。就在这时,竞争者的号角又吹响了。当年4月,维珍集团创始人理查德·布兰森宣布,他和另一位富豪Chris Welsh将和设计师Graham Hawkes合作。自从Hawkes的前合作伙伴Steve Fossett于2007年死于飞机失事后,他的工作就一直陷入停滞。同时,时任Google公司首席执行官的Eric Shmidt也宣布他正在自行投资建造“最先进”的潜艇“深度研究”号用于同样的探险计划。竞赛又一次拉开了序幕。

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  2011年11月,卡梅隆飞赴悉尼,在四季酒店长租了一套套房,并在“深海挑战者”号工厂旁边租了一间办公室。接下来的4个月内,这位知名导演一直隐姓埋名住在悉尼,并经常在附近的管道用品公司会议室里开会。这时,潜水器的各个组成部件(除了需要保密的结构梁外)正在日以继夜地从各地运来。“我们在众目睽睽下隐藏得很好,”卡梅隆回忆说,“我们的卷帘门任何时候都是开着的,但是没人知道里面正在做些什么。这么容易就能保守秘密好像有点不大可能。我每天都在附近走来走去,还经常去餐厅和咖啡厅,但却没人认出我。”

  2012年1月最后一周的一个深夜,一辆卡车载着“深海挑战者”号来到悉尼海军船厂,并被吊到“美人鱼蓝宝石”号管道检查船上进行首次试验潜航。无疑,潜水器的古怪外形帮助它保守了保密。一周后,“美人鱼蓝宝石”号载着由工程师、机器人专家、生物学家和摄制组人员组成的支持小组起锚向深海进发。然而就在这时,悲剧降临了。摄影师Mikede Gruy和Andrew Wight——就是他在10年前把Allum和卡梅隆聚到一起——在乘坐直升机从一座乡村简易机场起飞时,不幸死于坠机事故。

  沉浸在悲痛中的Allum和卡梅隆计划取消这次深潜计划。但是Wight和deGruy的遗属们却力劝他们不要放弃。一周后,“美人鱼蓝宝石”号已经向北航行了2000千米,方向关岛。

  3月26日,詹姆斯·卡梅隆成为历史上第一位在海底发出推文的人:在狭小拥挤的球形驾驶舱内,他输入以下文字:“已到达海洋最深点,触底的感觉从未如此之好。”

  但是,这次深潜也并非一帆风顺。潜水器下潜后,Allum在“美人鱼蓝宝石”号控制室内发现,潜水器的液压机械臂和采样舱舱门出现了故障。尽管卡梅隆原本计划做多次下潜,但是由于必须出席影片《泰坦尼克号(3D版)》的伦敦首映式,他必须在上浮后几小时后登上一架从关岛到希思罗机场的包机飞往伦敦。当他三天后回到关岛后,恶劣天气给一切都画上了句号。这次由《国家地理》杂志和劳力士公司赞助的深潜行动已经花费了2000万美元,卡梅隆个人则在潜水器的建造上投入了1000万美元。

  卡梅隆说,问题并不严重。某些沉积物样本找不到了,但是科研小组发现了68个新物种,并有望在深海生态学领域内获得重大发现。影片《深海挑战(3D版)》的大部分镜头都是这次深潜过程中拍摄的。去年6月,卡梅隆带着“深海挑战者”号做了横跨美国的路演,并参加了美国参议院听证会以申请更多深海科研资助。随后,他把“深海挑战者”号潜水器赠给了马萨诸塞州伍兹霍尔海洋学研究所。Allum现在正在和Woods Hole研究所合作优化他的深海系统设计。此前,伍兹霍尔研究所造价800万美元的“海神”号潜水器于当年5月在新西兰外海水域1万米深度被巨大水压压爆。此外,Allum还为他的浮力泡沫材料Isofloat申请了专利,并在卡梅隆的资助下成立了一家公司,力图实现这种材料的商业化,将其用于工业和军事用途。“它的强度很高,能防弹,密度还特别低,能浮在水里。”Allum说。他已经和澳大利亚国防部达成了产品销售合约。

  在卡梅隆眼里,Allum是一位寡言少语的工程天才。“我一直说,如果我要去火星并且只能带一个人,我肯定会带Ron一块去。他能在航行途中把飞船拆了再重新组装起来。”卡梅隆说。尚不清楚两人是否将重启另一次深海探险计划,但是有一点却是肯定的:卡梅隆要等拍完《阿凡达》第2、第3和第4部后才会重返深潜领域。这大概要至少5年时间。

  Allum还没去过马里亚纳海沟底部。这是他的“深海挑战者”号的一个未完成任务。当被问到有朝一日是否愿意自己驾驶潜水器去深海走一遭时,他的眼睛发出了亮光。“我真想立刻出发。”他说。

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