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生命的起源是海洋。海底深藏着无数宝藏和秘密，人类为探究深海的秘密，从未停止过脚步。但是目前，我们对海洋的认识还停留在海洋中上层的5%左右，对95%的深海区域却知之甚少。造成这一困境的主要原因，是目前人造潜艇无法承受深海的高压。于是科学家们把目光转移到了可以在深海生存的鲸鱼身上，试图从鲸鱼的身上找到潜入深海的秘密。  鲸鱼为何能潜入深海？由于水中的压强与水深成正比，水深每增加10.3米，压强就会增加一个大气压单位，所以潜水是对人体极大的挑战。喜欢游泳的朋友们肯定深有感触，在深水区游泳时，很容易出现胸闷头晕的症状，这就是压强的作用。 鲸鱼之所以可以抵挡水中的高压，潜入上千米的深海，与它的身体结构有着密不可分的关系。鲸鱼虽然跟鱼类一样都有流线型的身体结构，但它属于哺乳动物，用肺呼吸，常年生活在深海区，需要定时游到海面换气，所以鲸鱼的肺经常需要储存大量氧气。鲸鱼的上浮和下潜靠的是改变肺中空气的浮力，肺中空气越多，浮力越大，鲸鱼便会上浮；反之，空气少，浮力小，鲸鱼就会下潜。  除此之外，鲸鱼可以安然无恙地待在深海区不被高压压扁，靠的也是肺。鲸鱼的肺可以通过改变其中的气体体积来改变身体内的压强，从而达到内外压强平衡。鲸鱼在潜入深海的过程中，肺会随着下潜深度而逐渐缩小，致使体内压强增大，与外界保持一致，从深海上浮则相反。但是鲸鱼也不能无限下潜，它的肺不能无限缩小，当到达某一限度时，就不再缩小了，鲸鱼体内的压强也就不再增大了。这时如果继续下潜，鲸鱼也逃不了被高压压扁的命运。 除了结构特殊的肺以外，鲸鱼还有很厚的身体表皮，肌肉很有弹力，可以帮助鲸鱼抵挡住深水的压力。外界压强变大时，鲸鱼的内部器官还可以分泌出半透明的包覆层，帮助保护其内部器官。  鲸鱼深潜的能力是漫长的进化的结果，不同种类的鲸鱼可下潜的深度也不同。小型齿鲸的下潜深度在100-300米之间，长须鲸可以下潜至300-500米，下潜最深的是抹香鲸，可以下潜至1000-2000米的深海中，因此抹香鲸也被称为哺乳动物中的“潜水冠军”。  潜艇为何难以潜入深海？想要对海洋进行更深刻的认识，就必须要到海底下去，去瞧一瞧海洋深处究竟藏着什么秘密。于是，早在16世纪就有人提出“水下航行船体结构”理论，到了17世纪20年代，荷兰物理学家科尼利斯·德雷尔成功制造出历史上第一艘，能够潜入水下并在水下行进的“船”。这一发明开辟了人类探索海洋的新道路，后因战争催生，科技进步，潜艇迅速发展，到了1879年，第一艘现代化潜艇诞生。现代化潜艇正是根据鲸鱼的结构特点制造出来的。鲸鱼可以利用肺中的空气在水中的浮力使自己上浮下潜，而潜艇的上方设有压载水舱，往压载水舱里注水，潜艇的重量变大，潜艇就下潜；将压载水舱里的水排出，使其中充满空气，潜艇变轻，潜艇就上浮。  “奋斗者”号为何能下潜上万米？ 既然要维持内外压力的平衡，那可以通过人为地将潜艇内部的压力加大来平衡深海中的高水压吗？答案是不能。潜艇内部的压强必须与陆地上的压强保持一致，这不仅仅是考虑到人类在里面的生存问题，而且很多内部设备也只有在标准大气压下才能正常运转，所以想要提高潜艇的下潜深度，只能靠坚硬的外壳抵抗来自深海的压强，保护潜艇不被压扁。 想要提高潜艇的下潜深度，最大的困难就是如何抵抗深海带来的高压。从目前的潜艇结构来看，要想抵抗高压，必须制造出更坚硬的材料来作为潜艇的外壳。从理论上分析，借鉴鲸鱼肺的运作机理，在深海区提高潜艇内部的压强实现内外压强统一也可提高下潜深度，但前提要解决潜艇内设备在高压下的运作问题。除此之外，深潜带来的难题还有海下通讯困难、海水导致潜艇灵活性降低、海下作业困难等等。  “奋斗者”号为何能下潜上万米？2020年11月10日，中国载人潜水器“奋斗者”号在西太平洋马里亚纳海沟成功下潜突破一万米，再创中国载人深潜的新纪录。我国载人潜水器研究虽然起步较晚，但后来居上，发展迅速，短短五十年时间，我国载人深潜领域已达世界领先水平。从“蛟龙号”到“奋斗者”号，科学家独创的新型钛合金材料，采用电子束焊接技术，给“奋斗者”号穿上了“铠甲”，让“奋斗者”号更加坚固，潜水器的整体耐压水平大大提高。  深海中地形复杂，海水会大大干扰深潜器的灵活度和操作性能，一旦操作不当便容易发生“触礁”危险。针对这一难题，科研人员设计出“神经网络优化算法”，给“奋斗者”号加了个“大脑”，使其拥有在复杂的海底拥有巡航、定点航行、悬停定位等功能，躲避危险。科学家们还给“奋斗者”号安装了一只灵活的“手”，大大提高了“奋斗者”号在深海作业的精准性和可操控性。除此之外，“奋斗者”号还有持久作业、高效作业能力，可连接水面的高速数字水声通信等优势，这都表明了“奋斗者”号在万米级所拥有的综合性技术实力。  “奋斗者”号完成海试，意味着我们率先拥有了领先的深渊科考作业能力。从某种角度上说，是鲸鱼成就了如今潜艇技术的辉煌。虽然目前潜艇的发展在逐步走向成熟，取得诸多傲人的成绩，但在结构和航行上，仍不如海洋生物那般精巧高明，这也不得不让我们感慨大自然的精妙与神奇，所以，人类在飞速发展之际，要走可持续发展道路，敬畏自然，保护自然。而潜艇技术在未来的发展中，还需要科学家们的不懈努力，继续弘扬科学精神，在海洋生物身上继续探索。 展在逐步走向成熟，取得诸多傲人的成绩，但在结构和航行上，仍不如海洋生物那般精巧高明，这也不得不让我们感慨大自然的精妙与神奇，所以，人类在飞速发展之际，要走可持续发展道路，敬畏自然，保护自然。而潜艇技术在未来的发展中，还需要科学家们的不懈努力，继续弘扬科学精神，在海洋生物身上继续探索。 |
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