2025 年人们将尝试在这个水下栖息地生活

人类在海洋中居住的未来正在威尔士和英格兰边境的一个废弃采石场中形成。在那里，海洋勘探组织 Deep 开始了一项为期多年的探索，使科学家能够在深达 200 米的海底生活数周、数月甚至数年。

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“圣克罗伊岛的 Aquarius Reef Base 是 1987 年安装的最后一个栖息地，大约 40 年来没有太多破土动工，”Deep 人类潜水员表演负责人 Kirk Krack 说。“我们正在努力将海洋科学和工程带入 21 世纪。”

Deep 的议程今年有一个重要的里程碑——开发和测试一个名为 Vanguard 的小型模块化栖息地。这个可移动的加压水下避难所能够容纳多达三名潜水员，为期一周左右，将成为通往更永久的模块化栖息地系统（称为 Sentinel）的垫脚石，该系统将于 2027 年推出。“到 2030 年，我们希望看到人类在海洋中永久存在，”克拉克说。现在，由于先进的 3D 打印-焊接方法可以打印这些大型居住结构，所有这些都成为可能。

这样的存在将如何有利于海洋科学？Krack 为我计算了一下数字：“目前在 150 到 200 米的潜水中，你只能完成 10 分钟的工作，然后是 6 小时的减压。借助我们的水下栖息地，我们将能够在 30 天内以更短的减压时间完成 7 年的工作。超过 90% 的海洋生物多样性生活在 200 米深的海岸线上，而我们只了解其中的 20% 左右。他补充说，了解这些海底生态系统和环境是解决气候难题的关键部分：海洋吸收了近四分之一的人为二氧化碳和大约 90% 的人类活动产生的多余热量。

水下生物今年获得批准

Deep 正在寻求建造一个水下生命支持基础设施，该基础设施不仅具有模块化栖息地，而且还为将要使用它们的科学家提供培训计划。长期在水下居住涉及一种称为饱和潜水的特殊类型的活动，之所以这样命名，是因为潜水员的组织被氮气或氦气等气体饱和。它已经在海上石油和天然气领域使用了几十年，但在科学潜水中并不常见，除了相对少数有幸在水瓶座待过的研究人员之外。Deep 希望使其成为海底研究人员的标准做法。

该阶梯的第一级是 Vanguard，这是一个可快速部署的探险式水下栖息地，大小与集装箱相同，可以由船只运输和补给，可容纳三个人，深达约 100 米。它将于 2025 年第一季度在威尔士切普斯托郊外的一个采石场进行测试。

这里在插画师的渲染图中看到的 Vanguard 栖息地将足够小，可以运输，但能够在最大 100 米的深度容纳三个人。

该计划是能够在一周左右的时间将 Vanguard 部署到任何需要的地方。潜水员将能够在海底工作数小时，然后回到模块中用餐和休息。

Vanguard 的新颖之处之一是它在权力方面非凡的灵活性。目前有三种选择：当部署在靠近海岸时，它可以通过电缆连接到使用当地可再生能源的陆上配送中心。在更远的海上，它可以使用来自浮动可再生能源农场和燃料电池的供应，这些燃料电池将通过脐带连接为 Vanguard 供电，或者可以由包含多个电池的水下储能系统供电，这些电池可以通过海底电缆进行充电、回收和重新部署。

呼吸气体将储存在海床的外部罐中，并包含氧气和氦气的混合物，具体取决于深度。在紧急情况下，饱和潜水员将无法游到水面，而不会患上危及生命的减压病。因此，Vanguard 以及未来的 Sentinel 也将拥有足以在海底相邻的外部吊舱中提供 96 小时生命支持的备用电源。

今年从 Vanguard 收集的数据将有助于为 Sentinel 铺平道路，它将由不同大小和功能的 Pod 组成。这些 Pod 甚至可以设置为不同的内部压力，以便不同的部分可以执行不同的功能。例如，实验室可以在当地测深压力下分析自然环境中的样本，但除此之外，还可以设置一个 1 个大气压的腔室，潜水器可以在其中停靠，游客可以观察栖息地，而无需平衡当地压力。

在 Deep 看来，典型的配置是容纳 6 人，每个人都有自己的卧室和浴室。它还将拥有一套科学设备，包括用于进行基因分析的全湿实验室，无需将样本运送到上部实验室进行分析，从而节省了数天时间。

“到 2030 年，我们希望看到人类永久存在于海洋中，”该项目的一位负责人说

Sentinel 配置设计为在需要重新补给之前使用一个月。气体将通过水面浮标的脐带连接进行加注，食物、水和其他补给品将在每 28 天计划的船员换班期间进行一次。

但人们将能够在 Sentinel 中生活数月，甚至数年。“一旦你饱和了，你在那里呆 6 天还是 6 年都没关系，但由于船员换班，大多数人会在那里呆 28 天，”克拉克说。

3D 打印和焊接的交汇点

这是一个非常雄心勃勃的愿景，Deep 得出结论，只有通过先进的制造技术才能实现。Deep 的制造部门 Deep Manufacturing Labs （DML） 提出了一种创新方法来构建栖息地模块的压力壳。它使用机器人将金属增材制造与焊接相结合，这一过程称为电弧增材制造。使用这些机器人，可以像 3D 打印一样构建金属层，但这些层通过使用金属惰性气体焊炬焊接在一起。

在 Deep 位于英格兰蒂德纳姆 （Tidenham） 的一个前采石场的运营基地，资源包括两艘 Triton 3300/3 MK II 潜艇。其中一只出现在 Deep 采石场的浮动“岛屿”码头。

在参观 DML 期间，先进制造工程负责人 Harry Thompson 说：“我们位于焊接和增材制造工艺之间的灰色地带，因此我们遵循焊接规则，但对于压力容器，我们 [也] 遵循适用于增材制造组件的应力消除流程。我们还通过无损检测对所有部件进行测试。

每个机器人手臂的工作范围为 2.8 x 3.2 米，但 DML 通过一个名为 Hexbot 的概念来提升这一区域。它基于六个机械臂，这些机械臂经过编程，可以协同工作，以创建直径达 6.1 米的栖息地外壳。创建船体的最大挑战是在增材制造过程中管理热量，以防止零件在制造过程中变形。为此，DML 依赖于耐热钢的使用和非常精确优化的工艺参数。

长期居住的工程挑战

除了制造业之外，在水下 200 米处保持人们的快乐和活力这项棘手的工作还面临着其他独特的挑战。其中最迷人的之一围绕着氦气。由于其在高压下的麻醉作用，人类不应在约 60 米以下的深度吸入氮气。因此，在 200 米处，栖息地中的呼吸混合物将为 2% 的氧气和 98% 的氦气。但是，由于氦气的导热性非常高，“我们需要将氦气加热到 31-32 °C，才能获得正常的 21-22 °C 内部温度环境，”Deep 工程总监 Rick Goddard 说。“这会产生潮湿的空气，因此多孔材料成为霉菌的滋生地”。

此外，还存在许多其他与材料相关的挑战。这些材料不能排放气体，并且必须隔音、重量轻，并且在高压下结构合理。

Deep 的试验场是英格兰蒂德纳姆的一个前采石场，最大深度为 80 米。 

此外，还存在许多电气挑战。“氦气可以高度肯定地破坏某些电子元件，”Goddard 说。“我们不得不将设备拆成碎片，更换芯片，更换 [印刷电路板]，甚至设计我们自己的不会排放气体的 PCB。”

电力系统还必须适应各种能源组合，例如漂浮式太阳能发电厂和水面浮标上的燃料电池。储能设备带来了重大的电气工程挑战：氦气会渗入电容器，并在减压过程中试图逸出时破坏电容器。电池在高压下也会出现问题，因此它们必须被安置在栖息地外的 1 个大气压容器或充满油的块中，以防止内部出现压差。

有可能在海洋中生活数月或数年吗？

当你试图成为海洋界的 SpaceX 时，自然会质疑这种雄心壮志的可行性。Deep 能够坚持下去的可能性有多大？至少有一位顶级权威约翰·克拉克 （John Clarke） 是信徒。“我对应用于手头问题的工程方法和专业知识的质量感到震惊，我对 DEEP 如何应用新技术充满热情，”美国海军实验潜水部队的首席科学家克拉克说。“他们的进步远远超出了预期......我很高兴支持 Deep 寻求扩大人类对海洋的拥抱。