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核潛艇達不到的深度,鯨魚卻可以,難道鯨魚肉比超級鋼還硬?
2023/10/03

2020年,我國載人潛水器奮斗者號成功在馬里亞納海溝坐底,下潛深度為10909米,刷新了我國載人深潛的紀錄。水下10909米是什麼概念?按照慣例,我們認為水下每增加10米,就會增加1個標準大氣壓(atm)。那麼在水下10909米則大約是1091倍大氣壓,相當于每平方厘米承受約1.1噸的壓力。

這種水壓遠遠超過了人體所能承受的范圍,即使是密閉的保險箱放在這里也會被瞬間壓成鐵片。水下的壓力是恐怖的,這也限制了我們去探索和利用深海世界。

以人類材料工藝的極致核潛艇為例,最大下潛深度決定了核潛艇在深海環境中的作戰能力。深海有更高的水壓和更嚴峻的環境條件,能夠下潛到更大深度的核潛艇可以在更廣闊的海域執行任務,包括偵察、監視、潛航和潛艇戰等。

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如果能夠下潛到更深的深度,核潛艇就可以更好地躲避敵方的偵察和追蹤,提高隱蔽性和生存能力。

各國為了讓自家核潛艇下潛更深可謂絞盡腦汁,然而海洋中卻有一種動物能輕松勝過核潛艇,下潛深度是核潛艇的數倍,它就是著名的抹香鯨。為什麼純肉身的抹香鯨潛水深度能達到核潛艇的數倍?難道它的鯨魚肉比鋼材還要硬嗎?

人類制造工藝的巔峰之作

核潛艇是一種搭載核動力系統的潛艇,它使用核反應堆產生的能量來提供推進力和電力。核潛艇具有長時間在水下行駛的能力,因為核反應堆不需要經常補充燃料,這使得核潛艇能夠在深海中持續進行任務而不必頻繁浮出水面,這種特性使得它成為軍事上的大殺器。

核潛艇是一種高度復雜和技術密集的軍事裝備,設計、建造和操作核潛艇需要極高的技術水平和專業知識。

核潛艇涉及到多個領域的工程學、物理學、材料科學和電子技術等,涉及到高度復雜的系統集成和安全性要求。因此,可以說核潛艇是人類制造工藝的巔峰之作。

目前公開宣稱擁有核潛艇的國家有6個,分別是中國、俄羅斯、美國、英國、法國和印度。其中又以美國和俄羅斯的數量最多。

美國的主力核潛艇是俄亥俄級戰略核潛艇和弗吉尼亞級攻擊核潛艇。其中俄亥俄級核潛艇于1981年開始服役,并經過多次升級改進。主要任務是搭載彈道飛彈,作為美國核三角戰略的一部分,執行核威懾任務。這些潛艇攜帶潛射彈道飛彈(SLBM),能夠在水下發射核彈頭,具備遠程打擊能力。 根據公開數據顯示,俄亥俄級戰略核潛艇的最大潛深也就300到400米;而主要以魚雷為武器的弗吉尼亞級攻擊核潛艇的最大潛深則為500米。

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從下潛深度這項性能來看,目前的世界紀錄還是由俄羅斯保持,蘇聯時期制造的共青團員號核潛艇能夠下潛到1000米左右的深度執行任務,其最大下潛深度達到了1250米,是俄亥俄級的3倍之多。然而即使是共青團員號也比不上抹香鯨。

潛水最深的哺乳動物

抹香鯨,也被稱為巨頭鯨,是世界上最大的牙鯨類動物之一。它以其龐大的體型、特殊的頭部結構和獨特的捕食方式而聞名于世。

抹香鯨的身體呈流線型,可以長達16至18米,體重可超過40噸。最引人注目的是它們巨大的頭部,占據了整個身體長度的三分之一。這個頭部結構內部有一種稱為「抹香鯨油」或「抹香鯨蠟」的潤滑油,許多精密儀器如手表、火箭等都會用到它。

此外,它的腸內分泌物干燥后被稱為「龍涎香」,在歷史上被用作香料和藥物。

抹香鯨以巨大的獵物,如巨型魚類和頭足類動物為食。 它們潛入深海,在超過1,000米的深度追捕獵物。抹香鯨可以在潛水期間停止呼吸長達90分鐘,潛水深度可達2,000米以上,遠超核潛艇的深度,是俄亥俄級的5倍以上。而抹香鯨也因此成為了世界上潛水最深的哺乳動物,這種獨特的潛水能力使得抹香鯨能夠進入深海生態系統,捕食那些生活在深海中的大王烏賊。

與抹香鯨比起來,人類就顯得有些弱了。 不依靠外物的情況下,目前人類的潛水紀錄不過100多米,而且還不能快速下潛和上浮,因為水壓的快速變化會損壞我們的身體。而抹香鯨純以肉身就能快速下潛到2000米以上的深度,它們靠的是什麼?難道它們的肉真的比鋼材還要硬嗎?

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抹香鯨深潛的奧秘

抹香鯨的秘密就在于它們的身體是一個相對來說實心的空間,雖然也包含一些空腔,比如胸腔和腹腔,但空腔內部的壓強與周圍海水的壓強是相等的。這種結構有助于抵抗高壓環境。 抹香鯨的氣管也具有特殊的結構,被分隔成多個小室,形成了一種閥門系統。這種結構使得在潛水胸部受到的壓力增加時,空氣不會被壓入氣管,從而保護了肺部免受高壓的影響。而且抹香鯨與人類不同,它在水下是不需要一直呼吸的,它的肺部不需要一直與外界進行氣體交換。

此外,抹香鯨的體內還有一些調節機制,使其能夠適應深海環境的壓力變化。例如,抹香鯨的血液中含有特殊的蛋白質和化合物,可以吸收和釋放氣體,幫助調節體內的氣體壓力。

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這些機制共同作用,使抹香鯨能夠在深海中自由游動。當然抹香鯨也并非完全不受影響, 它的最大下潛深度大約在2500米左右,再深它也就承受不住了。

然而核潛艇就不一樣了,核潛艇的內部完全是空的,也就導致它的下潛深度受到其外部結構的承受能力限制。隨著深度增加,水的壓力會變得更大,對潛艇的外殼和結構施加巨大的力量。為了抵御水下壓力,核潛艇的外殼采用了特殊的材料和結構設計,以提供必要的強度和密封性。 然而,即使采用了強大的外殼,核潛艇的結構仍然有一個極限,超過這個極限就會出現結構破壞的風險。

共青團員號之所以能下潛到1250米,是因為它的外殼是由昂貴的航空金屬鈦制造的。恐怕這個世界上除了蘇聯沒有任何國家會想到用這種材料,因為它太貴了。

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鈦合金強度大、質量輕,這使得它制造的核潛艇排水量小卻又比其他材料更加耐壓,可謂是最理想的材料。然而它價比黃金,即使是當時是蘇聯也只有造一艘的能力。而最為可惜的是自它1984年服役后僅5年,它就在挪威北部的公海出現了火災事故。全艇69人拼命救火卻無濟于事由于事故地點離岸太遠,等救援飛機趕到時潛艇已經難以挽回。最終共青團員號沉入海底,艇上69人只有27人成功生還,讓人唏噓不已。

結語

盡管鯨魚不擁有像核潛艇那樣堅固的金屬外殼,卻能在極端的深海環境中游弋自如。這引發了我們對生物學和生態系統的深思,以及對人類科技的啟示。

鯨魚擁有適應深海生活的進化特征。它們的身體結構經過數百萬年的演化,形成了適應深海環境的優勢。

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鯨魚的體型龐大、流線型的身體和肌肉力量使其能夠在水中更有效地推進,并減少水流的阻力。此外,鯨魚的肺部和血液系統具有適應高壓和低氧環境的特殊結構,使其能夠在潛水期間有效地利用氧氣,并防止潛水病的發生。

鯨魚的潛水能力超越了人類科技的局限,這給我們帶來了重要的啟示。 通過研究和仿效鯨魚的生理特征和行為策略,我們或許能夠開發出更先進、更高效的潛水技術和裝備。

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