深?？脊?，科幻成真

倪偉

潛器回收。圖/中國科學院深海所供

身為女性，董佳馨在海底顧慮更多。最大的麻煩是如廁，三個人幾乎就將狹小的潛水器艙室擠滿了，另外兩個潛航員還都是男性，雖然帶著小便袋，也不便使用。于是，下水前一天開始，她就不再喝水，也不敢吃太多東西，怕鬧肚子。

董佳馨是國家文物局考古研究中心助理館員，25歲，2023年剛從北京師范大學陶瓷考古方向研究生畢業。兩個月后，她就作為深?？脊抨牭囊粏T進入南海。在距離海南島150公里的海面之下，沉睡著兩艘明代沉船——南海西北陸坡一號、二號沉船。

這是中國第一次深?？脊诺默F場。

“我是一個特別能上廁所的人，所以我比任何人都緊張?！?023年9月下旬，下水前一天晚上，她失眠到深夜。第二天，從上午8點進入潛水器，到下午2點完成她承擔的文物提取任務，一切順利。就在完成作業的一瞬間，尿意突至。從那時起，到5點半上浮到海面，“那段時間，可痛苦了”。

她乘坐的“深海勇士”號載人潛水器艙室狹窄，只能容得下三人，為了節約空間，艙內不設座椅。她在艙里席地而坐，保持這個姿勢長達八九小時，當她出艙、站上母船的甲板時，幾乎站立不住。

2023年5月至6月和9月至10月，國家文物局考古研究中心、中國科學院深?？茖W與工程研究所（簡稱中國科學院深海所）、中國（海南）南海博物館聯合對西北陸坡兩艘沉船進行了兩個階段考古調查，在兩個階段的深?？脊抛鳂I中，一批考古工作者首次乘坐“深海勇士”號潛入約1500米深的南海海底，下潛41次。

這艘著名的潛水器，為深?？脊排渲昧艘幌盗行卵b備。不論對于考古隊，還是科技團隊，這個成果豐富、過程趣味橫生的項目，僅僅是一個開始，也是一次技術探索。

菜刀和手術刀

董佳馨進入海底的任務是提取文物。她手里有一沓打印的圖片，是在母船“探索二號”上已經確定好要提取的文物的照片。她向駕駛潛水器的潛航員指認，潛航員操作機械手，將文物小心翼翼抓取到采樣籃里。

“深海勇士”號的兩條機械臂尾端連著機械手，一只是金屬制成，另一只為了此次任務專門升級為柔性材料，套上了一層柔軟的橡膠，用來“握住”文物，避免金屬直接觸碰文物表面?？脊抨爢T稱它們為“硬手”和“軟手”。

對每一件提取的文物，董佳馨都要記錄位置、狀態，以及提取過程的視頻?！暗糜涗涍@是第幾個拿上來的，幾點幾分拿上來的，在哪一個位置……還有少數計劃外臨時決定提取的，要在圖上標記好位置?！倍衍皩Α吨袊侣勚芸氛f，這是考古工作的工作規范，與陸地上的田野考古一樣嚴格。

考古隊對于遺址狀態的保護要求苛刻到“不近人情”。提取文物時，他們要求不能對周邊其他文物的位置產生擾動，所以機械手必須像穿繡花針一樣小心。為了不對周邊環境造成改變，“深海勇士”號盡可能不直接坐底執行操作，避免在遺址區留下痕跡，潛水器只能全程懸空作業。

不僅如此，潛水器近底航行時，螺旋槳會吹起泥沙，如果泥沙落在文物上，讓文物“蒙塵”，遺址原始狀態也會造成人為改變。潛航員們通過多次測試，確定遺址區離底高度、航行速度控制范圍和螺旋槳轉速，保證螺旋槳不向下吹動泥沙、激起揚塵。

深?？脊诺木氁?，起初讓陳傳緒十分驚訝。陳傳緒是中國科學院深海所深?？茖W研究部副主任，也是此次南海西北陸坡一號、二號沉船考古調查發掘項目航次的首席科學家。他從2019年參與潛水器上的工作，執行過多次載人深潛科考、深海裝備搜尋回收等種種任務，但從未見過對測繪和水下操作要求如此精細的場景。

“記得2020年，我們在執行一次搜尋回收任務時，潛航員操作機械手在水下穿纜系纜，大家看視頻時感慨那是‘穿針引線。 但當時的搜尋回收任務，與現階段深?？脊诺淖鳂I要求相比，打個比方，就像是切菜和做手術的區別?！?陳傳緒對《中國新聞周刊》感慨道，“截至目前，‘深海勇士號已經累計下潛近700次?；仡^看，我們的潛水器平臺、載荷和操控作業技術都在應用中不斷迭代”。

對于操作要求極高的水下文物提取，此次只安排了兩名資深潛航員進行操作，他們的下潛次數均超過100次。而達到百潛的潛航員，全國不超過5人。

此次深?？脊湃蝿?，主要分為測繪和文物提取兩部分。目標是通過測繪完成遺址水下真實場景三維圖像重建，并提取1000件左右文物樣本。一個考古項目的工作順序，是先測繪，再發掘，通俗來說，先要看到遺址全局的樣子，再動手提取文物，保證每個文物的位置能夠得到記錄和復原。

深?？脊抨犛龅降牡谝粋€問題，就是高精度的測繪。

攝影測繪圖都是由大量圖片拼接而成，每兩張圖片之間重合度越高，拼接精確度就越高。由于海底一片漆黑，打開潛水器的全部燈光，也只能照射到10米左右，一張照片往往只能拍攝5至6米的范圍。照片重合度如果要求30％到50％，就需要兩次拍攝的位置偏差不超過3米，然而，傳統聲學定位技術，在1500米海底會有兩三米的誤差，無法滿足精度需要。

在海底，潛水器按規劃走直線都不是一件易事。因為洋流會推著潛水器跑偏，潛水器需要不斷調整方向，依據就是定位和導航。整個遺址的核心區和散落區有數百米長，駕駛長9米、寬3米的潛水器，沿直線駛出500米，偏差不超過3米，要求極高。

“深海勇士”號上配備了超短基線定位系統，用來為自身定位。潛水器通過超短基線設備向母船發出信號，母船的“耳機”接收后，解析信號，再發送回潛水器，告訴潛水器它在哪兒。一來一回間，計算時間差和信號傳播速度，就可以得出潛水器的方位。但潛水器接收到母船解析后反饋的信號，要等待約一分鐘，所以收到的總是一分鐘之前的位置，而按照一節（每小時1海里，每秒約0.5米）的速度，這一分鐘它在海底可能又行走30米了。

在日常的海底移動勘查，或者對精度要求不太高的任務中，潛水器配備的超短基線定位就夠用了。但考古項目對精度要求極高，一分鐘的時差，就會差出整艘船的尺度。解決的方案是，“深海勇士”號水下定位導航配備了長基線定位系統。

長基線定位系統需要在海底布放4個信標，位置在沉船的不同方位。這些信標就像是母船上的“耳機”，從水面移到了海底。潛水器發出信號后，海底的信標接收到，立刻進行解析和反饋，幾秒之間就能為潛水器定位。利用長基線定位系統，水下位置的更新率從以往的60秒提高至3秒，潛航員的導航時延大大降低。

西北陸坡沉船考古的第三階段將于2024年進行，這也是最后一個階段。陳傳緒說，之前有些技術設想沒來得及實現，他們將繼續探索，如果來得及，或許會在第三階段實施。

比如，浸泡數百年的金屬器比瓷器更為脆弱，直接抓取容易破壞表面甚至碎裂。他們計劃制作小型沉箱，將器物和周邊淤泥整體切割進沉箱中，打撈出水后，再由文保人員提取。

在二號沉船的遺存中，考古人員發現了一根大型木頭，疑似沉船的主桅桿。在沉船的絕大部分船體已經被海洋生物侵噬之后，這或許是唯一一個重要的船體構件。這根木頭超出了“深海勇士”號的提取能力，如果要打撈上岸，或許會使用一個看似常規卻有如電影大片級的辦法——“我們會嘗試母船和潛水器配合，從母船上布放纜線到海底，直接將木頭吊上來?！标悅骶w說。

暢想海底考古直播與海底遺址觀光

每天下午2點半，海底的“深海勇士”號正在工作的同時，母船的會議室里準時召開科學例會。例會上要確定后一天的工作目標。雖然出發前已經制訂了工作計劃，但計劃總會被改變，因為各種突發狀況層出不窮。

“比如，有時測繪的數據后期處理遇到瓶頸了，需要停一停，那我們也不能閑著，就把提取文物安排到前面來，保證海上的工作效率?！标悅骶w說，“好在潛水器很穩定，能保證每天8點上班、下午6點回來，平臺穩定，才有各種迭代和試錯的機會?！?/p>

母船上，整支深?？脊抨犚还步?0人，由國家文物局考古研究中心、中國科學院深海所、中國（海南）南海博物館三家單位聯合組成。隊員專業來源很廣，包括考古學、文物保護、地球物理探測、海洋地質、海洋生物、機械電子等領域。

中國科學院深海所于2011年籌建、2016年5月正式投入運行，國家文物局水下文化遺產保護中心（國家文物局考古研究中心前身）于2014年成立，兩家新成立的機構在2018年實現合作，共同成立了“深?？脊怕摵蠈嶒炇摇?。

水下三維激光掃描。圖/國家文物局考古研究中心供

剪切信標。圖/中國科學院深海所供

出水木頭樣品處理。圖/中國科學院深海所供

在南海西北陸坡一號、二號沉船遺址布放的水下永久測繪基點。圖/國家文物局考古研究中心供

2018年，“深海勇士”號正式投入使用，第一個乘坐它正式開展科考的專家，是國家文物局水下文化遺產保護中心副主任、研究員宋建忠?！爸?，我們理論上知道南海的深?？隙ㄓ谐链?，但那時候，中國還沒有載人潛水器，你知道有也沒用，因為你進入不了深海?！彼谓ㄖ覍Α吨袊侣勚芸氛f。

如今，宋建忠成為南海西北陸坡沉船遺址考古調查發掘項目領隊、首席科學家，數次乘坐“深海勇士”號下潛至兩艘沉船所在位置?！白钪匾募夹g突破就是載人潛水器，”宋建忠說，“沒有潛水器之前，南海這么大區域，平均深度1212米，我們都去不了海底。首先是你得能進入深海，才能談對深海資源的考察和獲得?！?/p>

載人深潛技術為深?？脊盘峁┝丝赡?，而考古的高精細化要求，則提供了一個契機，讓一系列深潛技術更為精進。

“考古測繪是一個集大成的應用場景，對深海定位導航技術、水下燈光布局、相機封裝控制、潛水器的操控技術等等，都要求得適配。文物提取，對機械手的研發、機械液壓、力反饋技術等提出了很高要求?！标悅骶w說，“測繪和提取是考古工作者的兩只手，我們要保證這兩只手技術都要硬?！?/p>

去年5月至6月，當考古隊員于海底1500米發掘文物時，在400公里高的天宮空間站里，也有一名科學家在執行科研任務。一名科學家與兩名航天駕駛員、飛行工程師的搭配，與“深海勇士”號中的三人配置如出一轍。

中國科學院深海所的海洋科學專家與國家文物局考古研究中心的考古專家長時間在一起工作，他們也會聊起一些更遙遠的暢想。

考古專家談到遺址公園的概念。遺址公園是將一些重要的考古遺址保持原貌，讓公眾得以近距離參觀，既能感受遺址的歷史場景，也能感受考古的解密氛圍。這個想法令他們都很動心：有沒有可能將西北陸坡沉船遺址也作為遺址公園？

“這就需要我們探索高頻次、低成本、常態化的進入方式，讓公眾可以乘坐潛水器下到沉船位置參觀，那是一個未來的場景?！标悅骶w說。宋建忠說，如果能夠將南海西北陸坡沉船遺址永久保存為深海一處水下文化遺產保護示范基地，將為全球貢獻一個深海文化遺產保護的典型案例。

深海所工程技術團隊也在考慮讓更多公眾可以感受海底遺址的方式，比如海底直播。當前的技術已經可以實現海底與陸地上任何一個人實時視頻聊天，也許某一天，公眾能夠通過直播實時感受深?？脊诺目苹眉壃F場。海底遺址的三維重建完成后，也可以通過進一步處理，通過虛擬現實、增強現實等技術，以更為震撼的方式，讓觀眾“走進”海底沉船。

“無法理解，無法感受，也無法想象”

在公眾眼中，對水下考古最深刻的印象，或許還停留在2007年。當年，宋代沉船南海I號在經歷了6年的前期考古后，實施整體打撈。那是中國第一艘整體打撈出水的古代沉船。

為了將長30米、寬10米的南海I號完好無缺地撈起，施工單位交通部廣州打撈局制定了周密的方案。在長達200余天的施工周期內，施工方先將無底的沉箱壁壓入淤泥，把南海I號整體罩住，再在底部穿過36根底梁，用36塊保泥板封住底梁之間的縫隙，形成密閉的沉箱。隨后，“華天龍”號起重船將沉箱整體吊出水面，再使用駁船拖到岸邊，從海里轉運至沙灘上專門修建的博物館中。

國家文物局考古研究中心副主任、南海I號保護發掘項目領隊孫鍵向《中國新聞周刊》回憶，南海I號打撈過程中，雖然一些難題不可避免，但總體而言，沉船打撈技術其實并不難。

“海洋施工技術發展到這個階段，正好有一些應用，考古算是應用之一。當時我們制訂方案，跟打撈局方面去溝通，他們也沒覺得有多大難度?！睂O鍵說。全球能力排名前十的打撈船，有七只在中國，中國的海洋打撈能力全球領先。孫鍵認為，水下考古中的沉船打撈能力，實則來自于中國科技水平的進步和海洋施工能力的進步。

南海I號整體打撈現場。圖/國家文物局考古研究中心供

2007年12月22日10點20分，裝載南海I號的沉箱徐徐上浮。圖/新華

海上拖曳南海I號沉箱。圖/國家文物局考古研究中心供

2022年11月，在上海附近的長江口橫沙水域，22根巨型弧形梁組成的長48米、寬19米、高9米、重約8800噸的沉箱，裝載著另一艘古船，經3小時水下持續提升，在打撈工程船“奮力輪”中部月池露出水面。這艘從水下10米淤泥中打撈的長江口二號沉船，是一艘清代同治年間的商船，船內裝載著大量景德鎮瓷器等文物。

這是繼南海I號之后，中國第二艘整體打撈的古船，也將存放進專門為其建造的博物館中。其調查、考古、打撈、發掘、展示等完整環節，將是南海I號經驗的再利用。

真正具有科學意義的水下考古學，發軔于1943年法國工程師庫斯特發明空氣輕潛水技術。在此之前，人類要么依靠屏氣裸潛，在很淺的深度停留極短時間，從事水下作業，要么由受過專業訓練的潛水員使用極其復雜昂貴的設備進行潛水。自負式壓縮空氣潛水的發明，使潛水技術簡單化，讓考古工作者能夠擺脫對專業潛水者的依賴，親自潛水考古。

每下潛10米，會增加一個大氣壓力。復雜危險的水底環境，只有借助于專業器材和科學的潛水規程，才能使水下考古人員在有限的時間內作業。比較田野考古就會發現，一支水下考古隊工作時攜帶的器材是多么繁雜，而這些設備，又直接關系到每一個隊員的生命安全。

“潛水技術的每一點進步，都離不開科學水平的提高。如果沒有科技手段的支持，人類是根本不可能在水下長時間生存的。所以說，科技進步與技術手段決定了水下考古的發展，是一點也不過分的?！睂O鍵說。

南海I號于1987年第一次發現線索，但正式啟動發掘要等到2001年。1991年，中國啟動了首個憑借自身力量開展的水下考古項目——遼寧綏中三道崗元代沉船遺址項目。當時，中國第一批11人的水下考古專業人才剛剛培訓完成。該項目從1991年持續至1997年，每年考古季，開始的一個多星期都是在海面上找遺址。由于海面上沒有任何標記物，當時的水下定位技術也不發達，即使年年都去，年年都很難找到。

在定位技術已經能在深海海底實現精確定位的今天，孫鍵說起這些親歷過的往事，近乎于笑談。但在當時，第一代水下考古人就是這樣摸索出了一條路。

中國的水下考古隊員需要進行嚴格的訓練，潛水是關鍵技能之一，必須考取潛水證。那時的水下考古，就是令人望而生畏的體力活，辛苦而危險，只能停留在近海和淺海。而如今，董佳馨剛畢業兩個月，就成為中國首支深?？脊抨牭囊粏T，不需要潛水證，就能安全地乘坐潛水器進入深海。

技術的進步，讓科幻成為現實。

董佳馨始終記得第一次進入深海那天，潛水器照明燈打開的一瞬間，她看到舷窗外的海底散落著一些瓷器，心想，快到了。她看到的是右側舷窗，當她扭頭，看到正面舷窗，突然被震撼了。眼前就是一座瓷器堆成的小山丘，層層疊疊，鋪向遠處，堪稱壯觀。原來，“深海勇士”號已經直接抵達西北陸坡一號沉船的核心地帶。

“我是一個文科生，這整個事情對我來說都很神奇，都挺科幻的?！倍衍盎叵肫鹉且荒?，“我無法理解，無法感受，也無法想象他們是如何把潛水器這種東西造出來的?！?p>

艙內觀察。圖/中國科學院深海所供