深?脊,科幻成真
中國新聞周刊記者/倪偉
發(fā)于2024.2.26總第1129期《中國新聞周刊》雜志
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(xué)陶瓷考古方向研究生畢業(yè)。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(xiàn)場。
“我是一個特別能上廁所的人,所以我比任何人都緊張!2023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(dān)的文物提取任務(wù),一切順利。就在完成作業(yè)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(jié)約空間,艙內(nèi)不設(shè)座椅。她在艙里席地而坐,保持這個姿勢長達(dá)八九小時,當(dāng)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(xué)院深?茖W(xué)與工程研究所(簡稱中國科學(xué)院深海所)、中國(海南)南海博物館聯(lián)合對西北陸坡兩艘沉船進行了兩個階段考古調(diào)查,在兩個階段的深?脊抛鳂I(yè)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(shù)探索。
菜刀和手術(shù)刀
董佳馨進入海底的任務(wù)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(jīng)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(rèn),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(wù)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?yōu)椤坝彩帧焙汀败浭帧薄?/p>
對每一件提取的文物,董佳馨都要記錄位置、狀態(tài),以及提取過程的視頻。“得記錄這是第幾個拿上來的,幾點幾分拿上來的,在哪一個位置……還有少數(shù)計劃外臨時決定提取的,要在圖上標(biāo)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(guī)范,與陸地上的田野考古一樣嚴(yán)格。
考古隊對于遺址狀態(tài)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(chǎn)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(huán)境造成改變,“深海勇士”號盡可能不直接坐底執(zhí)行操作,避免在遺址區(qū)留下痕跡,潛水器只能全程懸空作業(yè)。
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(tài)也會造成人為改變。潛航員們通過多次測試,確定遺址區(qū)離底高度、航行速度控制范圍和螺旋槳轉(zhuǎn)速,保證螺旋槳不向下吹動泥沙、激起揚塵。
深?脊诺木(xì)要求,起初讓陳傳緒十分驚訝。陳傳緒是中國科學(xué)院深海所深?茖W(xué)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(diào)查發(fā)掘項目航次的首席科學(xué)家。他從2019年參與潛水器上的工作,執(zhí)行過多次載人深潛科考、深海裝備搜尋回收等種種任務(wù),但從未見過對測繪和水下操作要求如此精細(xì)的場景。
“記得2020年,我們在執(zhí)行一次搜尋回收任務(wù)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(dāng)時的搜尋回收任務(wù),與現(xiàn)階段深?脊诺淖鳂I(yè)要求相比,打個比方,就像是切菜和做手術(shù)的區(qū)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(jīng)累計下潛近700次;仡^看,我們的潛水器平臺、載荷和操控作業(yè)技術(shù)都在應(yīng)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(shù)均超過100次。而達(dá)到百潛的潛航員,全國不超過5人。
此次深海考古任務(wù),主要分為測繪和文物提取兩部分。目標(biāo)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(fā)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(fù)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(tǒng)聲學(xué)定位技術(shù),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(guī)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(diào)整方向,依據(jù)就是定位和導(dǎo)航。整個遺址的核心區(qū)和散落區(qū)有數(shù)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(tǒng),用來為自身定位。潛水器通過超短基線設(shè)備向母船發(fā)出信號,母船的“耳機”接收后,解析信號,再發(fā)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(jié)(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(wù)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(dǎo)航配備了長基線定位系統(tǒng)。
長基線定位系統(tǒng)需要在海底布放4個信標(biāo),位置在沉船的不同方位。這些信標(biāo)就像是母船上的“耳機”,從水面移到了海底。潛水器發(fā)出信號后,海底的信標(biāo)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(tǒng),水下位置的更新率從以往的60秒提高至3秒,潛航員的導(dǎo)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(shù)設(shè)想沒來得及實現(xiàn),他們將繼續(xù)探索,如果來得及,或許會在第三階段實施。
比如,浸泡數(shù)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(fā)現(xiàn)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(jīng)被海洋生物侵噬之后,這或許是唯一一個重要的船體構(gòu)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(guī)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。”陳傳緒說。
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(zhǔn)時召開科學(xué)例會。例會上要確定后一天的工作目標(biāo)。雖然出發(fā)前已經(jīng)制訂了工作計劃,但計劃總會被改變,因為各種突發(fā)狀況層出不窮。
“比如,有時測繪的數(shù)據(jù)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。”陳傳緒說,“好在潛水器很穩(wěn)定,能保證每天8點上班、下午6點回來,平臺穩(wěn)定,才有各種迭代和試錯的機會!
母船上,整支深海考古隊一共近30人,由國家文物局考古研究中心、中國科學(xué)院深海所、中國(海南)南海博物館三家單位聯(lián)合組成。隊員專業(yè)來源很廣,包括考古學(xué)、文物保護、地球物理探測、海洋地質(zhì)、海洋生物、機械電子等領(lǐng)域。
中國科學(xué)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(chǎn)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(gòu)在2018年實現(xiàn)合作,共同成立了“深?脊怕(lián)合實驗室”。
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(chǎn)保護中心副主任、研究員宋建忠。“之前,我們理論上知道南海的深海肯定有沉船,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(diào)查發(fā)掘項目領(lǐng)隊、首席科學(xué)家,數(shù)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(shù)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(qū)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!
載人深潛技術(shù)為深?脊盘峁┝丝赡,而考古的高精細(xì)化要求,則提供了一個契機,讓一系列深潛技術(shù)更為精進。
“考古測繪是一個集大成的應(yīng)用場景,對深海定位導(dǎo)航技術(shù)、水下燈光布局、相機封裝控制、潛水器的操控技術(shù)等等,都要求得適配。文物提取,對機械手的研發(fā)、機械液壓、力反饋技術(shù)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(shù)都要硬!
去年5月至6月,當(dāng)考古隊員于海底1500米發(fā)掘文物時,在400公里高的天宮空間站里,也有一名科學(xué)家在執(zhí)行科研任務(wù)。一名科學(xué)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(xué)院深海所的海洋科學(xué)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(yuǎn)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(tài)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。”陳傳緒說。宋建忠說,如果能夠?qū)⒛虾N鞅标懫鲁链z址永久保存為深海一處水下文化遺產(chǎn)保護示范基地,將為全球貢獻(xiàn)一個深海文化遺產(chǎn)保護的典型案例。
深海所工程技術(shù)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(dāng)前的技術(shù)已經(jīng)可以實現(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)實、增強現(xiàn)實等技術(shù),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(dāng)年,宋代沉船南海I號在經(jīng)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?fù)破,施工單位交通部廣州打撈局制定了周密的方案。在長達(dá)200余天的施工周期內(nèi),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(zhuǎn)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(fā)掘項目領(lǐng)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(shù)其實并不難。
“海洋施工技術(shù)發(fā)展到這個階段,正好有一些應(yīng)用,考古算是應(yīng)用之一。當(dāng)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(lǐng)先。孫鍵認(rèn)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。
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(jīng)3小時水下持續(xù)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(nèi)裝載著大量景德鎮(zhèn)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(diào)查、考古、打撈、發(fā)掘、展示等完整環(huán)節(jié),將是南海I號經(jīng)驗的再利用。
真正具有科學(xué)意義的水下考古學(xué),發(fā)軔于1943年法國工程師庫斯特發(fā)明空氣輕潛水技術(shù)。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(yè),要么由受過專業(yè)訓(xùn)練的潛水員使用極其復(fù)雜昂貴的設(shè)備進行潛水。自負(fù)式壓縮空氣潛水的發(fā)明,使?jié)撍夹g(shù)簡單化,讓考古工作者能夠擺脫對專業(yè)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(fù)雜危險的水底環(huán)境,只有借助于專業(yè)器材和科學(xué)的潛水規(guī)程,才能使水下考古人員在有限的時間內(nèi)作業(yè)。比較田野考古就會發(fā)現(xiàn),一支水下考古隊工作時攜帶的器材是多么繁雜,而這些設(shè)備,又直接關(guān)系到每一個隊員的生命安全。
“潛水技術(shù)的每一點進步,都離不開科學(xué)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(shù)手段決定了水下考古的發(fā)展,是一點也不過分的!睂O鍵說。
南海I號于1987年第一次發(fā)現(xiàn)線索,但正式啟動發(fā)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(dāng)時,中國第一批11人的水下考古專業(yè)人才剛剛培訓(xùn)完成。該項目從1991年持續(xù)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(biāo)記物,當(dāng)時的水下定位技術(shù)也不發(fā)達(dá),即使年年都去,年年都很難找到。
在定位技術(shù)已經(jīng)能在深海海底實現(xiàn)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(dāng)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(yán)格的訓(xùn)練,潛水是關(guān)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(yè)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(shù)的進步,讓科幻成為現(xiàn)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(cè)舷窗,當(dāng)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(yuǎn)處,堪稱壯觀。原來,“深海勇士”號已經(jīng)直接抵達(dá)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!倍衍盎叵肫鹉且荒唬拔覠o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!
《中國新聞周刊》2024年第7期
聲明:刊用《中國新聞周刊》稿件務(wù)經(jīng)書面授權(quán)