转眼到了12月，嫦娥五号完成了人类时隔44年后的再次月球取样返回。
蛟龙问津龙宫，嫦娥折桂广寒，从深海到深空，秘境的大门正向我们徐徐打开。
要实现飞天下海的壮举，离不开我国深海和深空装备制造领域的重大突破。在嫦娥五号发射成功之际，我们已经回顾了我国在新一代大推力火箭发动机和重型运载火箭箭体材料方面取得的突破性进展。今天，就让我们把目光投向深邃的海洋，破解海底龙宫的材料密码。
载人潜水器的核心是载人耐压舱。这个舱体需要承受数千米水深带来的巨大压力，为潜航人员撑起一片安全的空间。耐压舱的制造水平决定了潜水器的下潜深度。
与作战用的潜艇（下潜深度数百米）追求快速航行和扩大内部空间而使用近似于圆柱形的耐压舱不同，科考用的载人潜水器要下潜到更深的水下，因此耐压舱使用结构简单、承载能力强的球形结构，因此也被称作球舱（上图为“蛟龙”号米级载人潜水器的结构示意图）。
球舱要求具有高强、轻质、耐海水腐蚀的特点。高强度好理解，为什么还要求轻呢？这是因为潜水器只有在平均密度与水基本相当时才能稳定地悬浮在水中，而在从海面下潜过程中要增加压载物以加大重量，在上浮回海面时则要抛掉压载物减重（科研所用的潜水器每次只下到海里打一个来回，所以使用一次性的压载铁块；要反复下潜上浮的*用潜艇则通过调节压载水舱中海水和压缩空气的量来控制沉浮）。使用较轻质的材料可以减轻潜水器的自重，使浮力的控制更加容易。轻质、高强、耐腐蚀，同时满足这三个要求的材料选项就很明确了——钛合金。事实上，世界上绝大部分科研用潜水器都采用钛合金来制造耐压舱（另有少部分采用不锈钢），上图是总装中的国产米级载人潜水器“深海勇士”号，右侧的大圆球就是钛合金载人球舱，内径2.1米，可以容纳三人。
制造这类大型钛合金球舱的方法分为两大“流派”，一是把球壳拆分成多个瓜瓣，通过焊接拼到一起，好处是降低了钛合金板材加工和成型的难度，缺点是焊缝数量增加，在焊缝处（尤其是焊缝接头的地方）容易产生应力集中，也就增加了结构中的薄弱环节。我国“蛟龙”号米级载人潜水器的钛合金球舱（下图）就是委托俄罗斯用分瓣拼焊（手工TIG焊）的方式加工出来的。
另一大“流派”是半球焊接，即先做出两个钛合金半球，再把两个半球焊到一起，最大限度地减少焊缝（上图为已经完成焊接的“奋斗者”号钛合金球舱，只有一条沿球体赤道方向的焊缝）。
然而，半球焊接法对钛合金加工能力提出了极高的要求，因为要用两块完整的大尺寸钛合金厚板加工出两个巨大的半球。以“奋斗者”号的球舱为例，其直径大于2m，壁厚达mm，重达6吨，作为原料的钛板幅宽要达到3m以上。
承接这一挑战的是我国目前最大的以钛和钛合金为主的专业化稀有金属生产科研基地——宝钛集团有限公司（简称“宝钛”，隶属于陕西有色金属控股集团）。“宝”字来自它所在的地方——陕西宝鸡，对新中国工业建设布局有所了解的朋友应该能通过这个地名猜出来，宝钛也是一家“三线建设”时期建立的工厂，原代号厂，始建于年。
生产钛合金的原料是海绵钛，就是上面这些其貌不扬的“疙瘩”，它们是用化学还原法生产出来的疏松多孔的金属钛块体。
在这个巨大的真空电子束冷床熔炼炉（引进自德国）里，海绵钛与中间合金（在冶炼合金时，为了方便往熔体里加入合金元素而把合金元素与基体元素事先混合制成的合金添加剂）混合接受烈火焚身的洗礼。“奋斗者”号使用的是中国科学院金属研究所自主研发的Ti62A钛合金材料，主要含有Al、Sn、Zr、Mo、Si及VB或VIB族元素等合金元素，屈服强度可达MPa以上。
透过观察窗看到的幽幽“火苗”其实是蕴含巨大能量的电子束。
在电子束的照射下，钛合金原料发生熔融，被加热到-℃，流经冷床得到精炼。在冷床下冷（下方水冷）上热（上方电子束加热）的环境中，熔体中密度大的夹杂物下沉，沉积到冷床表面的凝壳中；密度小的夹杂物上浮，中间密度的夹杂物则在熔体内部的复杂流场中被裹挟着运动，最终受热溶解。整个炉膛内保持高真空，一方面是为了维持电子束的运行，另一方面是使溶解到熔体中的气体（如N）和低沸点杂质（如Al、Cr、Sn等）充分逸出，实现熔体的纯化。随后，熔体流到结晶区，冷凝成为成分均匀、夹杂物含量极低的铸锭。与之前提到过的真空自耗熔炼相比，真空电子束熔炼的熔炼温度和速度更容易调控（依靠外加电子束的能量而非原料棒自身发生电弧放电的热量），且可以直接使用海绵钛作为原料，不像真空自耗熔炼那样需要先把海绵钛压制、焊接为电极棒。
这就是通过熔铸得到的钛合金锭，重量以吨计。它被架上车床，车掉质量不好的表层。
等等，不是要打造一块钛板么，干嘛要铸造成一个圆柱体钛锭？
这是因为，这块钛锭还要经受千锤百炼。
正如之前多次在介绍锻造环节（运载火箭铝环、汽轮机转子、液压打桩锤替打）时提到的，首先要对铸锭进行多次镦粗（上图）-拔长的锻造。吨快锻机就像揉面一样使铸锭的各个部分都发生充分的变形，通过重结晶使粗大的铸态组织细化。
随后，钛锭被压扁，锻造为一块板坯。
经过机加工修整，便得到这块有棱有角的板坯。
再通过三米三轧机的轧制，一块宽3m以上、厚mm以上的钛板沿着辊道轰隆隆而来。这台轧机是年宝钛从德国引进的二手设备，在中国工匠的操作下成功焕发第二春，堪称我国钛工业的功勋轧机，当仁不让地承担起轧制球舱钛板的重任。我们现在已经有能力设计制造更大的轧机了，但是新的大轧机造价以十亿计，所以老装备的应用潜力也应得到充分的挖掘。
最后，由万吨自由锻压机一锤定音，一个直径两米的钛半球咣当一声落地。
这台万吨压机也是自德国引进的，是世界钛行业中吨位最大、世界同级别中锻造速度最快的自由锻压机。
经过热处理和机加工后，两个钛合金半球等待被焊接为整体。半球上的圆孔留作观察窗的安装位置，是半球冲压成型之后再由机加工得到的。
挑战“奋斗者”号钛球舱焊接难关的是中国航空制造技术研究院（简称“航空工业制造院”），它是我国航空工业的先进制造技术与工艺装备研发中心，在高能束流加工（焊接、增材制造等）、数控加工、塑性成型等的装备和技术上具有很强的实力。上图背景中贴着“重要设备请勿靠近”标语的大型白色装备就是电子束焊机的真空室。显然，对钛球舱进行真空电子束焊接需要把整个球舱都放进一个大真空室里，掌握了大型真空电子束焊机的“金刚钻”才能揽这份“瓷器活儿”。
真空电子束焊接以高能电子束作为热源，通过电子束轰击工件表面把电子的动能转化为工件的热能，从而熔化金属，实现焊接。由于电子束能量集中，对于大厚度的工件，可以实现大深度焊缝的一次焊接成形。上图是在焊接“奋斗者”号球舱之前用于“练手”的试板，与记者的手对比能直观感受到这块钛板的厚度（10cm以上）。电子束在试板上扫过，瞬间就由表及里地熔化了试板，形成一条深邃的焊缝。在一块完整钛板上做这个试验的目的是测试电子束的熔深，从而调整到最佳的焊接参数。一道道试验焊缝代表着对焊接质量的极致追求。
一切准备就绪，在真空室里，“奋斗者”号的球舱在旋转中接受电子束的轰击，6米多长的赤道焊缝一气呵成。
更新：实际使用的球舱由中船七二五所焊接。
至于刚才提到的观察窗，是潜水器在海底的“眼睛”，由丙烯酸塑料制成。万米深海有着一千个大气压的强大水压，只有依靠顶级钳工的巧手，才能把厚重的窗片严丝合缝地贴合到基座上，保证深潜的安全。（上图为“深海勇士”号的总装画面）
我们为什么要探索海底？
堪称传奇的美国“阿尔文”（Alvin）号载人潜水器或许可以告诉我们答案。
“阿尔文”号于年完成首次下潜，达到m的深度。年，“阿尔文”号的钢制球舱被换成钛合金球舱，使下潜深度达到m级，大大拓展了作业海域的范围。迄今为止，“阿尔文”号是累积下潜次数最多的潜水器，已搭载万余人下潜约次，超过其他所有载人潜水器之和。
“阿尔文”号曾参与打捞遗失海底的氢弹；发现海底热液喷口，直接观察到大洋中脊处的地质活动，并发现了完全不依赖阳光、只依赖地球内部化学能的海底热液生态系统（上图，由“蛟龙”号在印度洋海底拍摄），为生命起源于海底提供了证据；找到沉睡在北大西洋冰冷海底的“泰坦尼克”号残骸，破解了人类航海史上最引人