海洋探测技术

海洋探测技术

人类用科学方法进行海洋科学考察已有100余年的历史，而大规模、系统地对世界海洋进行考察则仅有30年左右。现代海洋探测着重于海洋资源的应用和开发，探测食油资源的储量、分布和利用前景，监测海洋环境的变化过程及其规律。在海洋探测技术中，包括在海洋表面进行调查的科学考察船、自动浮标站，在水下进行探测的各种潜水器，以及在空中进行监测的飞机、卫星等。

科学考察船

建造专用科学调查船始于1872年的英国“挑战者”号。该船长226英尺，排水量2300ｔ，使用风力和蒸汽作为动力。从1872年起，历经4年时间环绕航行，观测资料包括洋流、水温、天气、海水成分，发现了4700多种海洋生物，并首次从太平洋上捞取了锰结核。

1888~1920年，美国的“信天翁”号探测船测东太平洋。1927年德国的“流星”号探测船首次使用电子探测仪测量海洋深度，校正了“挑战者”号绘制的不够准确的海底地形图。

据统计，70年代初全世界总共有科学考察船800多艘，10年后增加到1600艘，其中美国300多艘原苏联200多艘，日本180多艘。

日本海洋科学技术中心最近宣布，它们研制的无人驾驶深海巡航探测器"浦岛"号，在３０００米深的海洋中行驶了３５１８米，创造了世界记录。"浦岛"号全长９.７米、宽１.３米、高１.５米、重７.５吨，水中行驶速度为４节，巡航速度为３节，最大潜水深度是３５００米，是这家海洋研究机构的主要设备之一。"浦岛"号上安装着高精度的导航装置及观测仪器，使用锂电池作动力。这艘无人驾驶的深海探测器，使用无线通信手段向海面停泊的母船"横须贺"号上传送了用水中摄像机拍摄的深海彩色图像。日本海洋科学技术中心认为，这一装置在世界上居领先地位。以这次航行试验成功为基础，海洋科学技术中心还计划开发性能更高的无人驾驶深海探测器，并且使用燃料电池作动力源。

海洋科学调查船担负着调查海洋、研究海洋的责任，是利用和开发海洋资源的先锋。它调查的主要内容有海面与高空气象、海洋水深与地貌、地球磁场、海流与潮汐、海水物理性质与海底矿物资源（石油、天然气、矿藏等）、海水的化学成分、生物资源（水产品等）、海底地震等。其中极地考察和大洋调查等活动，为世界各国科学家所瞩目。大型海洋调查船可对全球海洋进行综合调查，它的稳性和适航性能好，能够经受住大风大浪的袭击。船上的机电设备、导航设备、通讯系统等十分先进，燃料及各种生活用品的装载量大，能够长时间坚持在海上进行调查研究。同时，这类船还具有优良的操纵性能和定位性能，以适应各种海洋调查作业的需要。

海洋卫星

卫星技术在海洋开发中的应用十分广泛。海洋卫星在几百千米高空能对海洋里许多现象进行观测。这是因为它有一些特殊的本领。比如测量海水的温度，用的就是遥感技术。当太阳发出的电磁波到达海面时，能量的分布是不均匀的。利用遥感技术就可以帮助我们测量海面的温度及其特征。数据经电脑分析后，就可得到海面温度的情况，最后打印成一张海面温度分布图。由于几乎是同步观测后得到的数据，所以观测结果很真实。

如果让海洋卫星来测量海浪的高度，就要用主动遥感技术。它就好像照相机使用闪光灯一样。雷达成像系统就是一种主动微波遥感，它可以用来测量海浪的高度。它是利用海面"粗糙度"不同的原理来进行的。光波射到海面，如果海面没有浪，就会呈现海平如镜的状态，即为光滑面。这时，从卫星上发出的雷达波就会产生镜反射，雷达接收不到回波。如果海面有波浪，就会变得"粗糙"，波浪越大，海面越"粗糙"，这时，雷达波就会向各个方向散射，产生漫反射，于是，雷达就会收到一部分回波。因此，波平如镜的海面，在雷达正片上就显得比较亮。根据回波信号的强弱以及雷达波的角度，通过电脑就可以算出海面的粗糙度，从而得知海浪的高度。

目前，海洋地质调查和技术手段主要有：利用人造卫星导航和全球定位系统（GPS），以及无线电导航系统来确定调查船或观测点在海上的位置；利用回声测深仪，多波束回声测深仪及旁测声纳测量水深和探测海底地形地貌；用拖网、抓斗、箱式采样器、自返式抓斗、柱状采样器和钻探等手段采取海底沉积物、岩石和锰结核等样品；用浅地层剖面仪测海底未

固结浅地层的分布、厚度和结构特征。用地震、重力、磁力及地热等地球物理办法，探测海底各种地球物理场特征、地质构造和矿产资源，有的还利用放射性探测技术探查海底砂矿。

潜水器

在人类征服海洋深处的征程中，潜艇立下了汗马功劳。然而，即使是核潜艇，一般也只能在３００～４００米的海洋深处活动，面对占地表７７％以上面积的深于３０００米的海洋，人类创造了潜水器征服了深海。

1953年，法国人奥古斯特·皮卡德设计建成“的里雅斯特”号自航式沸水器，1960年1月23日由奥古斯特·皮卡德的儿子雅克·皮卡德以及另一名潜水员美国海军上尉唐纳唐·维尔什共同乘坐，闯荡万米深渊——马里亚纳海沟。创下了10916米的世界纪录。深潜器到达万米深的马利亚纳海沟，说明海洋已经不再是人类的禁地。如果说７０年代以前人们热衷于深潜器去深海底探险，追求下潜的深度探险，追求下潜的深度，那么，７０年代以后，人们便热衷于把深潜器作科学研究和为海洋开发服务，因而，深潜器的商业和科学应用掀起了一个高潮。

潜水器既是深海探测的工具，又是进行水下工程的重要设备。潜水器可分为载人潜水器和无人潜水器。

深潜器的最大生产厂家是美国的佩里公司，到１９８３年，它总共建造了２４艘载人深潜器。法国的科迈克斯公司规模也不小，共造了２１艘。这共深潜器主要用于海洋考察、探索、打捞、水下作业和救生，作业深度为２００～３００米。１９８８年，法国研制成可下潜６０００米的深潜器，可载３人，能直接考察世界９７％的洋底，可进行摄影、录像，还有两只分别为７个和５个自由度的机械手，用来采集海底样品。

１９８９年，日本建造了可达水深６５００米的深潜器“深海６５００号”，创造了载人深潜器水下６５２７米作业的世界纪录。美国加利福尼亚的一家公司，已研制出“深海飞翔”载人深潜器。它突破传统，采用流体动力，下潜航行时像在水下飞行，并且用新型陶瓷材料建造。人们将用此种方法建造能潜至海洋最深处的新型深潜器。

近几年来，除了钢材外，人们又采用可塑聚甲基丙烯酸酯制造深潜器的耐压壳和玻璃窗。如科迈克公司和深海工程公司制造的载人深潜器，都有圆形的丙烯酸耐压壳，耐压水深为６００0～１０００0米。另外，计算机技术的应用对深潜器起到控制和监测的功能，有效地减轻了驾驶员的工作负荷，简化了人工操给的标准。

人在地面上呼吸过程是在一个大气压力（１０１.３２５千帕）的条件下进行的。人在水下潜水时，情况就不一样了，他呼吸的是大于１个大气压的高压空气，且水深度越大，所呼吸的空气压力也越高。此时，除了氧以外，氮气等其他气体也会进入血液。当潜水员上浮时，水压减小，他所呼吸的空气压力也相应减小，血液里的氧气、氮气等就开始离开血液。如果他上升得过快，气体突然释放，就会形成小气泡，像打开汽水瓶盖的情况一样。此时，较大的气泡会威胁心脏瓣膜的活动，较小的气泡则会阻塞心脑血管，使潜水员出现意外。为了防止意外，潜水员只能缓缓上升，每上升一段就停一停，以便让氮气从他们的身体组织流往血液，再从血液流入肺里，最后从肺细胞壁逸出体外。这样，上升虽然是缓缓的，但却是保险的，氮气完全被清除了，血秘里不会再有致命的气泡出现。

或许你会问：既然潜水员很快地从海洋深和回升到水面将会带来生命危险，那么，要是潜水装置出了故障，或者遇到某种紧急情况，必须立即返回水面时，他不是只有死路一条了吗？是的，这的确是不可回避的问题。为此，人们设计了可以调节压力大小的减压舱。当潜水员在水下遇到危急情况时，可以让他立即返回，但必须马上进入减压舱。只有这样，才能把他从死神手里挽救出来。减压舱是一个密封的容器。当潜水员从海洋深处迅速返回并进入减压舱后，必须把压力调节到与他刚才所呆的深处的压力相同，就好像他没有上升，仍旧呆在海洋深处一样。然后，再逐步地减压，使他像在海洋里缓缓上升，一步一步地停留，压力一点点地减小的情况一样。

ＲＯＶ是一种无人驾驶的深潜器，它最初是由美国海军在２０世纪６０～７０年代开发的，它不需要人操纵，通过“脐带”——绳缆由海面进行操纵、供应电力和通信。它比载人深潜器要安全得多，便宜得多。

首先使用ＲＯＶ的是海洋气产业。８０年代以后，ＲＯＶ发展十分迅速，１９９４年就建造了２０多套。１９９５年以来，人们又热衷于用电力遥控的小型ＲＯＶ推进装置，有电