第8章海洋與空間技術(shù)

內(nèi)容提要：本章由海洋技術(shù)和空間技術(shù)兩部分組成。首先介紹了海洋技術(shù)，包括海洋探測技術(shù)（水面探測技術(shù)、水下探測技術(shù)和空中探測技術(shù)）、海洋開發(fā)技術(shù)（海洋生物資源開發(fā)技術(shù)、海水淡化利用技術(shù)、海洋石油和天然氣開發(fā)技術(shù)、海洋可再生能源利用技術(shù)和海洋航運(yùn)與造船技術(shù)）；然后介紹了空間技術(shù)，包括運(yùn)載器、航天器和測控保障系統(tǒng)；最后介紹了空間技術(shù)的發(fā)展、應(yīng)用及趨勢，介紹了中國空間科學(xué)技術(shù)成就。本章重點(diǎn)：海洋開發(fā)與利用技術(shù)，以及運(yùn)載器、航天器和測控系統(tǒng)的空間技術(shù)。本章共三節(jié)

第一節(jié)引言

第二節(jié)海洋技術(shù)

第三節(jié)空間技術(shù)

思考題

第一節(jié)引言人類的活動(dòng)經(jīng)歷了從陸地到海洋，從海洋到大氣層，再從大氣層到外層空間的逐步擴(kuò)展過程。人類活動(dòng)范圍每一次擴(kuò)展，都增強(qiáng)了人類認(rèn)識(shí)和改造自然的能力。

第一節(jié)引言由于海洋具有地球上最雄厚的資源，是一個(gè)新興的、具有戰(zhàn)略意義的開發(fā)領(lǐng)域。因此，在當(dāng)今世界范圍內(nèi)出現(xiàn)食物、能源、物質(zhì)資源短缺的情況下，各國都希望寄托在海洋開發(fā)上。海洋開發(fā)在人類生活中的地位和作用越來越受到重視。人類開發(fā)海洋的活動(dòng)已從海面、海底、海空全面展開，進(jìn)入了一個(gè)綜合、立體開發(fā)利用海洋的新時(shí)代。

第一節(jié)引言同時(shí)，探索、開發(fā)、利用宇宙空間是20世紀(jì)最富偉大創(chuàng)舉的科學(xué)活動(dòng)之一，1957年10月4日，蘇聯(lián)發(fā)射成功世界上第一顆人造衛(wèi)星，開創(chuàng)了人類航天的新紀(jì)元，它從根本上改變了人類的工作方式和對世界的認(rèn)識(shí)，極大地提高了人類的生活質(zhì)量，把人類帶進(jìn)了全新的空間文明時(shí)代。空間技術(shù)的應(yīng)用已創(chuàng)造了巨大的政治、軍事、經(jīng)濟(jì)、科技、社會(huì)等方面的效益和價(jià)值，大大地促進(jìn)了整個(gè)社會(huì)的發(fā)展，它已成為科學(xué)技術(shù)發(fā)展史上的重要里程碑，在21世紀(jì)將顯示中國空間技術(shù)進(jìn)入世界強(qiáng)國的優(yōu)勢。

變化的尺度：1015m

～100m地球在108m城市在104m人在100＝1

m宇宙世界探索

微觀世界的基本規(guī)律：守恒律與對稱性

第二節(jié)海洋技術(shù)海洋技術(shù)(OceanTechnology)包括海洋探測技術(shù)和海洋開發(fā)技術(shù)，海洋開發(fā)技術(shù)是核心?，F(xiàn)代海洋技術(shù)是20世紀(jì)50年代后，圍繞著海洋探測技術(shù)和海洋資源開發(fā)技術(shù)兩個(gè)方面的變革發(fā)展起來的，是當(dāng)代新興的科學(xué)技術(shù)之一，同樣是一門涉及許多門類的綜合性學(xué)科。

第二節(jié)海洋技術(shù)一、海洋探測技術(shù)二、海洋開發(fā)技術(shù)

第二節(jié)海洋技術(shù)一、海洋探測技術(shù)1．海洋探測技術(shù)及其分類在當(dāng)代海洋技術(shù)中首先獲得發(fā)展的就是海洋探測技術(shù)，它是認(rèn)識(shí)海洋、探測海洋資源的手段。海上航行、經(jīng)濟(jì)開發(fā)、海洋研究、海上軍事活動(dòng)無一不需要掌握風(fēng)、浪、潮、流等的情況和變化規(guī)律。海洋探測技術(shù)包括：水面探測技術(shù)、水下探測技術(shù)和空中探測技術(shù)。

第二節(jié)海洋技術(shù)一、海洋探測技術(shù)2．水面探測技術(shù)水面探測技術(shù)主要是借助海洋科學(xué)考察船完成。海洋科學(xué)考察船又稱海洋調(diào)查船，專供對海洋進(jìn)行水文、氣象、生物、礦產(chǎn)資源和物理、化學(xué)性質(zhì)的調(diào)查研究。

第二節(jié)海洋技術(shù)一、海洋探測技術(shù)3．水下探測技術(shù)水下探測技術(shù)主要是借助潛水器完成。潛水器可分為載人潛水器和無人潛水器。第一個(gè)有科學(xué)意義的載人潛水器是1934年美國制造的，可載人下潛到906m深處，隨后日本研制成“申柯”號(hào)6500米載人深潛器。無人潛水器又稱遙控潛水器，也稱海洋機(jī)器人。中國載人深潛器“蛟龍”號(hào)

為推動(dòng)中國深海運(yùn)載技術(shù)發(fā)展，為中國大洋國際海底資源調(diào)查和科學(xué)研究提供重要高技術(shù)裝備，同時(shí)為中國深?？碧健⒑５鬃鳂I(yè)研發(fā)共性技術(shù)，中國科技部于2002年將深海載人潛水器研制列為國家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(863計(jì)劃)

重大專項(xiàng)，啟動(dòng)“蛟龍?zhí)枴陛d人深潛器的自行設(shè)計(jì)、自主集成研制工作?！膀札?zhí)枴陛d人潛水器設(shè)計(jì)最大下潛深度為7000米，工作范圍可覆蓋全球海洋區(qū)域的99.8%。2012年6月27日，中國載人深潛器“蛟龍”號(hào)7000米級(jí)海試最大下潛深度達(dá)7062米，再創(chuàng)中國載人深潛記錄。4．空中探測技術(shù)空中探測技術(shù)主要是借助海洋衛(wèi)星完成。

第二節(jié)海洋技術(shù)二、海洋開發(fā)技術(shù)1．海洋開發(fā)技術(shù)的概述人類開發(fā)海洋經(jīng)歷了幾千年的歷史，并隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步而不斷深化。海洋探測技術(shù)的發(fā)展，為大規(guī)模開發(fā)利用海洋創(chuàng)造了條件2．海洋生物資源開發(fā)技術(shù)

海洋中有大量魚、蝦、貝、藻等生物資源，在不破壞生態(tài)平衡的條件下，每年有向人類提供30億噸食物的潛力。隨著現(xiàn)代海洋技術(shù)的進(jìn)步，人們對海洋生物資源的開發(fā)和利用正在發(fā)生根本性的轉(zhuǎn)變，主要是：

第二節(jié)海洋技術(shù)二、海洋開發(fā)技術(shù)(1)捕撈由常規(guī)技術(shù)向現(xiàn)代技術(shù)轉(zhuǎn)變

1)魚群探測儀器化；２)先進(jìn)的誘捕技術(shù)；3)捕撈器具現(xiàn)代化和自動(dòng)化。

(2)捕撈技術(shù)向海洋農(nóng)牧業(yè)的轉(zhuǎn)變

1)合理捕撈；2)資源增殖；3)海洋農(nóng)牧化。

(3)海洋生物資源從單一獲取型向綜合利用型轉(zhuǎn)變

(4)海洋生物的深加工

(5)海洋生物制藥開發(fā)

第二節(jié)海洋技術(shù)二、海洋開發(fā)技術(shù)3．海水淡化利用技術(shù)現(xiàn)在水源危機(jī)已遍及全球，我國的情況更為嚴(yán)重，人均淡水年占有量為2470立方米，僅為世界平均人均占有量的1/4。目前，海水淡化的方法已發(fā)展到20多種，但其中技術(shù)上成熟，經(jīng)濟(jì)性能好、運(yùn)用較多的則是蒸餾法、電滲析法、反滲透法和結(jié)晶法四種，其中蒸餾法、電滲析法等都已達(dá)到了工業(yè)生產(chǎn)的規(guī)模，為解決某些國家的“水荒”問題發(fā)揮了重要作用。

第二節(jié)海洋技術(shù)二、海洋開發(fā)技術(shù)4．海洋石油和天然氣開發(fā)技術(shù)海洋石油和天然氣的開發(fā)大致分為：1）普查可能存在貯油、氣的海底地質(zhì)構(gòu)造；2）打估價(jià)井來查明油、氣的范圍、類型、儲(chǔ)量等情況，制定開采方案；3）打生產(chǎn)井并進(jìn)行油氣的采集、初步加工、貯存、運(yùn)輸?shù)壬a(chǎn)手段的建設(shè)，以及進(jìn)行生產(chǎn)。

第二節(jié)海洋技術(shù)二、海洋開發(fā)技術(shù)5．海洋可再生能源利用技術(shù)

海洋的潮汐、潮流、海流、波浪、溫差等方面蘊(yùn)藏了豐富的取之不盡、用之不竭的自然能源。據(jù)估計(jì)全世界潮汐能約有30億千瓦（我國約1.1億千瓦）。波浪能達(dá)700億千瓦，溫差能有500億千瓦，而且開發(fā)海洋能對環(huán)境無污染，是一種潔凈能源。但是這種能源密度低，開發(fā)技術(shù)難度大，經(jīng)濟(jì)性差，目前尚不能大規(guī)模發(fā)展。但隨著技術(shù)的進(jìn)展，海洋能將成為21世紀(jì)實(shí)用的新能源之一。

第二節(jié)海洋技術(shù)二、海洋開發(fā)技術(shù)6．海洋航運(yùn)與造船技術(shù)

船的歷史已有幾千年。由于飛機(jī)、汽車的發(fā)展，船的作用正發(fā)生很大變化。遠(yuǎn)洋客輪發(fā)展為豪華游輪。由于高速船只的出現(xiàn)，中短途客運(yùn)及車客渡航線近年有迅猛的發(fā)展，絕大多數(shù)遠(yuǎn)洋貨運(yùn)仍要靠船舶。1993年的海上貨運(yùn)量為93.4億噸。海洋貨運(yùn)主要靠新型的集裝箱船、散裝自卸船、滾裝貨船。在船的自動(dòng)化、節(jié)能等方面也有較大的進(jìn)展。

第三節(jié)空間技術(shù)被譽(yù)為“現(xiàn)代宇宙航行之父”的俄國科學(xué)家齊奧爾科夫斯基曾預(yù)言：“地球是人類的搖籃，但是人類不能永遠(yuǎn)生活在搖籃里，他們不斷地爭取著生存世界和空間，起初小心翼翼地穿出大氣層，然后就是征服太陽系”。

第三節(jié)空間技術(shù)一、宇宙空間及空間技術(shù)概述二、空間技術(shù)的特點(diǎn)及組成內(nèi)容三、人造衛(wèi)星四、空間技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用五、中國空間科學(xué)技術(shù)成就六、空間技術(shù)的影響和趨勢

第三節(jié)空間技術(shù)一、宇宙空間及空間技術(shù)概述1．對宇宙空間的認(rèn)識(shí)宇宙空間包括陸地、海洋、大氣層，其中距地面100—120千米以下的大氣層稱為稠密大氣層（大氣層內(nèi)空間），距地面100—120千米以上的空間稱層外空間（宇宙空間，簡稱空間或太空）。錢學(xué)森1980年在《宇宙學(xué)報(bào)》創(chuàng)刊詞中講，宇宙航行應(yīng)劃分為兩個(gè)階段，第一個(gè)分階段是在太陽系內(nèi)活動(dòng)，叫“航天”；第二階段是到銀河系乃至河外星系去活動(dòng)，叫“航宇”。

第三節(jié)空間技術(shù)一、宇宙空間及空間技術(shù)概述2．空間技術(shù)定義空間技術(shù)又稱航天技術(shù)或宇航技術(shù)，它是研究如何使空間飛行器飛離大氣層，進(jìn)入宇宙空間，并在那里進(jìn)行探測、研究、開發(fā)、利用等活動(dòng)的一門高度綜合性技術(shù)。

第三節(jié)空間技術(shù)二、空間技術(shù)的特點(diǎn)及組成內(nèi)容1．空間技術(shù)的特點(diǎn)

(1)空間技術(shù)是高度綜合的現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)；(2)空間技術(shù)對國家現(xiàn)代化和社會(huì)進(jìn)步具有重要作用；(3)空間活動(dòng)是高投入、高效益、高風(fēng)險(xiǎn)的事業(yè)。

第三節(jié)空間技術(shù)二、空間技術(shù)的特點(diǎn)及組成內(nèi)容2．空間技術(shù)的組成內(nèi)容要實(shí)現(xiàn)空間活動(dòng)就要建立航天系統(tǒng)。航天系統(tǒng)是一個(gè)龐大的系統(tǒng)工程，是由特定的運(yùn)載器、航天器、航天發(fā)射場，航天地面站及其他有關(guān)系統(tǒng)組成。其中航天器是核心。具體來講空間技術(shù)包括運(yùn)載器、航天器和測控保障系統(tǒng)。

第三節(jié)空間技術(shù)二、空間技術(shù)的特點(diǎn)及組成內(nèi)容(1)運(yùn)載器（火箭）。又稱運(yùn)載工具，是用于將航天器加速至宇宙速度，并送入預(yù)定的運(yùn)行軌道。（一箭雙星）(2)航天器。航天器也叫空間飛行器，是在宇宙空間按照天體力學(xué)的規(guī)律運(yùn)行的各類飛行器的總稱。包括各種人造衛(wèi)星、載人飛船、空間站、空間探測器等。其中人造衛(wèi)星發(fā)射數(shù)量最多。按照航天器飛行高度可分為近地軌道航天器和星際航天器；按是否載人可分為載人航天器和無人航天器。

第三節(jié)空間技術(shù)二、空間技術(shù)的特點(diǎn)及組成內(nèi)容(3)測控保障系統(tǒng)。要使航天完成預(yù)定任務(wù)，需要對運(yùn)載火箭和航天器進(jìn)行監(jiān)視，跟蹤等，要建立完善的測控保障系統(tǒng)，特別是載人航天飛行，要給航天員提供必要的生活保障和萬無一失的安全設(shè)施。

第三節(jié)空間技術(shù)三、人造衛(wèi)星1．人造地球衛(wèi)星(1)人造地球衛(wèi)星原理。從天文學(xué)上來人造地球衛(wèi)星講是指沿著一定軌道環(huán)繞一顆行星運(yùn)行的較小天體。

(2)人造地球衛(wèi)星三個(gè)宇宙速度。當(dāng)物體速度達(dá)到第一宇宙速度，即7.9km/s。當(dāng)速度增大到衛(wèi)星能掙脫地球?qū)λ囊?、沿拋物線進(jìn)入太陽系，就是第二宇宙速度，又叫"逃逸速度"。如果衛(wèi)星速度達(dá)到擺脫地球與太陽系引力的吸引、沿雙曲線軌道飛出太陽系，進(jìn)入茫茫的太空，時(shí)稱為第三宇宙速度，它的數(shù)值為16.6km/s。(3)人造地球衛(wèi)星的發(fā)射的三種方法：發(fā)射人造地球衛(wèi)星有運(yùn)載火箭發(fā)射、航天飛機(jī)發(fā)射和飛機(jī)發(fā)射三種方法。

第三節(jié)空間技術(shù)三、人造衛(wèi)星2．人造衛(wèi)星的類型人造衛(wèi)星種類很多，有通信衛(wèi)星、遙感衛(wèi)星、導(dǎo)航定位衛(wèi)星、科學(xué)衛(wèi)星等（間諜衛(wèi)星）。

1970年4月24日，“長征—1”號(hào)航天運(yùn)載火箭順利地將“東方紅—1”號(hào)人造地球衛(wèi)星送入太空軌道。

第三節(jié)空間技術(shù)四、空間技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用1.空間技術(shù)的發(fā)展空間技術(shù)的形成以1957年前蘇聯(lián)發(fā)射第一顆人造地球衛(wèi)星為標(biāo)志，從此開始了航天時(shí)代。此后，美國、法國、日本和中國等國也先后發(fā)射了自己的人造衛(wèi)星?！?/p>

第三節(jié)空間技術(shù)四、空間技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用2．空間技術(shù)的應(yīng)用

(1)衛(wèi)星通信、廣播。

(2)衛(wèi)星導(dǎo)航定位。全球四大衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)a、美國全球定位系統(tǒng)（GPS）。有24顆衛(wèi)星組成，分布在6條交點(diǎn)互隔60度的軌道面上，精度約為10米，軍民兩用，目前正在試驗(yàn)第二代衛(wèi)星系統(tǒng)；

b、俄羅斯“格洛納斯”系統(tǒng)。有24顆衛(wèi)星組成，精度在10米左右，軍民兩用，設(shè)計(jì)2009年底服務(wù)范圍拓展到全球；

c、歐洲“伽利略”系統(tǒng)。有30顆衛(wèi)星組成，定位誤差不超過1米，主要為民用。2005年首顆試驗(yàn)衛(wèi)星已成功發(fā)射。預(yù)計(jì)2008年前開通定位服務(wù)；

d、中國“北斗”系統(tǒng)。由5顆靜止軌道衛(wèi)星和30顆非靜止軌道衛(wèi)星組成。定位精度10米。計(jì)劃2008年左右覆蓋中國及周邊地區(qū)，然后逐步擴(kuò)展為全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)

(3)資源調(diào)查和測繪。

(4)氣象與災(zāi)害預(yù)報(bào)。(5)軍事應(yīng)用。此外，空間技術(shù)在科學(xué)研究等方面也發(fā)揮了積極的作用。五、中國空間科學(xué)技術(shù)成就我國在20世紀(jì)50年代末開始發(fā)展空間技術(shù)，已在運(yùn)載火箭、衛(wèi)星和衛(wèi)星應(yīng)用、載人航天、開展探月工程等方面取得了驚人的成就。

第三節(jié)空間技術(shù)六、空間技術(shù)的影響和趨勢1．空間技術(shù)的影響發(fā)展空間技術(shù)不僅拓展人類活動(dòng)的新領(lǐng)域，還能增強(qiáng)民族凝聚力,提高國家政治、軍事和經(jīng)濟(jì)地位，促進(jìn)人類的科技發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步，對整個(gè)人類社會(huì)的發(fā)展都產(chǎn)生重大影響。2．空間技術(shù)發(fā)展趨勢在21世紀(jì)，空間科學(xué)將具有一系列新的特征：在探測方式上，將是多種探測器協(xié)同進(jìn)行；在研究課題上，將更具綜合性和選擇性；在研究形式上，將出現(xiàn)全球性、長期性的國際合作。