自然科學(xué)基礎(chǔ)知識(shí),第四章空間技術(shù)與海洋技術(shù)

第四章空間技術(shù)與海洋技術(shù)

第一節(jié)空間技術(shù)的發(fā)展概況

一、空間技術(shù)和外層空間

空間技術(shù)是探索、開(kāi)發(fā)和利用外層空間的技術(shù)，也叫航天技術(shù)。

人類的活動(dòng)范圍，經(jīng)歷了從陸地到海洋，從海洋到大氣層，現(xiàn)在又從氣層擴(kuò)展到外層空間。

人們把陸地稱為人類生存的第一環(huán)境，海洋為第二環(huán)境，大氣層為第三環(huán)境。1981年在羅馬召開(kāi)的國(guó)際宇航聯(lián)合會(huì)第32屆大會(huì)，把外層空間稱為是人類的第四環(huán)境，發(fā)出和平開(kāi)發(fā)第四環(huán)境的號(hào)召。見(jiàn)圖

外層空間和大氣層的分界線目前還尚無(wú)確切的定義，即使在距地表數(shù)千千米的高度上仍有極少量的氣體存在。聯(lián)合國(guó)外層空間法律委員會(huì)曾多次討論過(guò)外層空間的定義和定界，但由于它不僅是一個(gè)科學(xué)技術(shù)上的問(wèn)題，還涉及到世界各國(guó)的權(quán)益，故至今仍未得出明確的結(jié)論。

現(xiàn)在把地表100-120km以上的空間就稱為外層空間。

按引力作用的范圍劃分，外層空間又可分為地球引力作用區(qū)、太陽(yáng)引力作用區(qū)、銀河系引力作用區(qū)和河外星系引力作用區(qū)等。但是在相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，人類主要還是在太陽(yáng)系以內(nèi)從事航天活動(dòng)。人類進(jìn)人外層空間，需要闖過(guò)四大難關(guān)。

第一，要克服地球引力。地球的引力在160km的高度只減小1%，到2700km的高度才減小一半。

第二，要克服真空。在地表每立方厘米的空氣中約含有2.4x1017個(gè)分子，在200km的高空，大氣壓力和密度只有海平面的10-9數(shù)量級(jí)。在行星際空間，每一立方厘米空間中約只含有100個(gè)空氣分子。

第三，要適應(yīng)劇烈變化的溫度環(huán)境。在地球上最熱的地方為50℃左右，最冷的地方不過(guò)一800C。而在空間，離地球不遠(yuǎn)處，向陽(yáng)面的溫度高達(dá)200cC，背陽(yáng)面則冷到一2,00l.o

第四，要防止有害輻射，即粒子輻射。其來(lái)源有太陽(yáng)的電磁輻射、地球的輻射帶、太陽(yáng)宇宙線和銀河宇宙線等。

為了進(jìn)人外層空間，世界各國(guó)都搶先發(fā)展空間技術(shù)。40多年來(lái)，空間技術(shù)的重大成就，向人類顯示了其重要作用及強(qiáng)大的生命力。

二、空間技術(shù)的特點(diǎn)及其意義

人類為什么要闖過(guò)種種難關(guān)進(jìn)人第四環(huán)境？因?yàn)殚_(kāi)發(fā)外層空間的意義重大，影響十分深遠(yuǎn)。

空間技術(shù)與其他技術(shù)相比有兩大方面的特點(diǎn)。

第一、空間技術(shù)是高度的綜合性科學(xué)技術(shù)。

空間技術(shù)是現(xiàn)代高新技術(shù)，它是很多現(xiàn)代科學(xué)和技術(shù)新成就的集成，其中包括了電子技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、遙感技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、新材料技術(shù)等，空間技術(shù)缺少以上哪一門學(xué)科都不行。所以空間技術(shù)的發(fā)展，體現(xiàn)了一個(gè)國(guó)家的綜合國(guó)力和現(xiàn)代科技水平。

第二、空間技術(shù)是一門對(duì)國(guó)家的現(xiàn)代化建設(shè)和社會(huì)進(jìn)步具有宏觀推動(dòng)作用的科學(xué)技術(shù)。它可以使一個(gè)國(guó)家在外層空間的開(kāi)發(fā)和激烈競(jìng)爭(zhēng)中處于領(lǐng)先地位，并可以為經(jīng)濟(jì)、科技、社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域的現(xiàn)代化提供有力工具，創(chuàng)造出傳統(tǒng)技術(shù)無(wú)法達(dá)到的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

外層空間蘊(yùn)含著巨大的資源，可以概括為以下五點(diǎn)。

(1)空間的高遠(yuǎn)位置資源

俗話說(shuō)站得高看得遠(yuǎn)，視野廣獲得的信息多。地球上最高的山脈是喜馬拉雅山，但站在這樣的地球之巔上，可觀察到的地表面積僅為地球表面積l的0.07%。

地球“地軌道衛(wèi)星離”““200km,“這樣的人造衛(wèi)趾觀察地球，可以看到地球表面積15.2%,

地球靜止軌道衛(wèi)星離地面35786km，它觀察到地球表面的面積占地球表面積的42.4%，所以只要三個(gè)地球靜止軌道衛(wèi)星，就可以覆蓋全部地球表面，時(shí)時(shí)刻刻都能注視地球上任何一個(gè)地方的行動(dòng)和變化，見(jiàn)圖（自畫）

（2）空間的高真空和超潔凈環(huán)境資源

高真空是人類進(jìn)人外層空間可以利用的可貴資源。在外層空間利用航天器上設(shè)置的天文儀器進(jìn)行天文觀測(cè)，由于擺脫了大氣的影響，所拍攝的天體圖像完整、精確、清晰、無(wú)畸變。在外層空間航行，由于無(wú)空氣阻力，可以大大節(jié)省能源，并為探索行星、恒星和宇宙的起源提供了可能。

在外層空間沒(méi)有污染，高真空和超潔凈的環(huán)境為制備高純度的物質(zhì)，以及高質(zhì)量的冶煉、焊接和分離提供了理想的條件。

(3）航天器內(nèi)部的微重力環(huán)境資源

在航天器內(nèi)部的失重狀態(tài)下，可以進(jìn)行太空無(wú)容器熔煉?？梢匀蹮挸鲈诘孛嫔虾茈y熔煉出的某些金屬氧化物，可以得到均勻度極高的合金，可以制造理想的球狀空心鋼球、極薄的薄膜、金屬帶、極細(xì)的金屬絲等。

在航天器內(nèi)可以進(jìn)行生物和生命科學(xué)研究，可以研究失重狀態(tài)下人體的變化和生存能力，可以提純藥物，提取疫苗。在失重狀態(tài)下制藥成本低，純度好，效率高。

在太空還可以建立農(nóng)場(chǎng)，進(jìn)行太空育種和動(dòng)物飼養(yǎng)。

(4）空間太陽(yáng)能資源

地球上的能量主要來(lái)自太陽(yáng)，太陽(yáng)以輻射的方式向地球輸送太陽(yáng)能。但傳輸過(guò)程中受大氣層、天氣和晝夜的影響很大。在外層空間就不一樣，那兒沒(méi)有厚厚的大氣層，可用的太陽(yáng)能豐富充足，利用率高，在那兒可以建立大型的太陽(yáng)能發(fā)電站。

(5)月球資源

月球是地球的衛(wèi)星，與其他天體相比，月球離地球最近。月球上物質(zhì)資源豐富，環(huán)境純凈沒(méi)有污染，沒(méi)有大氣層。月球是進(jìn)行科學(xué)研究、觀察、實(shí)驗(yàn)的理想場(chǎng)所。探索月球的起源和演變，對(duì)認(rèn)識(shí)地球及生命、物種可提供重要線索。在月球上建立航天基地可以觀測(cè)宇宙，可進(jìn)行生命科學(xué)研究（見(jiàn)圖3)

第四章資料\日本披露探月計(jì)劃：2030年建成月球基地（圖_休--想.htm

發(fā)展空間技術(shù)，開(kāi)發(fā)外層空間的巨大資源，在經(jīng)濟(jì)上、軍事上、科學(xué)上和政治上都具有重大的意義。

在軍事方面，幾十年來(lái)空間技術(shù)的發(fā)展說(shuō)明，哪一個(gè)國(guó)家占有太空優(yōu)勢(shì)，它就具有軍事的戰(zhàn)略優(yōu)勢(shì)。

在經(jīng)濟(jì)方面，空間技術(shù)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用，可以產(chǎn)生很高的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。根據(jù)一些國(guó)家多年的統(tǒng)計(jì)分析，普遍認(rèn)為在空間開(kāi)發(fā)上的投資效益之比可達(dá)1:10以上。

在政治方面，空間技術(shù)對(duì)提高國(guó)家的綜合國(guó)力影響深遠(yuǎn)。如果一個(gè)國(guó)家具有空間優(yōu)勢(shì)，那么她在國(guó)際活動(dòng)中的地位就明顯提高，在討論國(guó)際重大問(wèn)題時(shí)，就有發(fā)言權(quán)和參與權(quán)。

在科學(xué)方面，空間技術(shù)的發(fā)展推動(dòng)了現(xiàn)代多種學(xué)科的發(fā)展。它帶動(dòng)了電子技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、遙感技術(shù)、生物技術(shù)等許多學(xué)科的發(fā)展，并形成了衛(wèi)星氣象學(xué)、衛(wèi)星海洋學(xué)、衛(wèi)星測(cè)地學(xué)、衛(wèi)星通信學(xué)、空間生物學(xué)、空間材料工藝學(xué)等一群新的邊緣學(xué)科?？臻g技術(shù)的發(fā)展對(duì)基礎(chǔ)學(xué)科也有很大的影響，通過(guò)太空活動(dòng)，人們對(duì)宇宙的形成、人類的起源將會(huì)有重大發(fā)現(xiàn)，對(duì)推動(dòng)生命科學(xué)、宇宙學(xué)的研究有著重要的作用。

由于發(fā)展空間技術(shù)的意義重大，因而引起了世界許多國(guó)家的高度重視，現(xiàn)在參與開(kāi)發(fā)空間技術(shù)的國(guó)家已多達(dá)60多個(gè)，應(yīng)用空間技術(shù)的國(guó)家則遍及全球。

三、世界空間技術(shù)發(fā)展概況

1957年，前蘇聯(lián)將第一顆人造地球衛(wèi)星送入軌道。

1961年，前蘇聯(lián)載人飛船發(fā)射成功。

1969年，美國(guó)“阿波羅”飛船載人登月。

1971年，前蘇聯(lián)將“禮炮一號(hào)”空間站送上太空近地軌道。

1981年，美國(guó)首次發(fā)射“哥倫比亞號(hào)”航天飛機(jī)（見(jiàn)圖4b).

1990年，美國(guó)哈勃天文望遠(yuǎn)鏡和X一射線天文觀測(cè)衛(wèi)星進(jìn)入預(yù)定軌道。

1997年，美國(guó)太空總署的一遙控探測(cè)車在火星表面登陸。

以上航天科學(xué)技術(shù)中的重大事件，標(biāo)志著自20世紀(jì)50年代以來(lái)開(kāi)創(chuàng)和發(fā)展空間科學(xué)技術(shù)的重大成功?？臻g科學(xué)技術(shù)已成為20世紀(jì)中最引人注目的領(lǐng)域之一。

現(xiàn)在進(jìn)人地球外層空間的航天器已有6000多顆，其中絕大多數(shù)是前蘇聯(lián)和美國(guó)發(fā)射的。此外，歐盟、中國(guó)、日本、加拿大、印度等國(guó)也發(fā)射了自己的航天器，并在空間技術(shù)領(lǐng)域具有一定規(guī)模。

近50年來(lái)，空間技術(shù)的發(fā)展和取得的巨大成就主要體現(xiàn)在以下四個(gè)方面。

(1)運(yùn)載工具

人類探索和開(kāi)發(fā)外層空間，首先要做的就是使航天器具有足夠大的動(dòng)能，以克服地球引力所做的功，然后進(jìn)人空間軌道，這樣才能實(shí)現(xiàn)預(yù)定目標(biāo)的航天活動(dòng)。

理論計(jì)算表明，當(dāng)航天器達(dá)到7.9km／二第一宇宙速度時(shí)，它可以圍繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)，成為地球的衛(wèi)星。當(dāng)達(dá)到11.2km/s第二宇宙速度時(shí)，航天器就可以離開(kāi)地球飛向太陽(yáng)系的其他行星或圍繞太陽(yáng)運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)速度達(dá)到16.7km/s，即第三宇宙速度時(shí)，航天器就可以飛出太陽(yáng)系進(jìn)人銀河系。把航天器送上天，使它具有一定的飛行速度，靠的是運(yùn)載工具。

目前，運(yùn)載航天器的工具主要是火箭。在運(yùn)載工具研制方面最發(fā)達(dá)的國(guó)家是前蘇聯(lián)、美國(guó)、法國(guó)、中國(guó)、日本、印度、英國(guó)和歐空局。前蘇聯(lián)的質(zhì)子號(hào)、美國(guó)的大力神、法國(guó)的阿麗亞娜、中國(guó)的長(zhǎng)征、日本的H-2等火箭是國(guó)際上有代表性的幾種火箭，它們都能把4噸以上的衛(wèi)星送到36000km高空的地球同步軌道（見(jiàn)圖5)。

用火箭作運(yùn)載工具，一般情況下將航天器送人空間軌道后火箭就報(bào)廢了，不回收是為了降低運(yùn)載工具的成本。美國(guó)首先試驗(yàn)了航天飛機(jī)，利用航天飛機(jī)可以實(shí)現(xiàn)完成空間飛行任務(wù)后飛回來(lái)，經(jīng)過(guò)檢修，下次執(zhí)行任務(wù)再飛。美國(guó)的航天飛機(jī)有效負(fù)載為30噸重，并可載七名宇航員，其飛行高度在200-400km，可將載人飛船送上近地空間。前蘇聯(lián)也曾發(fā)展過(guò)無(wú)人航天飛機(jī)。使用航天飛機(jī)可以發(fā)射衛(wèi)星，可對(duì)衛(wèi)星實(shí)施天上維修，可以回收發(fā)生故障或失效的衛(wèi)星，可在太空失重和真空環(huán)境中進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)活動(dòng)。目前用航天飛機(jī)作運(yùn)載工具成本還很高，主要是每次飛回來(lái)后維護(hù)和修理的費(fèi)用高。所以，火箭仍是發(fā)射航天器的主要運(yùn)載工具。

為了尋求經(jīng)濟(jì)的有效的往返于天地之間的運(yùn)載系統(tǒng)，以取代昂貴的運(yùn)載火箭和航天飛機(jī)，有的國(guó)家正在研制空天飛機(jī)?？仗祜w機(jī)可以在跑道上起飛，它的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)由渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)、亞音速燃燒沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)、超音速?zèng)_壓發(fā)動(dòng)機(jī)和火箭發(fā)動(dòng)機(jī)組合而成。它以液氫為燃料，在大氣中飛行時(shí)吸介空氣作氧化劑，飛出大氣層時(shí)以機(jī)載液氧為氧化劑。空天飛機(jī)使用方便，維修簡(jiǎn)單，它將會(huì)成為21世紀(jì)的主要運(yùn)載工具。

(2）人造地球衛(wèi)星

近50年來(lái)全世界發(fā)射的人造衛(wèi)星已有600(〕多顆。人造衛(wèi)星在太空中飛行占有高遠(yuǎn)的位置優(yōu)勢(shì)，能對(duì)地球進(jìn)行大面積的覆蓋。利用人造衛(wèi)星可進(jìn)行遠(yuǎn)距離通信，資源勘察，全球天氣預(yù)報(bào)，導(dǎo)航，定位等。所以人造地球衛(wèi)星是空間技術(shù)應(yīng)用的最大領(lǐng)域。

按用途不同，人造地球衛(wèi)星主要可分為通信廣播衛(wèi)星、資源衛(wèi)星、氣象衛(wèi)星、導(dǎo)航定位衛(wèi)星、軍事偵察衛(wèi)星等數(shù)種。

通信廣播衛(wèi)星是人類生活中應(yīng)用最廣泛、作用最直接的人造衛(wèi)星之一，它們主要用作空間無(wú)線電中繼站。它們將接收到的微波信號(hào)加以放大、變頻，再經(jīng)過(guò)功率放大后進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，以實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星通信和廣播。衛(wèi)星通信已成為現(xiàn)代信息傳輸?shù)囊环N有效手段（見(jiàn)圖)

通信衛(wèi)星按運(yùn)行軌道可分為靜止軌道通信衛(wèi)星和低軌道通信衛(wèi)星。

靜止軌道是距地面約35800km、運(yùn)行周期與地球自轉(zhuǎn)周期相同的軌道。

對(duì)靜止軌道上的衛(wèi)星，地面用戶只要使用簡(jiǎn)單的定點(diǎn)指向天線就可進(jìn)行通信業(yè)務(wù)。

靜止軌道通信衛(wèi)星可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離、大范圍、甚至全球的實(shí)時(shí)通信。1964年8月美國(guó)發(fā)射了世界上第一顆地球靜止軌道通信衛(wèi)星，當(dāng)年它就被用來(lái)向北美洲和歐洲實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)在日本東京舉行的奧運(yùn)會(huì)盛況?，F(xiàn)在基于靜止軌道衛(wèi)星系統(tǒng)，已形成最大的國(guó)際通信網(wǎng)絡(luò)，參加國(guó)際通信衛(wèi)星組織的成員國(guó)或組織已有140多個(gè)。

使用靜止軌道衛(wèi)星，通信距離遠(yuǎn)、電磁波弱是一個(gè)大缺點(diǎn)，于是近年來(lái)又出現(xiàn)了低軌道通信衛(wèi)星，其優(yōu)點(diǎn)是通信距離縮短，電磁波場(chǎng)強(qiáng)增加，設(shè)備可小型化。但要采用由眾多衛(wèi)星組成的均勻分布的復(fù)雜星座，才能省掉復(fù)雜的跟蹤設(shè)備以保持連續(xù)通信。

從人造衛(wèi)星上觀察地面，視野廣闊，連續(xù)持久，無(wú)須動(dòng)力。為了觀察到全球每個(gè)角度，資源衛(wèi)星大多采用極軌道，為了提高觀察地面目標(biāo)的分辨率，軌道高度取160-200km之間。資源衛(wèi)星采用多光譜的遙感技術(shù)，利用可見(jiàn)光、紅外或微波輻射攝取圖像。資源衛(wèi)星可提供地質(zhì)、礦產(chǎn)、海洋、漁業(yè)、人口、森林、生態(tài)等大量信息（見(jiàn)圖12一7)，從而為人類對(duì)地球資源的勘探、開(kāi)發(fā)和管理，自然災(zāi)害的預(yù)防和監(jiān)控提供非常有效的手段，產(chǎn)生極大的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。

現(xiàn)在國(guó)際上發(fā)展的氣象衛(wèi)星有兩種，一種是極地軌道氣象衛(wèi)星，它可以飛經(jīng)地球所有地區(qū)，提供長(zhǎng)期天氣預(yù)報(bào)資料。另一種是靜止軌道氣象衛(wèi)星，它可以實(shí)時(shí)連續(xù)觀察本地區(qū)的云層分布和變化。布置三顆相距地心夾

角120“的靜止氣象衛(wèi)星，就可以實(shí)時(shí)連續(xù)現(xiàn)察整個(gè)地球表面。將極軌道和靜止軌道這兩種衛(wèi)星配合起來(lái)使用，可提供全球的天氣預(yù)報(bào)。

氣象衛(wèi)星具有很高的社會(huì)效益，它不僅采集氣象

數(shù)據(jù)，同時(shí)也用于水文、海洋、環(huán)境污染、地震和森林火災(zāi)數(shù)據(jù)的采集。

典型的導(dǎo)航定位衛(wèi)星系統(tǒng)是美國(guó)的GPS，它由18-24顆衛(wèi)星組成，分布在6個(gè)圓形軌道面上，離地面的高度約20000km。利用其中任意4顆衛(wèi)星與待測(cè)目標(biāo)的距離差，就可精確地對(duì)目標(biāo)定位，精度達(dá)10米以內(nèi)（見(jiàn)圖12一8)。導(dǎo)航定位衛(wèi)星系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于陸?？战煌?、工農(nóng)業(yè)建設(shè)、城市規(guī)劃、地形測(cè)繪等。利用它還可迅速救援遇難的飛機(jī)、艦船和野外工作者。

軍事偵察衛(wèi)星在人造衛(wèi)星中占的比重最大，約占應(yīng)用衛(wèi)星的70%。軍事偵察衛(wèi)星可分照相偵察、電子偵察和導(dǎo)彈預(yù)警三種。

照相偵察衛(wèi)星裝有廣角全景掃描照相機(jī)，采用數(shù)字無(wú)線電信號(hào)向地面接收站實(shí)時(shí)傳送圖像。前蘇聯(lián)和美國(guó)的偵察衛(wèi)星都有很高的分辨率，分辨率可達(dá)到1米以內(nèi)。

電子偵察衛(wèi)星截聽(tīng)地面的微波通信、普通長(zhǎng)途電話、無(wú)線電聯(lián)系和導(dǎo)彈試驗(yàn)時(shí)發(fā)出的遙測(cè)信號(hào)，并發(fā)回地面中心站進(jìn)行分析，從這些信息中提取敵方軍事情報(bào)或臺(tái)站位置。

導(dǎo)彈預(yù)警衛(wèi)星系統(tǒng)主要是通過(guò)探測(cè)導(dǎo)彈在主動(dòng)段工作時(shí)噴射火焰中的紅外輻射，來(lái)判斷敵方是否發(fā)射導(dǎo)彈，并給出紅外源的位置、移動(dòng)方向及軌道，能一直跟蹤從導(dǎo)彈點(diǎn)火開(kāi)始到導(dǎo)彈關(guān)機(jī)所持續(xù)的約5分鐘時(shí)間，并在3-4分鐘內(nèi)將導(dǎo)彈大致發(fā)射地點(diǎn)和估計(jì)攻擊的區(qū)域告知防空部隊(duì)，以爭(zhēng)取組織反擊的時(shí)間。

軍事衛(wèi)星的作用在海灣戰(zhàn)爭(zhēng)、伊拉克戰(zhàn)爭(zhēng)中已有充分體現(xiàn)。

(3)載人航天

載人航天是航天技術(shù)發(fā)展的一個(gè)新階段。

1961年4月12日，前蘇聯(lián)宇航員加加林駕駛東方1號(hào)載人飛船，繞地球1圈后安全返回地面，完成了有史以來(lái)人類首次太空飛行。

1969年7月20日，美國(guó)宇航員阿姆斯特朗和奧爾德林駕駛阿波羅11號(hào)飛船的登月艙，成功降落在月球月面上，這是人類走向宇宙的偉大奇跡。

當(dāng)阿姆斯特朗在月面上邁出劃時(shí)代的第一步時(shí)，他感嘆地說(shuō)：“對(duì)一個(gè)人來(lái)說(shuō)，這是一小步。對(duì)人類來(lái)說(shuō)，這是巨大的一步?！陛d人飛船又稱宇宙飛船，它可以載人獨(dú)立進(jìn)行航天活動(dòng)，也可以作為“渡船”往返于地面和空間站。載人飛船容積小，所載消耗性物質(zhì)數(shù)量有限，所以運(yùn)行時(shí)間有限。為了擴(kuò)大研究規(guī)模，進(jìn)一步開(kāi)發(fā)和利用空間，前蘇聯(lián)和美國(guó)先后研制了空間站和航天飛機(jī)。

空間站又稱航天站或軌道站，它是一種可供多名航天員長(zhǎng)期居住和工作的載人航天器。在空間站這個(gè)空間基地中，可進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)和生產(chǎn)新材料，可組裝航天器，利用它可對(duì)其他衛(wèi)星進(jìn)行維修和補(bǔ)給，并可作為高軌道、

月球和行星際任務(wù)的中轉(zhuǎn)站?？臻g站的物質(zhì)和人員補(bǔ)充可由航天飛機(jī)定期運(yùn)送。

人們把由美國(guó)“自由號(hào)”空間站和俄羅斯“和平2號(hào)”空間站結(jié)合而成的大型載人空間站，稱為全球空間站，它總重415噸，主析架長(zhǎng)88米，太陽(yáng)能電池陣寬110米，可提供110千瓦電力，能居住6名航天員。

(4)深空探索

到新的天體去開(kāi)拓，這是人類面臨的一次更大的挑戰(zhàn)。

空間探測(cè)器，是對(duì)月球和月球以外的天體和空間進(jìn)行探測(cè)的無(wú)人航天器。

利用空間探測(cè)器進(jìn)行深空探索，基本次序是先從月球開(kāi)始，接著是太陽(yáng)和太陽(yáng)系中的各個(gè)行星及其衛(wèi)星，最后是飛出太陽(yáng)系，深人到遙遠(yuǎn)的恒星空間。

20世紀(jì)60年代以來(lái)，人類利用空間探測(cè)器獲取了月球背面地形地貌圖（見(jiàn)圖)，俯視了太陽(yáng)的南北極區(qū)，新近考察了水、火、金、木、土、天王和海王共7個(gè)大行星及其衛(wèi)星。無(wú)人實(shí)驗(yàn)裝置已在火星表面著落（見(jiàn)圖)，并落向金星和木星的大氣深處，行星際飛船還飛掠并就近探測(cè)了小行星和彗星。

深空探索活動(dòng)對(duì)開(kāi)發(fā)空間資源、發(fā)展空間產(chǎn)業(yè)，對(duì)推動(dòng)科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，對(duì)了解宇宙、銀河系、太陽(yáng)系、地球和月球的起源與演變，對(duì)認(rèn)識(shí)生命的起源與進(jìn)化，將會(huì)產(chǎn)生不可估量的深遠(yuǎn)影響。

50年來(lái)世界空間技術(shù)發(fā)展迅速，成就巨大，實(shí)際應(yīng)用越來(lái)越廣泛，甚至已深人到每個(gè)家庭、每個(gè)人的生活中。

展望未來(lái)，在21世紀(jì)中空間技術(shù)將會(huì)有重大突破和發(fā)展。但開(kāi)發(fā)空間資源，向無(wú)限的空間進(jìn)軍，無(wú)論規(guī)模與技術(shù)，或者投資與經(jīng)濟(jì)等因素，都不是一個(gè)國(guó)家所能獨(dú)立完成的，它需要廣泛開(kāi)展國(guó)際合作，制定統(tǒng)一的科技政策，共享空間資源。由于各國(guó)的情況不同，利益不盡一致，這種合作不可能是全面的，將出現(xiàn)既合作又競(jìng)爭(zhēng)，競(jìng)爭(zhēng)中有合作，但競(jìng)爭(zhēng)仍很激烈。

四、我國(guó)空間技術(shù)的主要成就及展望

中國(guó)是古代火箭的故鄉(xiāng)，在宋朝就制成了用火藥推進(jìn)的世界上最早的火箭。

20世紀(jì)50年代末期，我國(guó)開(kāi)始研究航天技術(shù)，1958年5月17日毛澤東主席發(fā)出“我們也要搞人造衛(wèi)星”的號(hào)召。在黨和政府高度重視和積極支持下，我國(guó)的航天技術(shù)從本國(guó)的國(guó)情出發(fā)，走具有中國(guó)特色的發(fā)展道路，堅(jiān)持自力更生、艱苦奮斗，在底子薄、基礎(chǔ)差的條件下，取得了舉世矚目的成就。

1965年我國(guó)開(kāi)始研制第一顆人造衛(wèi)、星（東方紅1號(hào)）和長(zhǎng)征一號(hào)運(yùn)載火箭，并于1971）年4月24日一次發(fā)射成功。

東方紅一號(hào)衛(wèi)星在軌道上正常運(yùn)行，向全球轉(zhuǎn)播東方紅樂(lè)曲，這標(biāo)志著我國(guó)開(kāi)始進(jìn)人了宇宙空間（見(jiàn)圖)。

60年代末我國(guó)開(kāi)始研制回收衛(wèi)星及其配套的長(zhǎng)征二號(hào)火箭，并于1975年11月26日首次成功地發(fā)射了返回型遙感衛(wèi)星。這顆衛(wèi)星在軌道上正常運(yùn)行了3天，并取得了珍貴的對(duì)地遙感資料，按預(yù)定計(jì)劃返回地面，使中國(guó)成為世界上繼美國(guó)、前蘇聯(lián)之后第三個(gè)掌握衛(wèi)星返回技術(shù)和空間遙感技術(shù)的國(guó)家。我國(guó)的返回式衛(wèi)星至今仍保持100％的回收成功率。

1981年9月20日，我國(guó)又首次成功地用1枚運(yùn)載火箭把3顆衛(wèi)星送人各自的運(yùn)行軌道，是世界上繼前蘇聯(lián)、美國(guó)和歐洲空間局之后掌握一箭多星技術(shù)的國(guó)家。

為了改善天氣預(yù)報(bào)的狀況，我國(guó)從80年代起，開(kāi)展氣象衛(wèi)星的研制工作。1988年和199(）年用長(zhǎng)征四號(hào)運(yùn)載火箭分別成功地發(fā)射了兩顆風(fēng)云一號(hào)氣象衛(wèi)星。衛(wèi)星飛行在900km的太陽(yáng)同步軌道上，傳送的云圖和地物圖像清晰，使用價(jià)值很大。

1994年4月，我國(guó)用長(zhǎng)征三號(hào)甲火箭成功地發(fā)射了一顆空間探測(cè)衛(wèi)星對(duì)太陽(yáng)和空間環(huán)境進(jìn)行探測(cè)。

1996年10月20日，中國(guó)科學(xué)院空間科學(xué)與應(yīng)用總部將質(zhì)量為91kg的試驗(yàn)裝置搭載在當(dāng)天發(fā)射的一顆科學(xué)探測(cè)和技術(shù)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星上，完成了動(dòng)物、植物、水生物、微生物及細(xì)胞組織等五個(gè)方面的33個(gè)生物樣品的空間培養(yǎng)、

育種和機(jī)制研究。

自1985年我國(guó)政府宣布長(zhǎng)征系列運(yùn)載火箭投放國(guó)際市場(chǎng)以來(lái)，先后成功地發(fā)射了美國(guó)制造的亞洲一號(hào)通信衛(wèi)星、巴基斯坦衛(wèi)星、瑞典衛(wèi)星、澳大利亞通信衛(wèi)星等。

1999年11月20日我國(guó)載人航天工程第一次飛行試驗(yàn)成功，發(fā)射并回收了第一艘“神舟”號(hào)無(wú)人試驗(yàn)飛船，它標(biāo)志著我國(guó)成為繼美國(guó)、俄羅斯之后的第三太空大國(guó)。

截止2000年底，我國(guó)已經(jīng)發(fā)射人造衛(wèi)星75顆，其中我國(guó)自行研制的衛(wèi)星47顆。

2001年1月10日凌晨，我國(guó)自行研制的“神舟二號(hào)”無(wú)人飛船在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心（見(jiàn)圖3)發(fā)射升空，向?qū)崿F(xiàn)載人航天飛行又邁開(kāi)了重要一步。我國(guó)宇航員登天已開(kāi)始進(jìn)人倒計(jì)時(shí)。2003年10月15日上午9時(shí)，我國(guó)自主研制的"神舟"五號(hào)載人飛船，在中國(guó)酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心用"長(zhǎng)征二號(hào)F"運(yùn)載火箭發(fā)射成功，將中國(guó)首位航天員送上太空，飛船準(zhǔn)確進(jìn)入預(yù)定軌道。這是我國(guó)進(jìn)行的首次載人航天飛行，標(biāo)志著中國(guó)載人航天工程取得歷史性重大突破，中國(guó)已成為世界上第三個(gè)能夠獨(dú)立開(kāi)展載人航天活動(dòng)的國(guó)家。

第四章資料\[神州五號(hào)圖片展]神舟五號(hào)載人飛船升天.htm2005年10月12日神州六號(hào)載人飛船勝利升空第四章資料\現(xiàn)場(chǎng)組圖：費(fèi)俊龍、聶海勝受命出征太空_TOM新聞.htm第四章資料\[組圖]2005年10月12日，神舟六號(hào)900整發(fā)射成功_TOM新聞.htm40多年來(lái)，我國(guó)的航天技術(shù)走出了自己的路，并具

有以下3個(gè)顯著特點(diǎn)：

(1)全部衛(wèi)星、火箭和地面設(shè)備均是我國(guó)科技人員

研制出來(lái)的，是自力更生的產(chǎn)物。

(2)火箭和衛(wèi)星成功率達(dá)90%以上。

(3)投資少、效益高，航天領(lǐng)域的投人產(chǎn)出比達(dá)1:70

我國(guó)航天事業(yè)的發(fā)展，正如鄧小平同志所指出的那樣：如果60年代，中國(guó)沒(méi)有原子彈、氫彈，沒(méi)有發(fā)射衛(wèi)星，中國(guó)就不能叫有重要影響的大國(guó)之一，就沒(méi)有現(xiàn)在這樣的國(guó)際地位。這些反映了一個(gè)民族的能力，也是一個(gè)民族、一個(gè)國(guó)家興旺發(fā)達(dá)的標(biāo)志。

我國(guó)空間事業(yè)發(fā)展速度較快，進(jìn)展顯著，舉世公認(rèn)。但就總體而言，發(fā)展的規(guī)模較小，投資強(qiáng)度不足，衛(wèi)星品種不多，發(fā)射數(shù)量少，還不能滿足現(xiàn)代化建設(shè)的迫切需要。

開(kāi)發(fā)空間資源，發(fā)展航天技術(shù)已列人我國(guó)2000年至2020年《國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)技術(shù)發(fā)展綱領(lǐng)》中。在21世紀(jì)中我國(guó)的空間技術(shù)將會(huì)有更令人矚目的發(fā)展。

第二節(jié)海洋—人類未來(lái)的希望

一、人類和海洋

你見(jiàn)過(guò)海洋嗎？她廣闊無(wú)垠的疆域，風(fēng)平浪靜時(shí)的溫柔，變幻莫測(cè)的驚濤巨浪，都會(huì)令你終生難忘（見(jiàn)圖

12一27)。

海洋是地球上寬廣連續(xù)的水域，總面積為3.61×1014m2，約占地球表面積的71%，平均深度為3795m。海洋的中心部分稱為洋，它具有深淵而浩瀚的水域、獨(dú)自的潮汐和洋流系統(tǒng)。世界上有四大洋，它們是太平洋、大西洋、印度洋和北冰洋。其中太平洋最大最深，平均深度可達(dá)4028m。海洋的邊緣部分叫海，海沒(méi)有獨(dú)自的潮汐和洋流系統(tǒng)。我國(guó)的領(lǐng)海有渤海、黃海、東海和南海。

海洋哺育了生命。

關(guān)于生命的起源假說(shuō)很多，最有代表性的有“團(tuán)聚體說(shuō)”、“類蛋白微球體說(shuō)”、“來(lái)自星際空間說(shuō)”等，但每種假說(shuō)都少不了水?！皥F(tuán)聚體說(shuō)”由前蘇聯(lián)學(xué)者奧巴林在20世紀(jì)20年代提出。他做過(guò)一個(gè)實(shí)驗(yàn)，把白明膠的水溶液和阿拉伯膠的水溶液混合在一起，結(jié)果發(fā)現(xiàn)這兩種水溶液混合后變得渾濁了，生成了許多凝聚物，這些凝聚物具有某些類似于生長(zhǎng)、合成、繁殖等生命現(xiàn)象的特征。奧巴林把多種復(fù)雜的有機(jī)分子發(fā)生凝聚作用而生成的凝聚物稱作團(tuán)聚體，后來(lái)發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)、核糖、多糖、磷脂等都可以形成團(tuán)聚體，并且在現(xiàn)代深海的海水里也可以找到類似團(tuán)聚體的東西。

20世紀(jì)50年代，美國(guó)學(xué)者?？怂固岢隽恕邦惖鞍孜⑶蝮w說(shuō)”。他們?cè)谡婵盏牟Ａx器中放入甲烷、氫、氨和水汽，混合成與地球原始大氣相仿的氣體，再模仿原始地球雷電交加的自然條件，對(duì)混合氣體進(jìn)行連續(xù)的火花放電。八天后，在原先無(wú)生命的玻璃儀器內(nèi)生成了5種構(gòu)成蛋白質(zhì)的簡(jiǎn)單氨基酸，福克斯把它們稱為類蛋白物質(zhì)。把類蛋白物質(zhì)溶解在熱鹽水中，冷卻后可形成微小的類蛋白微球體，這些類蛋白微球體具有吞食、生長(zhǎng)、生殖等現(xiàn)象。

在“團(tuán)聚體說(shuō)”和“類蛋白微球體說(shuō)”的基礎(chǔ)上，科學(xué)家們推測(cè)，生命的胚種產(chǎn)生于地球形成的初期。

早期的地球，大氣中沒(méi)有氧，不能形成臭氧層，強(qiáng)烈的紫外線對(duì)生命的胚種具有極大的殺傷力，劇烈變化的環(huán)境也不利于生命的成長(zhǎng)。所幸的是生命的胚種（無(wú)論是生成于大氣中或陸地上），最終都會(huì)隨著雨水的沖刷匯入大海。由于海水對(duì)光線的吸收和散射，海洋幾百米以下處就是一個(gè)黑暗的世界，在那兒沒(méi)有烈日和干燥，沒(méi)有嚴(yán)寒和酷暑，也沒(méi)有狂風(fēng)和暴雨。海洋為初期脆弱的生命提供了溫暖、舒適、穩(wěn)定的生成環(huán)境，它促進(jìn)了生命的誕生，并為生物的進(jìn)化提供了場(chǎng)所，所以海洋不愧為是生命的搖籃。

人類是生命演化的最高形態(tài)。今天人類雖不直接生活在海洋之中，但他的生存和發(fā)展仍和海洋息息相關(guān)。海洋為人類提供了巨量的生物資源、化學(xué)資源、礦物資源、空間資源和能源，并參與和調(diào)節(jié)了人類賴以生存的氣候和環(huán)境。

當(dāng)今，人類的生存和發(fā)展受到了有史以來(lái)從未有過(guò)的人口、資源和環(huán)境危機(jī)的沖擊。在20世紀(jì)50年代時(shí)，世界人口為25億；到了20世紀(jì)末，世界人口已達(dá)60億，并繼續(xù)以每年百分之一點(diǎn)幾的速度增長(zhǎng)。這樣，到21世紀(jì)中葉時(shí)，世界人口大約會(huì)增至100億。激增的人口，給人類社會(huì)帶來(lái)巨大的壓力。

人們需要食物，需要各種各樣的消費(fèi)，若無(wú)更新和循環(huán)，陸地上的資源將會(huì)面臨枯竭和耗盡；若不注意可持續(xù)發(fā)展，人類的生存環(huán)境將會(huì)繼續(xù)惡化。

為了緩解日益嚴(yán)重的人口、資源和環(huán)境危機(jī)的沖擊，人類又把目光投向了海洋，那兒有食物，有空間，有資源，X兒將是人類拓展生存空間的主要場(chǎng)所。

1990年，第45屆聯(lián)合國(guó)大會(huì)作出了決議，號(hào)召各國(guó)盡快把開(kāi)發(fā)和保護(hù)一海洋列為發(fā)展戰(zhàn)略。1992年，世界環(huán)境與發(fā)展大會(huì)通過(guò)的《21世紀(jì)議程》，進(jìn)一步突出了海洋對(duì)人類生存和可持續(xù)發(fā)展的巨大作用。1993年，第48屆聯(lián)合國(guó)大會(huì)又作出決議，要求各國(guó)加強(qiáng)海洋的綜合管理。1994年11月16日，《聯(lián)合國(guó)海洋法》正式生效。1994年，聯(lián)合國(guó)第49屆大會(huì)通過(guò)了確定1998年為國(guó)際海洋年的決議。

人類將重返海洋。21世紀(jì)將是海洋世紀(jì)，人類大規(guī)模開(kāi)發(fā)和利用海洋的時(shí)代來(lái)到了。

二、海洋生物資源

海洋生物資源極其豐富，它是人類發(fā)展水產(chǎn)業(yè)的物質(zhì)基礎(chǔ)，也是人類食物的重要來(lái)源。今天，人類食用的蛋白質(zhì)有30％左右是來(lái)自于海洋。海洋生物資源是天然水域中具有開(kāi)發(fā)利用價(jià)值的經(jīng)濟(jì)動(dòng)植物種類和數(shù)量的總稱，也稱漁業(yè)資源。

海洋生物有20多萬(wàn)種（17萬(wàn)余種動(dòng)物，2.5萬(wàn)余種植物），主要的門類有魚類、甲殼動(dòng)物類、軟體動(dòng)物類、海獸類和藻類（見(jiàn)圖12一28)。海洋魚類約有2萬(wàn)多種，在寒帶與亞寒帶海區(qū)分布的主要經(jīng)濟(jì)魚類有鯡,鱈,鰈、鯖等；在亞熱帶海區(qū)分布的主要經(jīng)濟(jì)魚類有沙丁魚、鳀和鮧；在熱帶海區(qū)分布的主要經(jīng)濟(jì)魚類有金槍魚等。甲殼動(dòng)物類中主要的有蝦和蟹兩大類，大家熟悉的有對(duì)蝦和梭子蟹。海洋軟體動(dòng)物類有6萬(wàn)余種，其中烏賊、鮑魚、牡蠣、干貝是人們所熟悉的。海獸類又稱海洋哺乳動(dòng)物，有鯨魚、海牛、海獅、海豹、儒艮等多種。生活在海洋中的藻類又叫海藻，主要有綠藻、褐藻、紅藻等。海藻含有豐富的蛋白質(zhì)、較多的多糖纖維素、少量的脂肪及多種礦物質(zhì)。

現(xiàn)在，每年從海洋中獲取的生物資源約有900(）萬(wàn)噸，仍遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了人類對(duì)水產(chǎn)品日益增長(zhǎng)的需要。由于現(xiàn)有的海洋捕撈能力已接近或超過(guò)傳統(tǒng)漁業(yè)資源的再生能力，很難再有大幅度的增產(chǎn)，所以從20世紀(jì)60年代起，隨著海洋高新捕撈技術(shù)、海洋增養(yǎng)殖技術(shù)、生物工程技術(shù)等的出現(xiàn)，人類開(kāi)始從一個(gè)全新的角度來(lái)開(kāi)發(fā)和利用潛力巨大的海洋生物資源，變傳統(tǒng)、被動(dòng)、掠奪性質(zhì)的狩獵式漁業(yè)為積極、主動(dòng)、養(yǎng)殖性質(zhì)的農(nóng)牧式漁業(yè)。于是出現(xiàn)了一個(gè)新的產(chǎn)業(yè)—耕海牧魚，人們譽(yù)之為是一場(chǎng)“藍(lán)色革命”。

耕海牧魚主要采用海洋牧場(chǎng)化技術(shù)：先人工繁殖和培育魚苗，待魚苗健壯后再放養(yǎng)到海水中，讓幼魚攝食海水中的天然飼料發(fā)育生長(zhǎng)。最后，科學(xué)合理地進(jìn)行捕撈。

海洋牧場(chǎng)化要對(duì)環(huán)境進(jìn)行有效的控制。要控制海水中營(yíng)養(yǎng)鹽的含量，要調(diào)節(jié)海水的溫度，要減少水體中的有機(jī)質(zhì)和致病菌，要用光導(dǎo)纖維將光傳到海底增殖海藻，為幼魚提供良好的生存環(huán)境。牧場(chǎng)中設(shè)置了大型沉浮式網(wǎng)箱或電極板以防止魚外逃同時(shí)防止魚的天敵入侵。有的牧場(chǎng)還使用音響來(lái)馴化魚兒，利用魚兒對(duì)不同波長(zhǎng)的聲波有不同的反應(yīng)，每次給飼前先播放一種聲音，然后再給飼，讓魚兒在人為的誘導(dǎo)下形成條件反射，以后只要播放這種聲音，即使不給食，魚兒也會(huì)匯集過(guò)來(lái)。海洋牧場(chǎng)化技術(shù)集電子技術(shù)、遙感技術(shù)、新材料技術(shù)、新能源技術(shù)等于一體，體現(xiàn)了現(xiàn)代高技術(shù)的綜合性，它標(biāo)志著人類開(kāi)發(fā)海洋生物資源進(jìn)人了一個(gè)嶄新的階段。

三、海洋礦產(chǎn)資源

說(shuō)到海洋礦產(chǎn)資源，大家馬上會(huì)想到海底石油?，F(xiàn)在人類每年從海底獲取的石油已占世界石油年產(chǎn)量的40%。海洋中大量繁殖的海藻、魚類和其他浮游生物死亡后被河流帶來(lái)的沉積物（這些沉積物長(zhǎng)期積累后形成巖層）所淹埋，在海水和厚厚巖層的巨大壓力下，由于缺氧，在厭氣性細(xì)菌的作用下，海洋生物的遺體溫度升高、慢慢分解，經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)的地質(zhì)時(shí)期，這些生物遺體就逐漸變成了分散的石油和天然氣。在壓力的作用下，分散的石油和天然氣逐漸匯集到砂巖中，如果砂巖的上層和下層都為頁(yè)巖，頁(yè)巖空隙小，能防止石油逃逸，這樣結(jié)構(gòu)的地層就成為儲(chǔ)積石油的最佳地層。這樣的地層受到擠壓向上拱起，形成背斜構(gòu)造時(shí)，由于天然氣密度最小，處于背斜的頂部，石油處在中間，水則在下部，這樣的背斜構(gòu)造就成為儲(chǔ)藏石油的天然的理想倉(cāng)庫(kù)（見(jiàn)圖12一29)。在海底的盆地區(qū)域，往往就有這樣的背斜構(gòu)造。

探尋海底石油和天然氣，一般要經(jīng)過(guò)地質(zhì)調(diào)查、地球物理勘探、鉆探三個(gè)步驟。地質(zhì)調(diào)查是在沿岸地質(zhì)調(diào)查分析的基礎(chǔ)上，用回聲儀或航天拍攝的資料來(lái)研究海底地質(zhì)、地形的特點(diǎn)。

地球物理勘探是在地質(zhì)調(diào)查的基礎(chǔ)上，使用重力、磁力、人工地震等方法，對(duì)可能形成儲(chǔ)油構(gòu)造的海區(qū)進(jìn)行進(jìn)一步的勘探。重力勘探是在海上測(cè)量各地的重力加速度，根據(jù)重力加速度的微小變化，來(lái)了解測(cè)區(qū)海底沉積巖的性質(zhì)、厚度、和埋藏的深淺，以圈定石油的遠(yuǎn)景區(qū)。磁力勘探是通過(guò)在調(diào)查船或飛機(jī)的后面拖個(gè)磁力儀，測(cè)定海底各點(diǎn)磁性強(qiáng)弱的不同（因?yàn)楹５壮练e物的基底一般由含鐵鎳多的物質(zhì)組成），了解海底的地質(zhì)構(gòu)造。

人工地震法是地球物理勘探的最基本最重要的方法。在海水中用炸藥爆炸，或用壓縮空氣、電火花瞬時(shí)釋放大量的能量，都能產(chǎn)生人工地震波。地震波在海底遇到不同的物質(zhì)、不同的地層，會(huì)形成不同類型的反射波，這些反射波被接受器接受后輸人電腦，就能繪出地質(zhì)構(gòu)造圖。經(jīng)過(guò)地球物理勘探，可進(jìn)一步了解海底的儲(chǔ)油點(diǎn)，但是否真有石油，還要取決于最后一步—鉆探。分析鉆探取得的巖芯，才可得出是否具有開(kāi)采的價(jià)值。

人們最早開(kāi)采海底石油時(shí)，是從岸上傾斜著向海底鉆探，但這種方法只適合淺近海區(qū)。現(xiàn)在，人們已在海上建造大型的鉆井平臺(tái)（見(jiàn)圖12一30)，把開(kāi)采石油的范圍擴(kuò)大到了深海領(lǐng)域。

你聽(tīng)說(shuō)過(guò)“可燃冰”嗎？它是近年來(lái)在大陸架和深海盆地發(fā)現(xiàn)的一種新型礦產(chǎn)資源（見(jiàn)圖12一31)。

“可燃冰”的學(xué)名叫天然氣水合物，它的主要成分是甲烷與水分子（CH4H2O)，它是甲烷類天然氣被包圍進(jìn)水分子中，在海底低溫與壓力下形成的一種類似冰的透明結(jié)晶。天然氣有個(gè)特殊的性質(zhì)，它和水可以在溫度2-5℃內(nèi)結(jié)晶，這就是“可燃冰”。有天然氣的地方不一定都有“可燃冰”，因?yàn)樾纬伞翱扇急背藟毫?，主要還在于低溫。1立方米的“可燃冰”釋放的能量相當(dāng)于164立方米的天然氣。據(jù)估算，全球“可燃冰”的總能量是所有煤、石油、天然氣總和的2至3倍，是海洋中未被開(kāi)發(fā)的巨大能源。

深海錳結(jié)核是海洋又一重要的礦產(chǎn)資源。它主要分布在水深2000-6000m的海底表面，其形狀各異，小的

如豌豆，大的似甜瓜（見(jiàn)圖12一32)。錳結(jié)核表面顏色常呈黑色或深棕紅色，它的成分以錳和鐵的氧化物為主，并含有80多種其他的元素。目前錳結(jié)核的儲(chǔ)

量約30000億噸，并還在不斷地生成，所以開(kāi)發(fā)前景無(wú)可估量。

開(kāi)采錳結(jié)核的技術(shù)有水力提升式和空氣提升式兩種。水力提升式通過(guò)由采礦管、浮筒、高壓水泵和采礦裝置

部分組成的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。空氣提升式是在船上裝上高壓氣泵代替水泵，這種技術(shù)的優(yōu)勢(shì)是能在水深超過(guò)5000m的海區(qū)作業(yè)，日采能力在300噸以上。

海洋礦產(chǎn)資源如此豐富，在沙質(zhì)海岸線和淺水域分布有欽鐵礦、磁鐵礦、金紅石、錯(cuò)英石、金剛石、沙金、沙錫、石英沙等各種各樣的濱海沙礦；在近海陸架底床的基巖中，蘊(yùn)藏著煤、鐵、銅、鋁、鋅、錫、欽、牡、稀土、黃金、金剛石等礦藏；在深海大洋中有多金屬軟泥……海底真是個(gè)聚寶盆。

四、海洋化學(xué)資源

海水中溶有極為豐富的化學(xué)物質(zhì)，可提取的元素包括鈾、氖、氖等80余種。海水中的化學(xué)元素都可以稱為化學(xué)資源，盡管大部分元素在海水中的濃度很低，但它們的總量是巨大的。如金在海水中的總量超過(guò)500萬(wàn)噸，鈾有45億噸，澳有950000億噸，鎂有1800000(）億噸。據(jù)計(jì)算，1000噸海水中，含有965噸淡水，23噸食鹽，3噸氫氧化鎂，4噸芒硝，0.5噸鉀，65千克嗅,26千硼,170克鏗,2克鈾。

水是生命之源，是人類賴以生存和發(fā)展的基本條件。地球上的水約有1.42x101米3，其中海水占％.5%，人類真正可以利用的淡水只占0.1％不到。

不久以前，人們還以為淡水在自然界取之不盡，用之不竭。然而，工業(yè)化的蓬勃發(fā)展、人口的急劇增加、用水的大手大腳、環(huán)境的日益惡化，使淡水危機(jī)甚于糧食危機(jī)和石油危機(jī)。今天，解決淡水危機(jī)已提到人類的議事日程上來(lái)。在這種背景下，淡化海水對(duì)人們解決淡水問(wèn)題具有重大的戰(zhàn)略意義。

目前，淡化海水的方法已有幾十種之多，其中最為主要的有蒸餾法、電滲析法和反滲透法等三種。

對(duì)蒸餾法大家都比較熟悉，這兒不作介紹。

電滲析法又稱離子交換膜電滲析法。它是將特制的正離子交換膜（陽(yáng)膜）與負(fù)離子交換膜（陰膜）交替排列，組成多個(gè)獨(dú)立的隔室，當(dāng)海水中的陰、陽(yáng)離子分別透過(guò)陽(yáng)膜和陰膜后，就會(huì)使一個(gè)隔室中的海水被淡化，相鄰隔室的海水被濃縮，這樣淡水和濃縮后的鹽水得以分離。電滲析法不僅可以淡化海水，也可以處理污水，或?qū)λ|(zhì)進(jìn)行提純。

反滲透法又叫超過(guò)濾法。它是使用一種只允許溶劑透過(guò)、不允許溶質(zhì)透過(guò)的半透膜，將海水和淡水分隔開(kāi)。在通常的情況下，是淡水通過(guò)半透膜擴(kuò)散到海水一側(cè)，使海水一側(cè)液面升高，直至一定的高度才停止，這個(gè)過(guò)程稱為滲透。此時(shí)，海水一側(cè)高出的水柱的靜壓叫滲透壓。如果在海水一側(cè)施加一個(gè)大于滲透壓的外壓，那么海水中的純水將會(huì)反滲透到淡水中，這就是反滲透法的原理（見(jiàn)圖12一33)。反滲透法的顯著優(yōu)點(diǎn)是節(jié)能，它的能耗僅為電滲析法的二分之一，蒸餾法的四十分之一。

食鹽是人類不可缺少的食品，一個(gè)健康的人每天攝人的鹽分如果低于5克，就不能進(jìn)行正常的血液循環(huán)和新陳代謝。鹽還是現(xiàn)代化工工業(yè)的基本原料，被稱作“化學(xué)工業(yè)之母”。

從海水中取鹽，是許多國(guó)家用鹽的基本來(lái)源。目前世界年產(chǎn)鹽6000萬(wàn)噸，這只是2立方千米海水的含鹽量，可以想像13.7億立方千米的海水中，鹽的蘊(yùn)藏量是多么巨大。

傳統(tǒng)的生產(chǎn)海鹽的最基本方法是日曬法，現(xiàn)在新的工藝和技術(shù)有離子交換膜電滲析法制鹽等。

制鹽過(guò)程中形成的苦鹵或沿海地下形成的高濃鹽水統(tǒng)稱為鹵水。目前，從海水中提取鉀、澳、鎂等化學(xué)元素，實(shí)際上都是從濃化后的鹵水中提取的，與此相關(guān)連的工業(yè)簡(jiǎn)稱為鹵水化工。

許多臨海國(guó)家也都很重視海水的直接利用，目前主要是用來(lái)代替淡水做工業(yè)冷卻水。

五、海洋空間資源

浩瀚的海洋空間資源正引起人類越來(lái)越大的興趣。

人類利用海洋空間的歷史已有數(shù)千年，以前對(duì)海洋空間的應(yīng)用主要還是在交通運(yùn)輸上。因?yàn)樵诤Ｑ笊辖ㄖこ瘫汝懙厣弦щy得多，所以把海洋空間作為生活和生產(chǎn)的場(chǎng)所，在過(guò)去還僅是一種美好的愿望。20世紀(jì)60

年代后，由于海洋工程技術(shù)的提高，特別是建筑材料的不斷改進(jìn)，再由于城市化、工業(yè)化的迅速發(fā)展，導(dǎo)致陸上用地日趨緊張，所以人們更加重視對(duì)海洋空間的利用了。

對(duì)海洋空間的開(kāi)發(fā)利用可分為生活和生產(chǎn)、交通運(yùn)輸、貯藏及傾廢和海底軍事基地等幾個(gè)方面。在拓寬人類生活和生產(chǎn)空間方面，人們采取的措施有：在海上建設(shè)人工島、海上城市和海上工廠等。

人工島是陸上特殊行業(yè)用地向海洋的延伸，一般把用水量大、污染嚴(yán)重的行業(yè)都設(shè)在人工島上。人工島有浮動(dòng)式、半潛式、固定式和軟著底式等數(shù)種，按作用不同還可以分為石油人工島、鋼鐵人工島、旅游人工島等。北冰洋石油鉆探裝置是世界上第一座海上浮動(dòng)式人工島，它高33.3米，重58500噸，島上有一座五層樓的建筑，可供100多名工作人員生產(chǎn)、居住和生活。

我國(guó)在渤海灣建造了兩個(gè)樁管式固定人工島，用于石油的勘探和開(kāi)發(fā)。

海上城市是指在海上建立的居住區(qū)，她具有現(xiàn)代化的城價(jià)功能和新的交通體系，是工業(yè)、商業(yè)、科研、居住、娛樂(lè)等人類活動(dòng)的綜合體。目前建造海上城市的方法有“浮動(dòng)法”、“搭建柱子城法”和“移山填海法”等數(shù)種。80年代初，日本在神戶市東南300(）米的淺海上，用“移山填海法”建造了一座當(dāng)時(shí)世界上最大的海上城市。這座海上城市設(shè)有商店、學(xué)校、醫(yī)院、郵局、博物館、體育館和公園等一批現(xiàn)代化的公共設(shè)施，擁有可供2萬(wàn)人居住的公寓和住宅。人們用15年的時(shí)間，削平了神戶西側(cè)六甲山系中的兩座山峰，把8000萬(wàn)立方米的土石填進(jìn)了海里。如果把這些土石鋪成10米寬、0.2米厚的公路，它可以繞地球整整一周。這樣的巨大工程，如果沒(méi)有高新技術(shù)和現(xiàn)代化的大型作業(yè)機(jī)械的支撐，那是根本辦不到的。

不少國(guó)家都在海上建造了各種旅游和娛樂(lè)設(shè)施，有海上賓館、水下觀光塔和海底公園。韓國(guó)在美麗的濟(jì)洲島邊建造了一座獨(dú)特的海上賓館，外形為圓錐型，直徑160米，水上高度120米，共有62層，水下部分為7層，房間有1200間。住在這個(gè)賓館內(nèi)，既可欣賞海上風(fēng)光，又可觀察水下生物，十分受歡迎。．

現(xiàn)在，海上工廠也漸漸增多。工程師和企業(yè)家們?cè)诖笮透◇w船上建造了水上移動(dòng)工廠，有紙漿廠、化工廠、發(fā)電廠等。新加坡利用遠(yuǎn)洋貨船改裝成一個(gè)海上浮動(dòng)奶牛場(chǎng)，飼養(yǎng)了6+”多頭奶牛。海藻是牛的理想飼料，牛糞發(fā)醉生成的沼氣用來(lái)發(fā)電，電力驅(qū)動(dòng)海水淡化裝置，生產(chǎn)的淡水供人獸飲用。

海上交通運(yùn)輸方面的開(kāi)發(fā)主要包括海底隧道、海上機(jī)場(chǎng)和跨海大橋。

海上交通運(yùn)輸易受天氣變化、港口布局、船舶速度的影響，遠(yuǎn)不如鐵路快捷方便。如能開(kāi)鑿海底隧道，將大大方便貨物運(yùn)輸，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和料學(xué)文化的交流。建造海底隧道的方法有在海床上鉆洞或在海底沉埋管道，但都工程巨大，需要相當(dāng)?shù)慕?jīng)濟(jì)實(shí)力。目前全世界建成和計(jì)劃建造的海底隧道共有20多條。連接英法的多佛爾海峽海底隧道（見(jiàn)圖12一34),1987年全面動(dòng)工，199(）年12月1日鑿?fù)ǎ?994年5月正式通車，它全長(zhǎng)53千米，其中有38千米的隧道是在海底巖層中通過(guò)。

日本青函隧道于1987年建成，總長(zhǎng)53.85千米，其中有23千米在海底。日本到韓國(guó)的海底隧道全長(zhǎng)250千米，于1985年開(kāi)工。連接歐洲和非洲的直布羅陀海峽隧道全長(zhǎng)47千米，海底部分長(zhǎng)21千米。另外，連接亞洲和非洲的蘇伊士運(yùn)河隧道、連接亞歐的博斯普魯斯海峽隧道都已建成。最近，人們正在醞釀建造連接亞洲和北美洲的白令海峽隧道，它全長(zhǎng)有97千米。將來(lái)通過(guò)海底隧道就能貫通亞、歐、非、北美四大洲。

海上機(jī)場(chǎng)的用地成本相對(duì)較低，而且視野開(kāi)闊，可以減少飛行事故的發(fā)生，同時(shí)可以減輕噪聲、廢氣對(duì)城市的影響，所以很受青睞，不少著名的沿海大城市，都將建造海上機(jī)場(chǎng)（見(jiàn)圖35)。跨海大橋的誕生是建橋史上的一個(gè)新里程碑（見(jiàn)圖12一36)。目前世界上已建成很多跨海大橋，比較有名的有：土耳其境內(nèi)的博斯普魯斯海峽大橋，全長(zhǎng)