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测绘工程好不好?

时间:2017-07-31 19:22 点击:

我希望这个答案是以科普为前提,严谨科学的,但同时是开放的,能让懂行的人来指出错误,毕竟我自己无法弄懂所有的方面。所以答案会更新(改错和改专业术语)。转载请联系作者,注明作者和出处。否则会追究法律责任。请大家向我举报。从来没有用过“蛟龙号”,而且看大家很多人在撕中美两国体制、政治、经济什么的(其实“深海挑战者号”是澳加联合造的),所以我还是直接用美国大名鼎鼎的阿尔文潜水器(Alvin)来和“深海挑战者号”说话。毕竟ALVIN是全世界所有载人潜水器的母版,而作为曾经的乘客,我对其比较了解。问题是:为什么其他潜水器不能像卡梅隆的“深海挑战者号”一样潜万米那么深。原因很简单:其他潜水器一开始制作的时候,就没有打算去一万米。卡梅隆的“深海挑战者号”一开始就是冲着马里亚拉海沟的10000+米去的。这些就涉及很多方面,比如:载人部分钛合金球体的不同,液压系统的不同,负载的不同,行动方式和范围的不同,等等。问题太大,各位看官在这方面的知识储备是O,我们还是来先看结构吧。从大概结构来看,两者并没有大的区别,都是由动力系统,载人球,电池组,负重组等几大块组成的,都是由母船先运输到指定海域,然后带上负重,自由下潜(也就是普通人说的“直上直下”),到达海底,然后利用电池提供的动力来进行小范围的搜索和观察。ALVIN的内部图大概就是这样的:而深海挑战者号的大概结构图是这样的(由wiki上可爱的作者Olivier Zucker绘制)
  • ALVIN是平着入水的,你可以想象好莱坞大片里汽车从空中掉入大海的场景,很相似。
  • "深海挑战者号“的设计及其巧妙的采用仿生学(讨论如下),全身像是一片柳叶,是竖立着入水的,下潜速度更快。其他潜水器相比较下潜速度慢,载人球体需要的氧气和二氧化碳排出会更多,遇到海流可能被drift偏离目标地点。
  • 载人球体空间大小不同。ALVIN载人钛合金球体可以让三个人勉强躺下来,”深海挑战者号“只能让一个人蜷缩在里面。(这将导致一系列问题,比如人多力量大,”人老了,胳膊腿儿也不好使了“)。钛合金球体内部空间大了,整个球体需要承受的压力成倍增长,这一点上,ALVIN的困难和挑战更大,而卡梅隆有ALVIN的现成技术+专业人员的改进,并不是最大难点。ALVIN的钛合金球体现在设计的目标就是在7000米下抗压。而“深海挑战者号”的设计从一开始就是一万米抗压!这是卡梅隆能深入一万米的最重要保障。
  • (有待商讨的部分)载人球体材料的问题。我明确的知道ALVIN是用钛合金做载人球的,但是找不到“深海挑战者号”采用的具体材料。报道上的材料是steel,却没有详细说明是否是特种钢材,也没有参数。对此我有所保留。
  • 浮力材料不同。“深海挑战者号”去的海底比其他潜水器的要深3000到5000米,其他潜水器用的材料在此深度下会碎裂。它所用的浮力材料是特制并有自己专利的 ISOFLOAT™
  • 说到活动范围,不论是Alvin还是“深海挑战者号”都是脱离了电缆的限制才能潜入深海,这就导致所有的系统动力只能由电池组提供。所以两者活动范围都极其有限,谁也没比谁强太多。ALVIN采用动力后置,涡轮装在屁股上,就像开车一样。“深海挑战者号”因为采用了创新的立式结构(这个下面要重点说),推进器是在“腰部”。要问哪种速度更快是没有意义的,因为两者都不是为了快速活动。
  • ALVIN的电池最长能在海底支撑72小时,如果考虑到灯光,加速以及最重要的,人的承受能力,最多在海底呆一天。“深海挑战者号”的电池系统我不太清楚详细,但是理论上在海底呆一天是最基本的。卡梅隆在一开始就打算在海底最少呆一天。所以这一点上两者也并没有太大差别。
  • 两者都是载人作业,都装配有机械臂和采样平台,可以采取科研用的样品。因为ALVIN已经服务了好几十年科研事业,能在ALVIN上搭载的实验仪器和平台更多更复杂。”深海挑战者号“并不是专业采样潜水器,所以只搭载了有限的采样工具。
关于潜水器的各种细节,没有在这里说的细节可能会在我的专栏里面提及zhuanlan.zhihu.com/mari(散漫惯了的我好有压力。。。)这里我要指出最高票答案的问题,纯科研讨论,不涉及人身攻击,有疑问还望相互切磋 @Duang Zhou载人潜水器分两种类型分别是载人探险型和载人作业型,这两种看似相同却又有本质的区别。载人探险型,如卡梅隆的“深海挑战者号”,其特点是下潜能力强,可达万米级,但活动范围及其有限,不能在水下进行长时间的有效的操作和科学研究,达到万米级深度后很快就要上浮,水下持久性短,下潜寿命(次数)小;载人作业型,全球知名的载人作业型潜水器主要有美国“艾尔文”(4500米级)、中国“蛟龙”(7000米级)、俄罗斯“和平一”和“和平二”(6000米级)、日本“深海6500”(6500米级)以及法国“鹦鹉螺”(6000米级),同时这五个国家也是世界上独五拥有深海科学研究中心的国家,载人作业型潜水器的优势在于具有水下观察和作业能力,主要用来执行水下考察,具备千次的下潜寿命。从基本结构来讲,载人探险型和载人作业型并没有本质的区别。具体见上面提到的各点。比如挑战者号装备的机械臂和采样仪:在关于卡梅隆潜入马里亚拉海沟的纪录片“深海挑战”中,也明确指出了深海挑战者号并不是为了潜下去获个记录,它完全能够在水中前进后退转弯。这是因为深海挑战者号模拟了能够在海中直立前进的鱼类,比如shrimpfish(又叫razorfish)的形态(下图)。这样的结构不仅加快了下潜速度,而且增加了稳定性和灵活性。卡梅隆的“深海挑战者号”的下潜次数少并不是因为他的部件是一次性的什么的,完全是因为下潜成本太贵!每次试潜,都要租用一条大船拖“深海挑战者号”到指定区域。租金极其昂贵。如果遇到天公不配合,那这钱基本就丢了。下潜的油钱极其昂贵,而且为了上来要丢掉负重,相当于每次丢掉一大笔钱。最最贵的,是整个系统的维护。专业的人员,只能定制的配件,每天的例行维护就需要一大笔钱。ALVIN,“蛟龙号”,都是举国之力在负担(所以各位,还请多关注一下,我们交的税一部分就用在里面了),卡梅隆制作组是拿到投资的,是需要拍片,拿到资金回报的(这也是他们大力宣传的目的之一)但是不管是“蛟龙号”,ALVIN澳门网上娱乐赌城,“深海挑战者号”,都绝不只是富人和科学家的玩具。我们对于最深的海底的了解,还不如我们对火星表面了解的多。海底,是人类目前唯一几乎没有触及的地方。不管是商业下潜,还是科研下潜,我们都是为了对我们所居住的星球有更多的了解。下潜不只是成功,更多的是失败。1967年,ALVIN被剑鱼撞破了底部,幸好,pilot非常冷静的把潜水器浮上了水面。(这是后来WHOI的搞笑示意图,但那天的情景可以想见并不会有人笑)1968年10月26号,ALVIN在下水的时候不幸沉入了1500米的海底。万幸所有人员都从舱中逃了出来。前几年的试潜,窗户上出现的裂痕让人不寒而栗。没有坐过ALVIN的人,不会理解alvin的wiki页面上的这张图片的恐怖:这是ALVIN紧急逃生的方式:抛掉其他一切,只让载人舱快速上浮。去年一艘无人潜水器在放下去后几分钟内爆炸,船上的人收不到它的信号,一直到几个小时后,他们发现几十块潜水器残骸陆续的出现在船周围的海面。其实深海水压大到可以把人在几微秒内压成肉酱,实际上一点痛苦也不会有。如果真的出现危险的话你根本没有反应时间。“如果出现故障了而你仍有时间考虑,那就说明没有危险——继续下潜吧!“我们只看到ALVIN下去了,蛟龙号下去了,深海挑战者号下去了,他们都安全的回来了。我们在电视剧前看科学家们,工程师们欢呼,却不知道他们在欢呼什么。只有经历了各种失败和恐怖以后,我们才能理解他们用生命一次次挑战海底的意义。”when Cameron succeeds, we all succeed.“关于海底的图片和知识介绍,我另外一个答案里面介绍了一下,还有其他答案的科普也不错,不过请千万别相信海底有鬼那种图片啊,看得太害怕了海底是什么样子的?生活着什么生物?是不是黑得什么也看不见,静得什么声音都听不见? - 梅洋汤的回答突然看到这个问题,根据自己的见闻说一说吧(深海基地就是从我们单位分出去的,很多师兄都在那里)。首先,要明白一个概念,载人潜水器分两种类型分别是载人探险型和载人作业型,这两种看似相同却又有本质的区别。载人探险型,如卡梅隆的“深海挑战者号”,其特点是下潜能力强,可达万米级,但活动范围及其有限,不能在水下进行长时间的有效的操作和科学研究,达到万米级深度后很快就要上浮,水下持久性短,下潜寿命(次数)小;载人作业型,全球知名的载人作业型潜水器主要有美国“艾尔文”(4500米级)、中国“蛟龙”(7000米级)、俄罗斯“和平一”和“和平二”(6000米级)、日本“深海6500”(6500米级)以及法国“鹦鹉螺”(6000米级),同时这五个国家也是世界上独五拥有深海科学研究中心的国家,载人作业型潜水器的优势在于具有水下观察和作业能力,主要用来执行水下考察,具备千次的下潜寿命。说一下“蛟龙号”,主要有这么几个功能:深海探矿(定点获取结核样品)、海底高精度地形测量、可疑物探测与捕获、定点获取水样、生物样、沉积物样和在多金属硫化物热液喷口进行温度测量。主要特点:自动定向航行(定向、定深和定高)、悬停定位(发现目标后由驾驶员驾驶到指定位置)、高速水声通信技术(“蛟龙号”和海面上母船的通信主要通过“声”来传播)。先说这么多,放两张“蛟龙号”在码头水池实验的照片新的一年,如果还有想要了解深潜的,请关注央视纪录片“深潜”,讲的西南印度洋大洋35航次的蛟龙深潜作业~拍的还不错根据我曾经关注的一位海洋科学的知乎大神的建议,此段落进行了修改~卡梅隆的“深海挑战者号”在上次下潜之后,WHOI。我当时以为它被当成了一堆废铁放着,其实只是人家的外壳在放着,里面已经被掏空了,新的alvin有很多设计利用了“深海挑战者”号的一些系统(另外,新alvin已经可以达到6000米,而非4500)。关于直上直下,其实蛟龙号也是被母船拖到下潜作业区,然后垂直下潜,而且会在一定范围内进行巡航,蛟龙的动力系统主要来源于电池组,工作时间几小时至十几小时(具体不便透露),作业完毕后上浮,上浮是先依靠自身浮力最后是电推。“下潜那么深但只能直上直下,万一掉到海底黑烟囱喷口,那只能自求多福了“至于引号内这句好是我没有考虑周全,潜水器在下潜之前,一般都会有ROV和地震、深水多波束系统对调查区块进行了前期的水深、地形地貌测量,一般不会掉到黑烟囱里面去。最后再说一下“蛟龙”号,深海基地几乎全部的资金支持都来自于“蛟龙”号航次,可以想象用这个东西有多贵,现在在中国“贵”几乎就等于是高精尖,不然也不会有人去用。下一步的目标就是在不同的深度配套不同的深潜器,满足不同科学调查的需要。本来我以为这个问题只是关于“深海挑战者”号和“蛟龙”号的不同,但是1月13日一早看到了这么一条评论,主要就是“我们为什么潜不到一万米啊,或者说,全世界主流潜水器如果都不到一万米的话,技术限制在哪,计划怎样解决”,技术层面的我不懂,但我们确实有下潜到1W米的潜水器,而且是载人的,只是目前还在实验室试验中。它的名字叫“彩虹鱼”号,为上海海洋大学深渊科学技术研究中心所研制,设计下潜深度11000m,覆盖全球100%的海区(“蛟龙”号覆盖全球99.8%海区),其母船“张謇“号已经下水。阶段性的载人深潜试验估计不久就会进行,除了这一个载人的万米级深潜器,还研制两个无人的万米级深潜器,它们将和”蛟龙“号一起来执行中科院实施的”先导专项“(海斗深渊前沿科技问题研究与攻关)以及”马里亚纳海沟计划“。计划的是”彩虹鱼“号将于2019年载人挑战马里亚纳海沟。目前我了解的就这么多,谢谢!PS:看了很多评论和答案,忍不住说一句:这都21世纪了,十三五都开始了,90后都研究生毕业了,97后都上大学了,不要是不是就说什么举国体制、这体制那体制的,还请带路党们能正确看待这一问题。-----------------------------------------------------------------分割线,2016年1月17日。根据各位大神提出的问题,和下面的一些评论,我做一下补充,还是那句话,我个人的理解,不喜勿喷。关于美国ALVIN和卡梅隆的深水挑战者号的一些详细介绍请见于 @梅洋汤的回答,她的回答更加专业。这里我就说几点关于蛟龙号的。1、首先这是我在网上档的关于蛟龙的大致结构图蛟龙号,长8.2米、宽3.0米、高3.4米,空重不超过22吨,最大载荷240公斤。其实主要的就这么几个部分:载人舱,蛟龙号载人舱主要成员3名,包括两名潜航员(一名主潜和一名副潜)和一名科学家(同济大学的周怀阳老师是第一名跟随蛟龙下潜的科学家),载人舱为球型,直径约2.1米,潜航员主要是根据科学家的要求将蛟龙号驾驶至固定区域并按要求进行取样、热液温度探针等作业,科学家主要是根据自身需要向潜航员提供驾驶建议以获取自身需要的各类样品和数据和进行现场观察记录;生命支持系统,保障舱内人员生命正常;取样系统:蛟龙号有两条机械手臂(据说左臂要比右臂灵活),两条手臂中间的位置放置取样篮,包括各类取样器和样品容器;导航通信系统:和母船通信和自身导航;动力系统:能源是蓄电池提供的电力。2、下潜:之前由于我的疏忽,没有考虑到深海挑战者号其实在下潜之前就已经进行了海底地形的实际勘测,多谢 @梅洋汤的提醒。蛟龙号的下潜也不例外,蛟龙号下潜之前,我国的大洋航次就已经做了很多很多的前期工作,就已经确定了蛟龙下潜的具体站位,例如中国东北太平洋CC区蛟龙试下潜,和西南印度洋锰结核勘探区中国大洋35航次蛟龙下潜。大洋航次主要通过深海多波束测量、深海ROV(有缆无人遥控潜水器)、站位重力取样、拖网就已经大致摸清了下潜区的地形地貌特征、海床沉积物和矿物特征。蛟龙号下潜时,先由母船(目前是向阳红9号)将其拖至指定位置,如图(图片均来源于网络,懒得找人要了...请原谅)蛟龙号和母船的连接主要就是靠三根缆,垂向的主缆(可承载270吨压力)和两根拖曳缆(这两根缆质量还有待提高)。看到上图海上那个小艇了没,主要乘员3-4人,他们的任务就是在海面上等母船把蛟龙放入海里和蛟龙上浮至海面时将三根缆和蛟龙解开/连接起来,工作危险刺激。蛟龙和母船分离,先缓慢下潜确认各系统是否正常,然后进行正式下潜。3、海底作业:制造蛟龙号的本质就是海底作业,获取我们想得到的样品和其它数据。具体的作业有这么几种:海底高精度地形测量(海洋测绘)、获取指定位置的多金属结合样品(海洋地质)、水样(海洋化学)、沉积物样(表层柱状样,海洋地质)、生物样(微生物、贝类、软体动物、有幸的话可以获得一些虾、蟹甚至深海鱼类,这些生物一般不动或者行动缓慢,如果能抓到一条鱼几率其实是很低的。海洋生物)、热液喷口温度测量(将热液探针插入到热液喷口附近)。具体作业时间看任务而定,但绝对不能超过下潜时间的一个阀值。4、上浮:蛟龙号上浮首先是抛压载铁澳门网上娱乐赌城,利用自身浮力上浮,然后再用电推发上浮。最后回收至母船。·说完了这些流程,我说几个评论里的问题1、为什么不用这个搜索马航:蛟龙号虽能在水下航行,但速度很慢,这也是它需要被母船拖至下潜区的原因之一,它的主要任务就是在科学家提前划好的那一小片海域进行作业,并不需要太大航速,而马航的海域实在是太大。之前美国搜索马航用的是“蓝鳍金枪鱼”,这是AUV(无缆自主式水下机器人),可以进行海底考察、侦查、援潜、数据搜集等功能,在此纠正一个错误 @梅洋汤之前试航的“潜龙二号”是AUV而不是ROV,还望见谅。AUV无论在经济性还是实用性,在搜救马航方面都要比蛟龙出色的太多太多太多,因为蛟龙的设计就不是来干这种活儿的。2、关于10000米潜水:蛟龙号下潜深度已经能覆盖全球99.8%的海区,设计初衷是够用了,蛟龙的设计初衷就没有打算挑战马里亚纳海沟,7000米级的深度对我们来说已经够了。而现在我们有了11000米的彩虹鱼,可以覆盖100%的海区,彩虹鱼设计初就是要打算挑战马里亚纳海沟,而且非常之符合后来提出的马里亚纳海沟计划。3、关于对比的问题,我对深海挑战者号的了解不多,具体对比可参照ALVIN和深海挑战者的对比,来源于 @梅洋汤4、评论里我一直避免回答的问题:蛟龙号的材料、外壳等的来源。我今天早上看了一则评论,说我没有给大家的一些评论明确答案,我想我基本都一一回答了,就差这个。我特意问了深海基地的工作人员,这个东西也不涉密了,所以就说一下。蛟龙号除了内部的钢架结构和载人舱是来源于国外的之外,其余设备均由中国制造。相信,以中国人的聪明智慧,全国产话的“蛟龙2号”离我们也不会太远了。·深潜至海底的潜航员虽然看到了我们也许一辈子看不到的“美景”,但黑暗的“美景”中充满着这样那样的危险,少有不慎就可能葬送在无底深渊,而我们的蛟龙号没有像ALVIN号那样的逃生系统,因此潜航员和深潜科学家是值得我们尊重与敬佩的。这样就可以理解像 @梅洋汤说到的那种“浇水”仪式,纪录片“深潜”中也有这样的仪式。总之,“蛟龙号”乃国之重器,是我们值得骄傲的一件事,它也做了很多相当有意义的工作。美国这样发达的国家都在探索未知的世界,难道我们这样世界第一大发展中国家就不应该探索吗?码字实在码累了,我要去看球了...祝大家周末愉快!