海洋探測“四兄弟”

馮京 尉佳 單瑞

單波束測深，“聽”出大海有多深

竹竿測深、水尺測深、鉛錘測深的發(fā)展歷程為人類探索海洋提供了最基礎(chǔ)的技術(shù)支撐。然而，隨著人類進(jìn)入深海大洋探測時代，這些方法已經(jīng)不能滿足人類對探索深海奧秘的需求。

進(jìn)入工業(yè)時代后，測深技術(shù)有了革命性的發(fā)展。與蝙蝠（它們在飛行時通過口腔發(fā)射超聲波、用耳朵接收因遇到障礙物而反射回來的超聲波，來判斷探測目標(biāo)距離它有多遠(yuǎn)）的“回聲定位”相類似，人們利用聲學(xué)回聲探測原理的單波束測深技術(shù)來實(shí)現(xiàn)對海底深度的精確測量。安裝在船底的單波束測深儀通過向海底發(fā)射聲波信號，同時接收遇到海底面后反射回來的聲波信號，經(jīng)過計(jì)算機(jī)的處理就可以得到海底的水深，也正是利用此項(xiàng)技術(shù)我們發(fā)現(xiàn)了海底最深的地方——馬里亞納海溝，“聽”出了它的深度。

如今，單波束測深技術(shù)已成為一項(xiàng)基礎(chǔ)的水深測量技術(shù)，工作時的船速可達(dá)20千米/ 時。因此，在海洋探測中屬于高效率的探測手段，目前被廣泛應(yīng)用于河道、航道測量及海洋科考等領(lǐng)域。

多波束測量，“繪”出海底“素描”

順著船的航跡，把單波束“聽到”的聲波反射的位置點(diǎn)連起來，會形成一條水深測線，為了實(shí)現(xiàn)從“線”到全覆蓋的“面”測量，科學(xué)家研發(fā)出多波束測深技術(shù)。

多波束有點(diǎn)像素描，畫家用筆觸營造出不同的線條及橫切關(guān)系，把眼睛看到的事物形態(tài)直觀地表現(xiàn)出來。多波束探測設(shè)備和單波束設(shè)備一樣，通常安裝在船底，通過設(shè)備發(fā)出一簇簇呈“條帶狀”的聲波信號照射到崎嶇的海底，然后再接收海底面反射回來的聲波信號，順著船的航跡，對其進(jìn)行加工處理，把這些“條帶狀”的地形拼接起來，最后可以得到海底面的三維素描圖，直觀地反映出海底的樣貌。

多波束測深技術(shù)始于20世紀(jì)70年代，具有高精度、高效率和全覆蓋的特點(diǎn)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，它的探測精度持續(xù)提高，甚至可以探測海底10厘米目標(biāo)體的形態(tài)特征。目前廣泛應(yīng)用在海洋工程測量、海洋資源調(diào)查、水下考古測量等領(lǐng)域，具有重要的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。

地震勘探，探尋“海底蛋糕”的秘密

測深技術(shù)利用的聲波大部分在海底被反射回來，但是一部分聲波具有穿透性，可以穿過海底面，進(jìn)入海底下一定厚度的地層。利用這個原理，科學(xué)家開展了地震勘探。地震勘探與我們平時所說的天然地震不同，它是通過設(shè)備發(fā)射聲波到海底，聲波經(jīng)過海底及以下地層的反射后傳到設(shè)備的接收裝置，通過計(jì)算機(jī)技術(shù)處理，就可以得到海底結(jié)構(gòu)的掃描圖，看清海底以下的地層結(jié)構(gòu)。

想象一下，在你面前有一個巨大的提拉米蘇蛋糕，一刀切開，會呈現(xiàn)什么景象，一層奶油？一層巧克力？一層冰激凌？如果將海底以下的地層比作一個蛋糕，通過地震探測技術(shù)我們就可以知道“海底蛋糕”有幾層，每層有什么。

海洋是一個尚未完全開發(fā)的“聚寶盆”，蘊(yùn)含著豐富的資源。

利用地震勘探技術(shù)我們不僅可以分析海洋滄海桑田的的演化歷史，還可以發(fā)現(xiàn)更多埋在海底深處的未知寶藏。

利用聲學(xué)深拖在海底“放風(fēng)箏”

走向深海，裝備先行。3～5千米的水深制約了人類對深海海底的高精度探測，為了得到更高精度的海底地形地貌以及海底地層信息，一款深海探測利器應(yīng)運(yùn)而生，它就是集成了單波束、多波束、地震探測技術(shù)的聲學(xué)深拖探測系統(tǒng)。

聲學(xué)深拖探測系統(tǒng)的工作狀態(tài)像極了我們放風(fēng)箏。深拖拖體相當(dāng)于風(fēng)箏，電纜相當(dāng)于風(fēng)箏線，釋放電纜的絞車相當(dāng)于風(fēng)箏線盤，電腦主機(jī)相當(dāng)于放風(fēng)箏的人，不同的是，它是在深海放飛。它可以在距離海底50米的高度對海底信息進(jìn)行精確探測，因此有一個形象的名字——“深海風(fēng)箏”。

聲學(xué)深拖探測系統(tǒng)主要用于多金屬結(jié)核、富鈷結(jié)殼、熱液硫化物等海底礦產(chǎn)資源調(diào)查和海底光纜等海洋工程調(diào)查，同時它還可以進(jìn)行特定目標(biāo)搜索，輔助大型潛水器完成水下探測任務(wù)。

中國探索海洋的輝煌歷程從“深海進(jìn)入”到“深海探測”，再到“深海開發(fā)”，走出了中國深海戰(zhàn)略“三部曲”。未來我們將繼續(xù)用聲音把脈深海大洋，用科學(xué)探索深海寶藏。同時也希望更多的人關(guān)注海洋、認(rèn)識海洋，一起揭開更多海洋的秘密，為人類海洋事業(yè)貢獻(xiàn)自己的力量。