书城自然科学巧夺天工:海洋工程与海港
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第17章 科学技术与海洋工程(3)

进入20世纪90年代以来,为适应全球海洋观测系统的需要,美国、日本、加拿大、法国等还将计划发射20颗极轨卫星或卫星系列。这些卫星上将装载40多种主动式微波遥感器,其中合成孔径雷达是各国竞相发展的热点。日本预计1995年以后发射高级地球观测卫星,它将装载12通道海洋水色和温度扫描仪、X波段合成孔径雷达、高级可见光和近红外辐射计和散射计,用于测量地面组成、地面生物活动、地面地形、地面温度、海面风、海洋与湖泊生物活动,以及臭氧监测。欧空局也将发射ERS-2卫星,它将装有主动微波仪、沿轨迹扫描辐射计和微波辐射计及雷达高度计,用于测量海面温度和大洋水色及海洋天气。美国基于特殊研究的需要,正考虑发射4颗同步观测海洋的专用卫星:即海军海洋遥感卫星(GRM),用于测量地球的重力场;海洋水色成像仪卫星(OCI),用于测定全球初级生产力的时空分布和变化规律。

海洋是生命保障系统最重要的基础,同时也是人类社会可持续发展的宝贵源泉。自20世纪以来,海洋已逐步从冒险家的乐园变为人类经济开发活动的热点区域。向海洋要食物、要资源、要能源、要空间,以解决人口膨胀而带来的各类需求问题,已成为一个不可逆转的世界性潮流。特别是进入20世纪90年代以后,海洋在世界经济、政治、军事中的地位更加提高,各国政府为了其生存和发展,纷纷调整国家的海洋战略,以谋取最大的海洋利益。

风靡世界的“海底探宝热”

即便在科学技术高度发展的今天,人们也尚未找到一种成本低廉的手段能从海水中提取黄金。但是,考古学家们从史料及其他方面却获得了令人鼓舞的信息:在全球海洋中,由于风暴、暗礁、海盗和战乱等原因,被大海吞没而沉在海底的大小船只至少有100万艘。这些沉船里的财宝以它连城的价值吸引着千千万万觅宝的人们,从而在世界范围内掀起了海底探宝热。

美国宾夕法尼亚大学的一位教授曾在爱琴海至意大利半岛一带的地中海海域,发现了公元前13世纪至公元前11世纪的沉船;在靠近北美的大西洋海岸,发现了埋藏着自哥伦布登陆以来的大量沉船;又在佛罗里达半岛附近海底发现了西班牙商船。这些沉船装载着价值高达数亿美元的金银珠宝。在大西洋的卡里比克海域,至少有高达150亿美元的金银珠宝,还混杂在珊瑚丛、碎瓦砾与泥沙中,静候着发现者的到来。

早在公元前460年,波斯王泽克西斯一世就曾雇用一位著名的希腊潜水员西利斯,从沉船中打捞起许多金银财宝。1686年,美国人威廉·菲普斯靠一次偶然的良机一跃成为世界上最富有的人。那是西班牙运金船队在离印度群岛伊斯帕尼奥拉岛海湾90海里的地方触礁沉没40年后的事。一个偶然的机会,菲普斯遇见了一位运金船队的幸存者,从中了解到船失事前后的情况。1681年,菲普斯独自来到英国,经多方奔走,终于得到国王查理二世的支持。可惜他时运不佳,第一次因寻宝失败竟被国王投进监狱。1686年获赦出狱的菲普斯并没有气馁。他总结了上一次失败的教训,重整旗鼓,雇用24名能潜入30米深海的采珠潜水员,在运金船沉没的方圆几海里的海底进行搜索。一名潜水员先是发现一个奇特的珊瑚,本想捞起来作个纪念,但捞出水面后才发现,它是由白银黏结而成的。沉船终于找到了,经过6周的搜捞,他们总共捞获白银2.7万余磅(1磅=453.59克),金银餐具共340磅,黄金25磅。这些财宝多沉在水深仅11米的海底,而更多的船只沉在大海深处。由于当时的搜捞技术很落后,他们也只能望洋兴叹了。

在人类全面研究海洋、开发利用海洋的同时,海底探宝也进入了一个新阶段。人们不再靠机遇和直接潜水搜索海底宝物,而是采用现代海底探测方式来获得古沉船的线索:有的通过分析卫星照片,把可疑地点与已知地点的图像作对比;有的应用原子吸收技术,分析某海域深处水样的成分;有的训练海洋动物充当水下侦察兵;有的用精密仪器进行海底扫描等。1622年9月4日,一支由28艘货船组成的西班牙船队,从古巴驶往西班牙,这些货船载有许多金银和贵重宝石。船队因遭飓风的袭击,被风刮到美国佛罗里达海峡。28艘货船中有8艘沉没于海底,其中包括领导这支船队的两艘大商船——“圣母”号和“圣马达里达”号。

据记载,仅“圣母”号上就装有47吨黄金和白银。后来,西班牙政府企图打捞这批沉船,限于当时的打捞技术,打捞人员苦苦找了4年仍一无所获。1960年,美国冒险家费希尔从一本书中看到有关记载后,组织了一支打捞队到“圣母”号遇难地点进行了26年的搜捞。到1975年,费希尔的大儿子、女婿和一名船员相继在海底搜索中死去,但他毫不动摇。他们分析6500个地磁仪的数据,终于在1985年找到沉船的具体位置,并在1000多米长的带状区域内,打捞上了20多万件金银宝物。其中金锭150块,银锭987块,银币15万枚,绿宝石3200颗,还有许多贵重金属和宝石制成的十分珍贵精巧的工艺品。不久,他们又发现了“圣母”号沉船的约3/4的船身残体,打捞出60千克金条和800千克银器。同时,他们还在“圣母”号的大箱子中发现了古时使用的天文观测仪,包括星盘、罗盘、太阳象限仪以及17世纪航海家使用的各种仪器和工具。此外,打捞物中还包括船上装备的12门青铜火炮。费希尔的这一收获轰动了整个美洲,并引起了考古学界和科学界的重视。

一项动人心魄的世界最庞大的(也是亚洲空前未有的)打捞海底宝物行动,曾在马六甲海峡进行。目标是16世纪初叶一艘载有大批珠宝,从马六甲驶往印度途中沉没于苏门答腊水域的葡萄牙战舰——“海上花”号。

这是一支由考古学家和海洋专家组成的打捞队伍,几年前开始对450年前沉没的运宝船进行打捞。要打捞的“海上花”号是葡萄牙远洋舰队名将阿布奎的旗舰。他在1512年征服马六甲王朝后,搜掠了大批财物,准备装船运往里斯本。然而,这艘军舰在马六甲海峡北部的苏门答腊触礁沉没。据历史学家估计,其中有4尊镶了珠宝并与实物同样大小的金狮子、金幼象、金老虎和金猴子。此外,还装载有数以百计的宝箱,里面装有钻石、绿宝石、红宝石以及一个价值达4350万美元的皇冠及其他首饰。所有珍宝,估计时价高达90亿美元。

主持这次打捞行动的意大利企业家说:打捞工作预计费时7年,费用估计需要300万美元。“海上花”号的打捞行动如果顺利完成,不但可以获得沉船里的财宝,更重要的是揭开一个“时间胶囊”之谜。这个“时间胶囊”所提供的历史资料,将使研究马六甲王朝的历史学家大开眼界。人们可以了解当时马六甲社会的具体情况,马来人和中国人后裔的生活状况,以及当时马六甲王朝与明朝的关系等。

除了“海上花”号打捞行动之外,这位企业家在印度洋还有6个打捞沉船的计划。这些计划除了提供考古历史价值外,每艘宝船的宝藏价值都不少于10亿美元。

从沉船中捞取金银珠宝已成了一种发大财的行当。当今人们拥有的先进的科学技术,如潜水机器人、声呐系统、高灵敏度的摄影机、用电脑绘图技术确定沉船位置等也使打捞深海沉船比以前容易得多了。1954年,美国《国家地理》杂志报道:一渔民发现了2000年前的希腊沉船。5年以后,法国潜水家库斯托发明了第一艘潜水器,为海底探宝提供了更加直接的手段。1985年,美国的“甲壳虫”号潜水器在2000米深的海底捞起失事的波音747飞机的“黑匣子”。1985年9月,人们采用现代技术在3600米的海底找到了葬身海底长达73年之久的“泰坦尼克”号,船上的财物已被洗劫一空。这引起一些人(特别是考古学家)的强烈不满。他们认为,这种做法应予以禁止,因为它和盗掘古墓无异。人们把那次海难事件的沉船视为一座海底集体坟墓,无论什么人都不应触动它,更不应盗取死难者的财物。

海底探宝为考古开辟了新途径是毋庸置疑的。1982年一个土耳其人在海底捡到一些物品,于是不少人纷纷潜入海底,在一艘沉船上捞起了许多青铜器、锡器、黄金、水晶等。人们推断出这些重见天日的古物是3400年前沉没在土耳其沿岸的一艘木船上的运载品。这使人们对公元前这一地区的文明有了新的了解。法国路易十六在1785年曾派佩鲁斯出航太平洋,不幸船队沉没,现在沉船已找到。一位考古学家从捞起的文物中发现一块刻有“皇家”字样的头盔护板。他说:“它的价值胜过一箱钻石和黄金。”

在考古学家看来,古代沉船和埋在地下的古代城市或坟墓一样,其残骸和现场不应破坏,而应由考古学家进行调查、研究和分析,以便对历史有更准确的了解。现在的问题是:考古学团体和个人目前都无力承担探查沉船的庞大开支,而有财力和设备的打捞公司则只认得“发亮的东西是黄金”,不懂得其历史价值。

海洋潜水器

1. 有人潜水系统

顾名思义,有人潜水系统是一种载人的潜水器,即在水下有人操纵,并能携带乘员的潜水器。这种潜水器的排水量从几吨到几十吨,航速为2~5节,可乘载2~3人,下潜深度一般为300~2000米,有的可达11000米。潜水器上装有声呐、水下电视机、水下摄像机、机械手等设备。

(1) 载人潜水器的种类。自20世纪60年代以来,载人潜水器有了较大发展,特别是美国、法国、日本和前苏联等发达国家,为了海洋调查、海洋开发和军事上的需要,先后设计建造了许多不同用途和不同类型的载人潜水器。这些潜水器按照能源供给方式,可分为有缆载人潜水器和自由自航载人潜水器两种。前者通过缆索由水面辅助平台供电,后者自身携带蓄电池或燃料电池供电,能在水下自由航行,活动范围较广。根据舱室压力的不同,又可分为常压潜水器、闸式潜水器、湿式潜水器。

(1)常压潜水器。常压潜水器的舱室内气压保持105帕斯卡,乘员不能外出,可通过观察窗看到外界环境,并可操纵机械手进行水下作业。这种潜水器现已广泛应用。

在这类潜水器上通常配备有电视摄像机、声呐、照明设备、机械手及电源等,具有良好的机动性和操纵性。特别是在潜水活动结束时,潜水人员无需减压就可出舱,减少潜水活动时间,提高了潜水人员的安全性。例如,美国1973年改建的“阿尔文”号就属于此类,下潜深度3658米。

(2)闸式潜水器。闸式潜水器由推进器、球形气罐、潜水加(减)压舱(闸室)、驾驶舱、蓄电池舱组成。潜水员在闸室内加压后可下水外出作业,作业结束后,潜水员返回闸室,关闭舱盖,在保持高压情况下,潜水器返回母船,并与甲板加压舱对接,把潜水员转移到闸室减压。例如,巴拿马建造的“约翰逊海链”号,潜深610米。这类潜水器不但用于常压潜水,而且适用于饱和潜水,是目前较有发展前途的载人潜水器,广泛用于海底石油开发、大型海洋建筑施工、海底管缆敷设和水下救生等方面,可代替许多潜水员直接潜水作业。

(3)湿式潜水器。湿式潜水器是一种自由透水的载人潜水器。舱室采用非耐压结构,下潜时里面充满水,驾驶员和乘员必须穿潜水服和带水下呼吸器。这类潜水器主要用于运送潜水员到水下作业地点。除此之外,还可用于水下摄影、潜水体育活动和水下观光等,所以这类潜水器也有“水下吉普”之称。不过这种潜水器作业深度较小,水下作业时间较短。

迄今为止,潜深超过6000米的载人潜水器只有美国的“的里雅斯特”号,曾下潜1.1万米;“海崖”号,下潜6000米。法国的“自然”号,以及日本的“深海6500”号,俄罗斯的“和平”1号和“和平”2号等6艘深海潜水器。

旅游潜艇

世界上第一艘旅游潜艇是1964年由瑞士国家展览馆建造的,可乘坐40人,下潜深度610米,名为“奥古斯特·皮卡德”号。下水仅16个月,该潜艇就把3200名游客带到了莱芒湖湖底游览。1984年,英国的不列颠哥伦比亚阿特兰蒂斯国际游艇公司建造了一艘定员28人的旅游潜艇,名叫“阿特兰蒂斯Ⅰ”号,在大开曼岛近海游览。

2.载人潜水器的技术性能

载人潜水器由耐压壳体、压载与纵倾调整系统、推进与操纵系统、生命保障系统、通信系统和调查观测装置和动力系统组成。

(1)耐压壳体。通常,潜水器耐压壳由钢、铝、钛、丙烯酸塑料等材料制成球形、圆柱形和椭圆形。当潜水深度超过6000米时潜水器多采用球形结构。最早建造的“的里雅斯特”号(潜深6096米),1985年日本建造的“深海2000”号(潜深2000米),1989年建造的“深海6500”号(潜深6500米),都采用球形结构。高强度钢具有较好的屈服极限、疲劳与断裂强度及制造性能,所以目前绝大部分耐压壳体都采用这种材料。钛合金具有密度小、单位强度高、抗蚀性能强的特点,所以它也可以代替高强度钢。随着现代科学技术的进步,钛合金和玻璃纤维增强塑料的成本会下降,一些大深度的载人潜水器的耐压壳体将会越来越多地采用这些材料制成。