聲學 “奮斗者”號如何深海定位導航？公眾科學日一起探索聲音奧秘
“萬米的海底，妙不可言。”
2020年11月10日8時12分，“奮斗者”號全海深載人潛水器成功坐底馬里亞納海溝，刷新了我國載人深潛的新紀錄，三位潛航員在地球最深處向國人直播海底世界。
潛航員如何跟海面上的人們直播交流？在漆黑一片的深海，“奮斗者”號怎么躲避障礙物？這些都能在中國科學院聲學研究所東海研究站找到答案。
5月22日，“走進聲學世界·探索聲音奧秘”2021年公眾科學日活動在這里舉辦。“奮斗者”號高仿真模型、科普舞臺劇表演、科普講座、趣味實驗、潛航員分享會等，讓參觀的上海中小學生近距離感受聲學魅力。
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“‘奮斗者’號下水后，往哪走？怎么走？”在“奮斗者”號高仿真模型旁，有參觀學生向中科院聲學所副研究員童暉提問。
在陸地上，人們有導航軟件幫忙，但是海水會阻礙電磁波遠距離傳播，意味在深海中，信號失效了。因此，聲波成了潛水器的通訊導航利器。
童暉說，在深海里，聲學多普勒測速儀、定位聲納、慣性導航等設備共同幫助潛水器定位導航。定位聲納告訴潛航員現(xiàn)在在哪兒，母船安裝定位聲納基陣，潛水器安裝應答器，它們之間借助聲波互相喊話；多普勒測速儀利用多普勒效應測量潛水器的行駛速度，以及潛水器下方的海流速度，經(jīng)過運算，就能得出潛水器的軌跡，讓潛水器和母船知道對方的位置。
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從“蛟龍”號、“深海勇士”號一路走來，“奮斗者”號的聲學系統(tǒng)實現(xiàn)了完全國產(chǎn)化，該系統(tǒng)由中國科學院聲學研究所牽頭研制。
【 聲學|“奮斗者”號如何深海定位導航？公眾科學日一起探索聲音奧秘】深海科學與信息技術研究室主任郭霖告訴采訪人員，聲學導航是如今水下高精度導航的主要手段。此外，載人潛水器的安全性非常重要，潛水器下水后，除了自身感知環(huán)境信息，還有很多信息要靠母船支持，進行信息交互就需要通信。水聲通信是“奮斗者”號與海面母船之間溝通的唯一橋梁，能夠?qū)崿F(xiàn)潛水器從萬米海底至海面的實時文字、語音和圖像傳輸。
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水和油不能互溶，在超聲波的作用下，水和油混合形成乳白色的液體。看到這一幕，有學生感到神奇又疑惑，這能有什么應用？工作人員解釋說，超聲乳化可用在化妝品的制造中。
在趣味聲學實驗區(qū)，東海研究站設計開發(fā)了10余項趣味聲學互動實驗，除了“油和水的交融”——超聲乳化，還有“看見你的聲音”——聲音特性、“云里霧里”——超聲霧化、“污垢殺手”——超聲清洗、“神奇懸浮術”——超聲懸浮、“廣場舞神器”——超指向性聲源等。通過一個個神奇而又震撼的聲學現(xiàn)象，無所不在的聲音變得看得見、摸得著、玩得了，參觀的中小學生們能親身體驗聲學科學。
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郭霖說，地球表面71%被海水覆蓋，想了解地球，就必須充分了解海洋。氣候問題、環(huán)境問題中，海洋在其中占據(jù)了很大比重。
他還提到，如今人類有移民火星的想象，有沒有可能在將來也移民海底？要去海底生活，就要將海底建設得像陸地一樣；還有旅游觀光、海底采礦……這一切的發(fā)展，全部要靠技術的支撐。“如果年輕一代可以在人生更早階段介入、參與海洋科學，對國家整個海洋科學的發(fā)展，應會有很大的促進”。
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