<p> <strong>“奋斗者”号今日再次万米深海“自驾游” 如何平安归来？这3点要知道</strong></p><p style="text-align: center;">正在自驾游的你</p><p style="text-align: center;">穿过一个隧道时</p><p style="text-align: center;">被GPS告知信号弱</p><p align="center"><img src="/public/uploads/article/2020/11/13/ae4072db0a4dd46810240017.gif" alt="" /></p><p align="center" class="pictext">与此同时</p><p style="text-align: center;">马里亚纳海沟</p><p style="text-align: center;">刚刚下潜到水下5米的“奋斗者”号GPS信号完全丢失</p><p style="text-align: center;">而此时它的深海之旅才刚刚开始</p><p align="center"><img src="/public/uploads/article/2020/11/13/f11c1e89a104ef4c205660ad.gif" alt="" /></p><p> 接下来，潜航员们该如何在黑暗中知道自己的位置？又该怎样向着马里亚纳海沟的最深处，摸黑来一场万米海底“自驾游”？</p><p> 想要在海底来一场说走就走的旅行，要解决三个问题。</p><p style="text-align: center;">首先我们想要知道</p><p style="text-align: center;"><strong>“奋斗者”号的GPS信号为何会丢失？</strong></p><p align="center"><img src="/public/uploads/article/2020/11/13/01a55c179065596e29db3f75.png" alt="" /></p><p> 为此，我们要先知道GPS信号是什么。</p><p align="center" style="text-align: center;"><img src="/public/uploads/article/2020/11/13/bbbb09f4b3ed7ebe29e220d3.gif" alt="" /></p><p> GPS信号是通信卫星向地面接收器发射的电磁波信号。这些信号由多个卫星同时计算得出，目的是精确地推断出你的位置。不过，电磁波虽然在真空和空气中有极快的速度，却难以穿透路上的障碍物。</p><p align="center"><img src="/public/uploads/article/2020/11/13/362136f870fbcc59ed5527a0.gif" alt="" /></p><p> 同样，阻挡了“奋斗者”号GPS信号的障碍物，正是它头顶厚厚的海水。</p><p> 电磁波射入海水后，会不断被海水吸收。当到达5米深的海水时，已经所剩无几。</p><p> 没有了电磁波，“奋斗者”号该如何与外界取得联系？又该找谁来给自己定位？ </p><p align="center"><img src="/public/uploads/article/2020/11/13/cb97d07d3b28a9e00a2faae4.gif" alt="" /></p><p> 这就是“奋斗者”号“说话”的“嘴”——应答器，“奋斗者”号入海之后，应答器会间隔固定的时间不断放出声波信号，而科考母船的船底则装有“耳朵”——换能器。</p><p align="center"><img src="/public/uploads/article/2020/11/13/0587f101a3c03bcfcf786b41.gif" alt="" /></p><p style="text-align: center;">这样，科考母船就可以及时捕捉到“奋斗者”号的信息，并根据声音传播的时间测算两者之间的距离。 </p><p style="text-align: center;">知道了距离之后</p><p style="text-align: center;">怎样才能进一步获得</p><p style="text-align: center;"><strong>“奋斗者”号在海底的准确位置？</strong></p><p align="center"><img src="/public/uploads/article/2020/11/13/154ec36a851564379b9f756d.png" alt="" /></p><p> 你知道自己为什么有两只耳朵吗？如果你捂住一只耳朵，会发现只能通过声音大小判断声源的距离，而无法感觉出它来自哪里。人耳在工作时，会产生“双耳效应”，通过两只耳朵接受声音的时间差和音量差，判断音源的空间坐标。</p><p align="center"><img src="/public/uploads/article/2020/11/13/838cdbcd2b34d2b51fba2bf6.gif" alt="" /></p><p> 同样，从这篇国家海洋局的论文中，我们可以看到，母船底部的换能器不止一个，而是由多个换能器组成基阵，长这个样。</p><p align="center"><img src="/public/uploads/article/2020/11/13/daedf144d02bc7582b96ddc1.gif" alt="" /></p><p> 当基阵接受到声波时，会计算相位差Φ、波长λ和斜距R，由此算出“奋斗者”号的空间坐标。之后，这个坐标将被发送给“奋斗者”号，结合预先导入的大地坐标和海底地图，“奋斗者”号就可以知道自己身处何方了。这就是“大海深处的GPS”——水声定位技术。</p><p align="center"><img src="/public/uploads/article/2020/11/13/d9d9d512fed41b5bbae13114.gif" alt="" /></p><p align="center" class="pictext">知道了自己的位置</p><p style="text-align: center;">也知道了马里亚纳海沟的最深处在哪</p><p style="text-align: center;">就只剩下最后一个问题了</p><p style="text-align: center;"><strong>“奋斗者”号如何才能“永往直前”？</strong></p><p align="center"><img src="/public/uploads/article/2020/11/13/45e35af5188155f5af207062.png" alt="" /></p><p> 破解问题的方法，是利用“惯性”。</p><p align="center"><img src="/public/uploads/article/2020/11/13/668750d131efeda3d73c0f07.gif" alt="" /></p><p> “奋斗者”号内部安装有一套“惯性导航装置”，会通过“加速度计”和“陀螺仪”等仪器不断感应潜水器的位置、速度、姿态、方向，从而告知潜航员运动轨迹是否发生了偏移。而这些仪器精度之高，即使“奋斗者”号的偏移量只有一枚硬币的厚度，也能马上被检测到。</p><p align="center"><img src="/public/uploads/article/2020/11/13/550a1f5f0d48762ef6b2fdaa.gif" alt="" /></p><p> 然而，由于惯性导航内部信息积累的特点，潜水器的状态测算误差会不断积累，最终可能带来巨大的位置偏差。1958年，装备了1套N6-A1惯性导航系统的美国鹦鹉螺号核潜艇从珍珠港出发，在历时21小时穿越了北极冰盖后，与原定目标点相差了37千米。</p><p align="center"><img src="/public/uploads/article/2020/11/13/255a54af60d1742030f32811.gif" alt="" /></p><p> 因此，为了尽可能提高导航精度，“奋斗者”号上还安装了声学多普勒测速仪、高度计、深度计和声学通信等仪器。测量得到的数据将一起参与推算，并最大程度地减小误差。</p><p align="center"><img src="/public/uploads/article/2020/11/13/4192e76b187c7eb0e73ceeba.gif" alt="" /></p><p class="pictext" style="text-align: center;">可以说</p><p style="text-align: center;">水声定位和导航技术让“奋斗者”号</p><p style="text-align: center;">真正能够抵达海洋最深处</p><p style="text-align: center;">完成挑战极限的创举</p><p style="text-align: center;">而这一切的背后</p><p style="text-align: center;">是无数科学家、工程师对于误差的锱铢必较</p><p style="text-align: center;">现在，这场“自驾游”才刚刚开始</p><p style="text-align: center;">而“奋斗者”号的前方</p><p style="text-align: center;">还有无数未知的神秘等待它去探索</p><p> (总台央视记者 周旋 宋亮 陈茜 杨理天 张博 杨虓 齐霁 张效瑜 钱榕洁 王浩 丁潇潇 李舒鹏 王宁 曹昊轩 贺佳贝 刘琦 王秋君 杨思源 刘柄豪 刘翔 张志鑫 孟琳)</p><!--画中画广告start-->
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