书城工业技术图说高科技与现代交通
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第6章 踏浪而行的海上“霸王”——航舰交通(2)

当然航空母舰也有它的弱点。譬如,航母的目标大,很容易被发现。航母后勤能力差,需要携带大量的油料和弹药,加上燃料消耗,食物消耗,弹药消耗,舰队需要非常庞大的补给。 空防网络有漏洞,航母自卫能力较小,依赖伴随的其他舰艇和潜艇以及其运载飞机的协防,所以打击这些”保镖“就能让航母露出死穴来。 航母的战斗力受气象变化的影响较大,尽管航空母舰本身可以经受较强的风浪,在12级风浪的海况下也能够航行,但航母上的舰载机易受到海浪和气象条件的影响。尽管如此,航空母舰的威力仍然不容小觑。

中国第一艘航空母舰——瓦良格号

航空母舰在军事上能发挥出如此大的威力,自然地,建造航母就成为中国海军几代人的梦想,也是大国的象征。1930年(民国十九年),中国国民党提出了第一次要建立中国航母的计划;1937,中日江阴海战惨败后,前国民党海军上将陈绍宽提出20艘航母建造的计划,可是由于各方原因都未能成功建造。2011年8月10日,中国航母平台进行出海航行试验;2011年8月14日,中国人民共和国人民海军通过改装前苏联航母“瓦良格”号的首艘中国航母平台早上10时许从海试海域回到大连,至此,我国航母平台首次出海航行试验顺利结束。中国将成为世界上第十个拥有航母的国家。

知识卡片:

舰载机

以航空母舰或其他军舰为基地的海军飞机。用于攻击空中、水面、水下和地面目标,并遂行预警、侦察、巡逻、护航、布雷、扫雷和垂直登陆等任务。它是海军航空兵的主要作战手段之一,是在海洋战场上夺取和保持制空权、制海权的重要力量。

巡洋舰

巡洋舰是一种火力强、用途多,主要在远洋活动的大型水面舰艇。巡洋舰装备有较强的进攻和防御型武器,具有较高的航速和适航性,能在恶劣气候条件下长时间进行远洋作战。它的主要任务是为航空母舰和战列舰护航,或者作为编队旗舰组成海上机动编队,攻击敌方水面舰艇、潜艇或岸上目标。

4.船舶与科技的完美结合

海上航行一向危险极大,因为在茫茫大海或江河上,不但有很多未知的危险,还存在难以确定方位,难以跟陆地失去联络等问题。但随着科技的发展,应用在船舶上的技术越来越多,各种问题也迎刃而解。下面介绍几种应用在船舶上的高科技产品,看看它们都发挥了什么作用。

首先是GPS全球定位系统。GPS是20世纪70年代由美国陆海空三军联合研制的新一代空间卫星导航定位系统 。其主要目的是为陆、海、空三大领域提供实时、 全天候和全球性的导航服务,并用于情报收集、核爆监测和应急通讯等一些军事目的,经过20余年的研究实验,耗资300亿美元,到1994年3月,全球覆盖率高达98%的24颗GPS卫星星座己布设完成。GPS定位有很多优点,首先是定位精度高,观测时间也短。随着GPS系统的不断完善,软件的不断更新,目前,20公里以内相对静态定位,仅需15-20分钟;快速静态相对定位测量时,当每个流动站与基准站相距在15KM以内时,流动站观测时间只需1-2分钟,然后可随时定位,每站观测只需几秒钟。这还不止,它还是全球、全天候工作,并具有高效率、多功能、操作简便、应用广泛等特点。古代船舶航行只有依靠风向或者观星,通过观察已存在的事物作为参照物,来推测自己的位置。但是这些方法繁复,而且误差较大。GPS定位系统应用于船舶以后,还能自行测量出航行的路线、船舶所在的位置、与目的地的距离等。

船载GPS

其次是雷达系统。雷达是利用电磁波探测目标的电子设备。发射电磁波对目标进行照射并接收其回波,由此获得目标至电磁波发射点的距离、距离变化率、方位、高度等信息。雷达所起的作用和眼睛和耳朵相似,当然,它不再是大自然的杰作,同时,它的信息载体是无线电波。其原理是雷达设备的发射机通过天线把电磁波能量射向空间某一方向,处在此方向上的物体反射碰到的电磁波;雷达天线接收此反射波,送至接收设备进行处理,提取有关该物体的某些信息,譬如目标物体至雷达的距离,距离变化率或径向速度、方位、高度等。雷达的优点是白天黑夜均能探测远距离的目标,且不受雾、云和雨的阻挡,具有全天候、全天时的特点,并有一定的穿透能力。 因此被广泛应用在船舶上,当天气状况不好,航行环境能见度较低,或者附近出现什么可能引发危险的障碍物时,雷达都可以很快探测出来。人们根据雷达探测的结果,就可以找出相对安全的航行路线。

在海上航行必须要有海图。传统的纸质印刷海图已经不适应船舶自动化和航海智能化的发展要求,电子海图显示与信息系统在近十几年研发成功并不断完善。该系统不但能很好地提供纸质印刷海图的有用信息,而且取代了传统的手工海图作业,综合了GPS、APPA、AIS等各种现代化的导航设备所获得的信息,成为一种集成式的航海信息系统,被称为是航海领域的一场技术革命。

船载雷达系统

还有就是船舶的高速化和自动化。为了与高速公路、高速铁路运输竞争,近20年来,30节(1节为每小时航行1海里,1海里等于1.852公里)以上的小型高速气垫船、水翼船、水动力船、喷气推进船快速研制并大量投入使用。当前的集装箱船速度可达25-30节,大约比过去的普通货船快一倍。 20世纪70年代计算机也在船上广泛应用,从船舶在机舱设置集中控制室到出现无人值班机舱和驾驶台对主机遥控遥测,船舶机舱自动化成为趋势。随后驾驶台的自动化仪器设备不断研发和应用近10年来建造的新型船舶基本上都可称之为驾机合一的自动化船舶,其中一部分自动化程度高的船舶被称之为“高技术船舶”。

另外,为了改善航行的环境,人们还发明了一些降低噪声、减少摇晃的装置。在高速客船客舱的床地板下通常设有机舱,因此,船上的机械设备刺耳噪声以及振动成为高速客船的主要噪声源。后来人们就采用弹性支撑装置,将机械设备等噪声源安装在隔振装置上,有效地减小机械设备产生的振动。同时在客舱地板上黏贴防震材料、隔音材料,或在地板与机舱天花板之间建立空隙。而船舶如果左右摇晃、上下颠簸太厉害,往往导致乘客晕船,增加人体的不舒适感。控制船体摇晃的措施比较多,其中利用鳍的升力减小横向摇晃的稳定装置效果较好。也有采用将压载水从舷的一侧移向一侧,错开相位的方法。新型水翼船与气垫船,受波浪的影响小,晃动比排水型船舶轻。此外,全沉没型水翼船,升力式复合支持高速船、空气压力复合支持船型等,很少摇晃,平稳舒适,可作为高速客轮。因此,减少水线面面积,合理设计船体形状,可以控制船体晃动。

水翼船

众多国家的造船业拉开了向高新技术发展的帷幕,加大了科技投入,不断更新船舶设施。这也无疑为人们的生活提供了极大的方便。

知识卡片:

电磁波

电磁波是由同相振荡且互相垂直的电场与磁场在空间中以波的形式移动,其传播方向垂直于电场与磁场构成的平面,有效的传递能量和动量。电磁辐射可以按照频率分类,从低频率到高频率,包括有无线电波、微波、红外线、可见光、紫外光、X-射线和伽马射线等等。人眼可接收到的电磁辐射,波长大约在380至780纳米之间,称为可见光。只要是本身温度大于绝对零度的物体,都可以发射电磁辐射,而世界上并不存在温度等于或低于绝对零度的物体。

压载水

压载水系统的功用是将压载水注入压载水舱或自压载水舱排出压载水,从而达到下述目的: 船舶在航行、进出港、装卸和停泊等不同的工况保持恰当的排水量、吃水、船体纵向和横向的平衡,以便维持适当的稳心高度,减小船体过大的弯曲力矩和剪切力减轻船体的振动。

水翼船

水翼艇是一种依靠船体底部的特殊构造的水翼来航行的船舶。水翼艇的特点是行驶在空气跟海水的界面上,以尽量克服水的阻力。

5.日益完善的航运设施

人类在新石器时代晚期就已有航海活动。当时中国大陆制造的一些物品在台湾岛、大洋洲,以至厄瓜多尔等地均有发现。公元前4世纪希腊航海家皮忒阿斯就驾驶舟船从今马赛出发,由海上到达易北河口,成为西方最早的海上远航。公元前490年,在波斯与希腊的海战中,希腊就曾以上百英尺长的战舰参战。中国汉代已远航至印度,把当时罗马帝国与中国联系起来。唐代为扩大海外贸易,开辟了海上丝绸之路,船舶远航到亚丁湾附近。在当时的科学技术条件下,航海是靠山形水势及地物为导航标志,属地文航海;而以星辰日月为引航标志的,则属天文航海技术之一种。指南针是中国历史上的一大发明,宋代将其应用到航海上,解决了海上航行的定向,也开创了仪器导航的先例。现代船上使用的磁罗经,是12世纪船用磁罗经传入欧洲后,由英国人开尔文改进了的海军型磁罗经。助航设施灯塔很早就已使用。公元前280年在埃及亚历山大港建造了高60多米的灯塔。1732年英国在泰晤士河口设置了灯塔。1767年在美洲特拉华设立了浮标。

磁罗经

浮标

公元15世纪是东西方航海事业大发展时期。1405~1433年,中国航海家郑和率船队七下西洋,历经30多个国家和地区,远航至非洲东岸的现索马里和肯尼亚一带,成为中国航海史上的创举。1420年葡萄牙创办了航海学校;船长迪亚士在1487年航海到非洲最南端,命名该地为好望角;1497年达·伽马率船队从里斯本出发绕好望角到印度。此后葡萄牙人又到达中国、日本。1492年10月意大利航海家哥伦布发现了美洲大陆。1499~1500年,意大利航海家亚美利哥2次登上美洲大陆考察,证实这片陆地是一片新发现的陆地,而不是哥伦布当年认为的印度岛屿,故命名新大陆为亚美利加洲,简称美洲。16世纪始,航海技术迅速发展。1569年地理学家墨卡托发明的投影成为现代海图绘制的基础。进入20世纪后,现代航海技术取得重大成就,60年代出现奥米加导航系统,随后又出现和应用了卫星导航系统、自动标绘雷达等。航海要求船舶迅速而安全地行驶,在现代条件下,需采用现代导航设备,了解国际水运法规,世界各国海上交通管理制度。为保证人身、船舶、货物和海洋环境的安全,船舶上还需设置救生、防火、防污染设备和航海仪表及通信设备等。

郑和

电子海图

从一开始人们乘船航行充满了探险的性质,到如今,船舶已经成为必不可少的工具。我们可以看到船舶无论在定位导航、发现航道,还是建立航行制度等方面,航运设施都在不断地完善,航运正变得越来越安全、方便和实用。

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浮标

浮于水面的一种航标,是锚定在指定位置,用以标示航道范围、指示浅滩、碍航物或表示专门用途的水面助航标志。浮标在航标中数量最多,应用广泛,设置在难以或不宜设立固定航标之处。浮标,其功能是标示航道浅滩或危及航行安全的障碍物。装有灯具的浮标称为灯浮标,在日夜通航水域用于助航。有的浮标还装雷达应答器、无线电指向标、雾警信号和海洋调查仪器等设备。

磁罗经

磁罗经又称“磁罗盘”,是一种测定方向基准的仪器,用于确定航向和观测物标方位。它是在中国古代的司南、指南针基础上逐步发展而成。它是利用磁针受地磁作用稳定指北的特性制成的指示地理方向的仪器。