海洋技术与空间技术

1、海洋技术与空间技术第1页，共45页，2022年，5月20日，12点40分，星期四15.1 方兴未艾的海洋技术太空中拍摄的地球照片15.1.1 海洋与海洋资源 人类赖以生存和发展的宇宙幸运之舟地球是一个几乎被汪洋大海包围的水球。陆地面积仅占总面积的29%，而海洋则占到71%。地球海洋是生命的摇篮，人类认识和利用海洋有着悠久的历史。第2页，共45页，2022年，5月20日，12点40分，星期四 第3页，共45页，2022年，5月20日，12点40分，星期四 海洋是生命的摇篮，这不仅是说地球上最早的生物出现在海洋，而且指目前地球上80%的生物资源在海洋中。浩瀚的海洋，被誉为生命的摇篮，资源的宝库。“

2、天然的鱼仓”、“蓝色的煤海”、“盐类的故乡”、“能量的源泉”、“娱乐的胜地” 等, 充分说明海洋资源的丰富。 海洋资源：海洋中可以被人类利用的物质、能量和空间。按其属性分为海洋生物资源、海底矿产资源、海水资源、海洋能源和海洋空间资源；第4页，共45页，2022年，5月20日，12点40分，星期四第5页，共45页，2022年，5月20日，12点40分，星期四（一）水资源加强对海水资源的开发利用，是解决沿海和西部苦咸水地区淡水危机和资源短缺问题的重要措施，是实现国民经济可持续发展战略的重要保证。1、海水淡化，是开发新水源、解决沿海地区淡水资源紧缺的重要途径。 2、海水直接利用技术，是以海水直接代替

3、淡水作为工业用水和生活用水等相关技术的总称。包括海水冷却、海水脱硫、海水回注采油、海水冲厕和海水冲灰、洗涤、消防、制冰、印染等。 3、海水化学资源综合利用技术，是从海水中提取各种化学元素（化学品）及其深加工技术。主要包括海水制盐、苦卤化工，提取钾、镁、溴、硝、锂、铀及其深加工等，现在已逐步向海洋精细化工方向发展。 第6页，共45页，2022年，5月20日，12点40分，星期四（二）矿产资源1石油、天然气。据估计，世界石油极限储量1万亿吨，可采储量3000亿吨，其中海底石油1350亿吨；世界天然气储量255280亿立方米，海洋储量占140亿立方米。上世纪末，海洋石油年产量达30亿吨，占世界石油总

4、产量的50%。由于发现丰富的海洋油气资源，中国有可能成为世界五大石油生产国之一。 2煤、铁等固体矿产。已发现的海底固体矿产有20多种。中国大陆架浅海区广泛分布有铜、煤、硫、磷、石灰石等矿。 3海滨砂矿。海滨沉积物中有许多贵重矿物，如：含有发射火箭用的固体燃料钛的金红石；含有火箭、飞机外壳用的铌和反应堆及微电路用的钽的独居石；含有核潜艇和核反应堆用的耐高温和耐腐蚀的锆铁矿、锆英石；某些海区还有黄金、白金和银等。中国近海海域也分布有金、锆英石、钛铁矿、独居石、铬尖晶石等经济价值极高的砂矿。 第7页，共45页，2022年，5月20日，12点40分，星期四海上钻井平台第8页，共45页，2022年，5月

5、20日，12点40分，星期四拖网获取锰结核矿深海锰结核第9页，共45页，2022年，5月20日，12点40分，星期四4多金属结核和富钴锰结壳。多金属结核含有锰、铁、镍、钴、铜等几十种元素。世界海洋35006000米深的洋底储藏的多金属结核约有3万亿吨。其中锰的产量可供世界用18000年，镍可用25000年。 5热液矿藏。是一种含有大量金属的硫化物，海底裂谷喷出的高温岩浆冷却沉积形成，已发现30多处矿床。仅美国在加拉帕戈斯裂谷储量就达2500万吨，开采价值39亿美元。 6可燃冰。是一种被称为天然气水合物的新型矿物，在低温、高压条件下，由碳氢化合物与水分子组成的冰态固体物质。其能量密度高，杂质少，

6、燃烧后几乎无污染，矿层厚，规模大，分布广，资源丰富。据估计，全球可燃冰的储量是现有石油天然气储量的两倍。在上世纪日本、前苏联、美国均已发现大面积的可燃冰分布区。中国也在南海和东海发现了可燃冰。据测算，仅中国南海的可燃冰资源量就达700亿吨油当量，约相当于中国目前陆上油气资源量总数的1/2。在世界油气资源逐渐枯竭的情况下，可燃冰的发现又为人类带来新的希望。 第10页，共45页，2022年，5月20日，12点40分，星期四（三）食物资源海洋可以为人类提供更多的食物,它是食物资源的最大潜在源泉,它所储存的蛋白质、维生素、无机盐等营养的数量不亚于陆地,而且还要胜过陆地。一世界海洋的面积占地球表面的71

7、%还多。海洋中大约生存着18万种动物,1.7万种植物,鱼2万种,虾(小虾、螯虾、龙虾、蟹、海参等)几千种，此外，还有许许多多其它海洋动物。仅位于近海水域自然生长的海藻，年产量已相当于目前世界年产小麦总量的15倍以上，如果把这些藻类加工成食品，就能为人们提供充足的蛋白质、多种维生素以及人体所需的矿物质，海洋中还有丰富的肉眼看不见的浮游生物，加工成食品，足可满足300亿人的需要，海洋中还有众多的鱼虾，真是人类未来的粮仓。 第11页，共45页，2022年，5月20日，12点40分，星期四向日葵海星蝎子鱼水母第12页，共45页，2022年，5月20日，12点40分，星期四枪鱼剑鱼第13页，共45页，2

8、022年，5月20日，12点40分，星期四（四）海水能源由于海水运动产生海洋动力资源，主要有潮汐能、波浪能、海流能及海水因温差和盐差而引起的温差能与盐差能等。估计全球海水温差能的可利用功率达100108千瓦，潮汐能、波浪能、河流能及海水盐差能等可再生功率在10108千瓦左右。海水不但可以通过其热能和机械能等给我们电能，从海水中还可提取出像汽油、柴油那样的燃料铀和重水。优点：海水运动的能量巨大、可再生能源、且没有污染。不足：海洋能源能量密度小，开发利用它们，需特殊的能量转换装置，工程投资大、效益也不高。目前具有商业开发价值的是潮汐发电、波浪发电。第14页，共45页，2022年，5月20日，12点

9、40分，星期四（五）海洋药物长期以来，人类防病治病多依赖于陆地上的生物。如今随着科技的不断进步，科学家胶越来越关注起具有特殊功能和结构的海洋生物，开发新药的焦点已开始转向浩瀚、富饶的海洋。海洋药物的发现和使用在我国约始于公元前一世纪以前，在古籍神农本草经上，就有海洋生物入药的记载。到了16世纪至18世纪出版的本草纲目和拾遗这两本书中，记载的海洋药物已达70多种，如海参、海马、海带、海龟板等。近代从海洋生物中提取的鱼肝油、琼胶、精蛋白、胰岛素等也是疗效很好的海洋药物。人类大规模地开发海洋生物资源、研制新药，是从本世纪70的年代开始的，并取得了一些成果。 第15页，共45页，2022年，5月20日

10、，12点40分，星期四（六）海洋空间资源： 1、海洋空间包括海面、海底、海洋水体和海岸地带。 2、海洋空间的开发利用：交通运输、生产、通讯、储藏、旅游等。海洋工程，例如日本神户人工岛、英吉利海峡海底隧道、荷兰填海造陆等。 3、分类： 交通运输空间 生产空间资源 通讯电力输送 储藏空间资源 文娱设施空间 土地资源第16页，共45页，2022年，5月20日，12点40分，星期四海洋空间资源的类型可利用空间包括：海上、海中、海底交通运输空间生产空间资源通讯电力输送储藏空间资源文娱设施空间土地资源海上：港口码头、船舶、航海运河、桥梁、机场海底：隧道、管道电站、工业人工岛、石油城、海洋牧场 围海造陆海底

11、电缆海底货场、海底仓库、海上油井、废物处理场海洋公园、海滨浴场、海上运动区围海造田第17页，共45页，2022年，5月20日，12点40分，星期四15.1.2 崛起的海洋技术海洋探测技术 海洋探测技术包括海面、海底探测技术，目的是探明海洋资源的分布情况，为海洋资源的开发利用奠定基础。海洋资源技术开发 海洋蕴涵着丰富的资源，因此，开发技术涉及的领域非常广泛，如矿产资源开发技术，生物资源开发技术，化学资源开发技术等等。第18页，共45页，2022年，5月20日，12点40分，星期四15.2 海洋探测技术15.2.1 海洋科学考察船 海洋科学考察船又称海洋 调查船，专供对海洋进行水 文、气象、生物、

12、矿产资源和 物理、化学性质的调查研究。 西班牙赫斯皮里蒂斯号赴南极执行考察任务 第19页，共45页，2022年，5月20日，12点40分，星期四 随着空间技术的发展，人们开始利用人造地球卫星从太空中观测海洋，海洋探测技术跨入了卫星时代。 目前，各国发身的海洋卫星大致分为两类：一类是地球同步卫星，另一类是太阳同步极地轨道卫星，前者可定点观测地球，后者可定时对海洋表面某一区域进行连续监测。现在，这两种卫星作为海洋探测技术不可或缺的重要手段，发挥着重要作用。 我国发射了第一 颗海洋1号卫星第20页，共45页，2022年，5月20日，12点40分，星期四15.2.3 潜水器 潜水器既是海洋探测工具，又

13、是进行水下工程的重要设备。可分为载人潜水器和无人潜水器两种。 载人潜水器下潜深度大，速 度较低；机动性能好，并安装有 供观察的舷窗和进行采样和水下 施工的多种机械手。 上图为我国的7000米载人浅 水器，左图是美国“阿尔文”号。第21页，共45页，2022年，5月20日，12点40分，星期四无人浅水器全部由母船控制，大体分为如下四类：缆绳式自由航行无人浅水艇拖曳式无人潜水艇无缆式遥控浅水器海底爬行无人潜水器无人潜水器第22页，共45页，2022年，5月20日，12点40分，星期四15.3 海洋资源开发技术15.3.1 海洋石油和天然气开发技术 石油是人类社会发展的一种不可缺少的动力资源，随着陆

14、地石油资源的耗尽，人们开始把眼光转向了海洋。人们发现，不仅在大陆向海洋延伸的地区即大陆架蕴藏着丰富的油气资源，而且在许多深水的小洋盆或洋盆边缘也都找到了油气矿床。第23页，共45页，2022年，5月20日，12点40分，星期四石油天然气开发的三大阶段普查性的地球物理勘探，寻找可能储油、气的地质构造在找到的构造上打勘探井，查明类型储量等情况，以便制定开采方案打生产井进行石油的采集、初步加工、存储等生产手段的建设以及进行生产第24页，共45页，2022年，5月20日，12点40分，星期四 多少世纪以来，人们对石油的开发仅仅限于陆地。最初开发海洋石油气资源是在紧靠海边的海滨钻斜井。后来又曾先后出现土

15、堤法和海水中修栈桥的办法。为了在更深更远的海水中开发油气，又发明了与岸无引桥相连的孤立在海中的海上井场海上固定平台。为了适应钻勘探井对流动性的要求，在固定平台的基础上又出现了一种主要用于钻勘探井的移动平台，先后有：坐底式平台、自升式平台、钻井船和半潜式平台。海洋石油和天然气开发技术在当代海洋技术中占据极重要的位置，并有辉煌的前景。第25页，共45页，2022年，5月20日，12点40分，星期四15.3.2 海洋生物资源的开发和利用 海洋水产养殖与捕捞业是 历史悠久的生长活动，但它们 在新技术革命和新产业浪潮中 正经历着深刻的变化。现代海 洋水产业的主要方向首先是开 发海洋“牧场”使各种人类需求

16、的海洋动植物资源人工化，其次，利用先进的技术发现、开辟新的海洋渔业资源，改造和反展传统捕捞业。图为海上捕鱼的现场。第26页，共45页，2022年，5月20日，12点40分，星期四15.3.3 海水淡化技术 今天，地球上可供人们利用的淡水资源非常有限，人们采取淡化海水的方法解决人类水资源匮乏的局面。到目前为止，淡化海水的蒸馏法、电渗析法都已达到了工业生产的规模，目前也较为成熟的海水淡化技法还有：冷冻法。海水淡化工厂第27页，共45页，2022年，5月20日，12点40分，星期四15.3.4 海洋能源开发技术 海洋能源开发技术是指开发利用海洋中的潮汐、波浪、海流、海水温度差等所蕴藏的丰富能量的技术

17、。海洋能源储量大、无污染，又是再生能源，其发展前景引人注目。提高经济效益是未来海洋能源开发技术发展的关键。BD102A型航标灯用波浪发电装置第28页，共45页，2022年，5月20日，12点40分，星期四15.4 空间与空间技术15.4.1 空间：人类的第四环境 进入空间需要克服的难关：克服地球甚至太阳系引力克服真空适应剧烈变化的温度环境防止有害辐射 正是因为这些困难，人类进入外层空间经历了一个漫长和艰苦的过程。第29页，共45页，2022年，5月20日，12点40分，星期四15.4.2 空间技术：铺向通天路 空间技术是一门探索、开发和利用太空以及地球以外天体的综合性技术。 通常人们认为，航天

18、器、运载器、和地面测控技术是空间技术的三大支柱。 右图为运载火箭升空。第30页，共45页，2022年，5月20日，12点40分，星期四15.5 运载火箭15.5.1 航天之父：齐奥尔科夫斯基 出生于俄罗斯的齐奥尔科夫 斯基1883年便提出了宇宙飞船的 运动必须利用喷气推进原理，并 画出了飞船的草图。1903年他发 表了利用喷气工具研究宇宙空 间的论文，深入论证了喷气工 具用于星际航行的可行性，被尊 为“火箭之父”。 齐奥尔科夫斯基第31页，共45页，2022年，5月20日，12点40分，星期四15.5.2 火箭技术的发展 第一个成功发射液体火箭的人是美国的达德教授，这枚装有液氢和汽油的火箭于1

19、926年发射成功。 另一位先驱者是德国科学家 奥伯特。1923年，他发表飞向行 星际空间的火箭一书，创立了计 算多级火箭推理的数学理论。达德奥伯特第32页，共45页，2022年，5月20日，12点40分，星期四 第二次世界大战期间，德国秘 密研制了V2导弹，从而促进了火箭 技术的快速发展。战后，美国和原苏 联出于军事目的，竞相发展自己的导 弹系统。并先后成功爆破原子弹和氢 弹。 由于核武器加上强 大的火箭就是军事威慑力 量，因此美国和前苏联在 研制核武器的同时，也在 加强自己的火箭系统。 V2导弹美国原子弹爆炸成功第33页，共45页，2022年，5月20日，12点40分，星期四15.5.3 现

20、代运载火箭的结构 现在，世界各国已研制出几十种运载火箭，用于发射航天器的现代运载火箭大多分为三级：箭体结构推进系统指导系统 右图为我国研制的运载火箭。第34页，共45页，2022年，5月20日，12点40分，星期四15.6 人造地球卫星15.6.1 众星熠熠 美国早在1946年就提出了发射人造地球卫星的可行性报告，然而由于原苏联在大型运载火箭上的优势，他们抢先于1957年发射了第一颗人造卫星。次年，美国也初次发射卫星成功，美国以崭新的态势，与前苏联展开激烈的太空竞赛。人造卫星第35页，共45页，2022年，5月20日，12点40分，星期四15.6.2 人造地球卫星的原理三个宇宙速度： 第一宇宙

21、速度： v1g0R07.9 km/s 当物体达到第一宇宙速度，就可以克服地球引力。 第二宇宙速度： v22g0R011.2 km/s 当物体达到第二宇宙速度，就可以进入太阳系。 第三宇宙速度： v316.6 km/s 当物体达到第三宇宙速度，就可以飞出太阳系，进入茫茫太空。第36页，共45页，2022年，5月20日，12点40分，星期四人造地球卫星的发射： 通常将人造地球卫星送入轨道的方法有三种：用运载火箭发射用航天飞机发射用飞机发射航天飞机与空间站对接模拟第37页，共45页，2022年，5月20日，12点40分，星期四人造地球卫星轨道太阳同步轨道极地轨道静止轨道椭圆轨道圆轨道人造卫星轨道第3

22、8页，共45页，2022年，5月20日，12点40分，星期四15.6.3 卫星的应用 按照其用途的不同，人造地球卫星可以分为不同的类型，其中主要有：通信卫星对地观测卫星导航卫星天文观测卫星军用卫星人造卫星第39页，共45页，2022年，5月20日，12点40分，星期四15.7 载人航天15.7.1 飞出地球 1961年4月12日，尤里加加林身着90公斤重的太空服、乘坐重达4.75吨的宇宙飞船东方1号进入太空，成为世界上第一个进入宇宙空间的人，也是第一位从宇宙中看到地球全貌的人。 加加林第40页，共45页，2022年，5月20日，12点40分，星期四15.7.2 “阿波罗”登月计划 “阿波罗”计划从1961年开始实施至1972年结束，共花费240亿美元，先后完成6次登月飞行，把12人送上月球并安全返回地面。它不仅实现了美国赶超苏联