第8章海洋与空间技术

内容提要：本章由海洋技术和空间技术两部分组成。首先介绍了海洋技术，包括海洋探测技术（水面探测技术、水下探测技术和空中探测技术）、海洋开发技术（海洋生物资源开发技术、海水淡化利用技术、海洋石油和天然气开发技术、海洋可再生能源利用技术和海洋航运与造船技术）；然后介绍了空间技术，包括运载器、航天器和测控保障系统；最后介绍了空间技术的发展、应用及趋势，介绍了中国空间科学技术成就。本章重点：海洋开发与利用技术，以及运载器、航天器和测控系统的空间技术。本章共三节

第一节引言

第二节海洋技术

第三节空间技术

思考题

第一节引言人类的活动经历了从陆地到海洋，从海洋到大气层，再从大气层到外层空间的逐步扩展过程。人类活动范围每一次扩展，都增强了人类认识和改造自然的能力。

第一节引言由于海洋具有地球上最雄厚的资源，是一个新兴的、具有战略意义的开发领域。因此，在当今世界范围内出现食物、能源、物质资源短缺的情况下，各国都希望寄托在海洋开发上。海洋开发在人类生活中的地位和作用越来越受到重视。人类开发海洋的活动已从海面、海底、海空全面展开，进入了一个综合、立体开发利用海洋的新时代。

第一节引言同时，探索、开发、利用宇宙空间是20世纪最富伟大创举的科学活动之一，1957年10月4日，苏联发射成功世界上第一颗人造卫星，开创了人类航天的新纪元，它从根本上改变了人类的工作方式和对世界的认识，极大地提高了人类的生活质量，把人类带进了全新的空间文明时代。空间技术的应用已创造了巨大的政治、军事、经济、科技、社会等方面的效益和价值，大大地促进了整个社会的发展，它已成为科学技术发展史上的重要里程碑，在21世纪将显示中国空间技术进入世界强国的优势。

变化的尺度：1015m

～100m地球在108m城市在104m人在100＝1

m宇宙世界探索

微观世界的基本规律：守恒律与对称性

第二节海洋技术海洋技术(OceanTechnology)包括海洋探测技术和海洋开发技术，海洋开发技术是核心。现代海洋技术是20世纪50年代后，围绕着海洋探测技术和海洋资源开发技术两个方面的变革发展起来的，是当代新兴的科学技术之一，同样是一门涉及许多门类的综合性学科。

第二节海洋技术一、海洋探测技术二、海洋开发技术

第二节海洋技术一、海洋探测技术1．海洋探测技术及其分类在当代海洋技术中首先获得发展的就是海洋探测技术，它是认识海洋、探测海洋资源的手段。海上航行、经济开发、海洋研究、海上军事活动无一不需要掌握风、浪、潮、流等的情况和变化规律。海洋探测技术包括：水面探测技术、水下探测技术和空中探测技术。

第二节海洋技术一、海洋探测技术2．水面探测技术水面探测技术主要是借助海洋科学考察船完成。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、矿产资源和物理、化学性质的调查研究。

第二节海洋技术一、海洋探测技术3．水下探测技术水下探测技术主要是借助潜水器完成。潜水器可分为载人潜水器和无人潜水器。第一个有科学意义的载人潜水器是1934年美国制造的，可载人下潜到906m深处，随后日本研制成“申柯”号6500米载人深潜器。无人潜水器又称遥控潜水器，也称海洋机器人。中国载人深潜器“蛟龙”号

为推动中国深海运载技术发展，为中国大洋国际海底资源调查和科学研究提供重要高技术装备，同时为中国深海勘探、海底作业研发共性技术，中国科技部于2002年将深海载人潜水器研制列为国家高技术研究发展计划(863计划)

重大专项，启动“蛟龙号”载人深潜器的自行设计、自主集成研制工作。“蛟龙号”载人潜水器设计最大下潜深度为7000米，工作范围可覆盖全球海洋区域的99.8%。2012年6月27日，中国载人深潜器“蛟龙”号7000米级海试最大下潜深度达7062米，再创中国载人深潜记录。4．空中探测技术空中探测技术主要是借助海洋卫星完成。

第二节海洋技术二、海洋开发技术1．海洋开发技术的概述人类开发海洋经历了几千年的历史，并随着科学技术的进步而不断深化。海洋探测技术的发展，为大规模开发利用海洋创造了条件2．海洋生物资源开发技术

海洋中有大量鱼、虾、贝、藻等生物资源，在不破坏生态平衡的条件下，每年有向人类提供30亿吨食物的潜力。随着现代海洋技术的进步，人们对海洋生物资源的开发和利用正在发生根本性的转变，主要是：

第二节海洋技术二、海洋开发技术(1)捕捞由常规技术向现代技术转变

1)鱼群探测仪器化；２)先进的诱捕技术；3)捕捞器具现代化和自动化。

(2)捕捞技术向海洋农牧业的转变

1)合理捕捞；2)资源增殖；3)海洋农牧化。

(3)海洋生物资源从单一获取型向综合利用型转变

(4)海洋生物的深加工

(5)海洋生物制药开发

第二节海洋技术二、海洋开发技术3．海水淡化利用技术现在水源危机已遍及全球，我国的情况更为严重，人均淡水年占有量为2470立方米，仅为世界平均人均占有量的1/4。目前，海水淡化的方法已发展到20多种，但其中技术上成熟，经济性能好、运用较多的则是蒸馏法、电渗析法、反渗透法和结晶法四种，其中蒸馏法、电渗析法等都已达到了工业生产的规模，为解决某些国家的“水荒”问题发挥了重要作用。

第二节海洋技术二、海洋开发技术4．海洋石油和天然气开发技术海洋石油和天然气的开发大致分为：1）普查可能存在贮油、气的海底地质构造；2）打估价井来查明油、气的范围、类型、储量等情况，制定开采方案；3）打生产井并进行油气的采集、初步加工、贮存、运输等生产手段的建设，以及进行生产。

第二节海洋技术二、海洋开发技术5．海洋可再生能源利用技术

海洋的潮汐、潮流、海流、波浪、温差等方面蕴藏了丰富的取之不尽、用之不竭的自然能源。据估计全世界潮汐能约有30亿千瓦（我国约1.1亿千瓦）。波浪能达700亿千瓦，温差能有500亿千瓦，而且开发海洋能对环境无污染，是一种洁净能源。但是这种能源密度低，开发技术难度大，经济性差，目前尚不能大规模发展。但随着技术的进展，海洋能将成为21世纪实用的新能源之一。

第二节海洋技术二、海洋开发技术6．海洋航运与造船技术

船的历史已有几千年。由于飞机、汽车的发展，船的作用正发生很大变化。远洋客轮发展为豪华游轮。由于高速船只的出现，中短途客运及车客渡航线近年有迅猛的发展，绝大多数远洋货运仍要靠船舶。1993年的海上货运量为93.4亿吨。海洋货运主要靠新型的集装箱船、散装自卸船、滚装货船。在船的自动化、节能等方面也有较大的进展。

第三节空间技术被誉为“现代宇宙航行之父”的俄国科学家齐奥尔科夫斯基曾预言：“地球是人类的摇篮，但是人类不能永远生活在摇篮里，他们不断地争取着生存世界和空间，起初小心翼翼地穿出大气层，然后就是征服太阳系”。

第三节空间技术一、宇宙空间及空间技术概述二、空间技术的特点及组成内容三、人造卫星四、空间技术的发展及应用五、中国空间科学技术成就六、空间技术的影响和趋势

第三节空间技术一、宇宙空间及空间技术概述1．对宇宙空间的认识宇宙空间包括陆地、海洋、大气层，其中距地面100—120千米以下的大气层称为稠密大气层（大气层内空间），距地面100—120千米以上的空间称层外空间（宇宙空间，简称空间或太空）。钱学森1980年在《宇宙学报》创刊词中讲，宇宙航行应划分为两个阶段，第一个分阶段是在太阳系内活动，叫“航天”；第二阶段是到银河系乃至河外星系去活动，叫“航宇”。

第三节空间技术一、宇宙空间及空间技术概述2．空间技术定义空间技术又称航天技术或宇航技术，它是研究如何使空间飞行器飞离大气层，进入宇宙空间，并在那里进行探测、研究、开发、利用等活动的一门高度综合性技术。

第三节空间技术二、空间技术的特点及组成内容1．空间技术的特点

(1)空间技术是高度综合的现代科学技术；(2)空间技术对国家现代化和社会进步具有重要作用；(3)空间活动是高投入、高效益、高风险的事业。

第三节空间技术二、空间技术的特点及组成内容2．空间技术的组成内容要实现空间活动就要建立航天系统。航天系统是一个庞大的系统工程，是由特定的运载器、航天器、航天发射场，航天地面站及其他有关系统组成。其中航天器是核心。具体来讲空间技术包括运载器、航天器和测控保障系统。

第三节空间技术二、空间技术的特点及组成内容(1)运载器（火箭）。又称运载工具，是用于将航天器加速至宇宙速度，并送入预定的运行轨道。（一箭双星）(2)航天器。航天器也叫空间飞行器，是在宇宙空间按照天体力学的规律运行的各类飞行器的总称。包括各种人造卫星、载人飞船、空间站、空间探测器等。其中人造卫星发射数量最多。按照航天器飞行高度可分为近地轨道航天器和星际航天器；按是否载人可分为载人航天器和无人航天器。

第三节空间技术二、空间技术的特点及组成内容(3)测控保障系统。要使航天完成预定任务，需要对运载火箭和航天器进行监视，跟踪等，要建立完善的测控保障系统，特别是载人航天飞行，要给航天员提供必要的生活保障和万无一失的安全设施。

第三节空间技术三、人造卫星1．人造地球卫星(1)人造地球卫星原理。从天文学上来人造地球卫星讲是指沿着一定轨道环绕一颗行星运行的较小天体。

(2)人造地球卫星三个宇宙速度。当物体速度达到第一宇宙速度，即7.9km/s。当速度增大到卫星能挣脱地球对它的引力、沿抛物线进入太阳系，就是第二宇宙速度，又叫"逃逸速度"。如果卫星速度达到摆脱地球与太阳系引力的吸引、沿双曲线轨道飞出太阳系，进入茫茫的太空，时称为第三宇宙速度，它的数值为16.6km/s。(3)人造地球卫星的发射的三种方法：发射人造地球卫星有运载火箭发射、航天飞机发射和飞机发射三种方法。

第三节空间技术三、人造卫星2．人造卫星的类型人造卫星种类很多，有通信卫星、遥感卫星、导航定位卫星、科学卫星等（间谍卫星）。

1970年4月24日，“长征—1”号航天运载火箭顺利地将“东方红—1”号人造地球卫星送入太空轨道。

第三节空间技术四、空间技术的发展及应用1.空间技术的发展空间技术的形成以1957年前苏联发射第一颗人造地球卫星为标志，从此开始了航天时代。此后，美国、法国、日本和中国等国也先后发射了自己的人造卫星。……

第三节空间技术四、空间技术的发展及应用2．空间技术的应用

(1)卫星通信、广播。

(2)卫星导航定位。全球四大卫星导航系统a、美国全球定位系统（GPS）。有24颗卫星组成，分布在6条交点互隔60度的轨道面上，精度约为10米，军民两用，目前正在试验第二代卫星系统；

b、俄罗斯“格洛纳斯”系统。有24颗卫星组成，精度在10米左右，军民两用，设计2009年底服务范围拓展到全球；

c、欧洲“伽利略”系统。有30颗卫星组成，定位误差不超过1米，主要为民用。2005年首颗试验卫星已成功发射。预计2008年前开通定位服务；

d、中国“北斗”系统。由5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星组成。定位精度10米。计划2008年左右覆盖中国及周边地区，然后逐步扩展为全球卫星导航系统

(3)资源调查和测绘。

(4)气象与灾害预报。(5)军事应用。此外，空间技术在科学研究等方面也发挥了积极的作用。五、中国空间科学技术成就我国在20世纪50年代末开始发展空间技术，已在运载火箭、卫星和卫星应用、载人航天、开展探月工程等方面取得了惊人的成就。

第三节空间技术六、空间技术的影响和趋势1．空间技术的影响发展空间技术不仅拓展人类活动的新领域，还能增强民族凝聚力,提高国家政治、军事和经济地位，促进人类的科技发展和社会进步，对整个人类社会的发展都产生重大影响。2．空间技术发展趋势在21世纪，空间科学将具有一系列新的特征：在探测方式上，将是多种探测器协同进行；在研究课题上，将更具综合性和选择性；在研究形式上，将出现全球性、长期性的国际合作。