海洋技術(shù)與空間技術(shù).ppt

《海洋技術(shù)與空間技術(shù).ppt》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《海洋技術(shù)與空間技術(shù).ppt（44頁珍藏版）》請?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、第十五章 海洋技術(shù)與空間技術(shù) 版權(quán)所有 復(fù)制必究 高等教育出版社 15.1 方興未艾的海洋技術(shù) 太空中拍攝的地球照片 15.1.1 海洋與海洋資源 人類賴以生存和發(fā)展的宇宙 幸運(yùn)之舟 地球是一個幾乎 被汪洋大海包圍的水球。陸地 面積僅占總面積的 29%，而海 洋則占到 71%。地球海洋是生 命的搖籃，人類認(rèn)識和利用海 洋有著悠久的歷史。 海洋是生命的搖籃，這不僅是說地球上最早的生 物出現(xiàn)在海洋，而且指目前地球上 80%的生物資源 在海洋中 。 浩瀚的海洋，被譽(yù)為生命的搖籃，資源 的寶庫。 “天然的魚倉”、“藍(lán)色的煤?！?、“ 鹽類的故鄉(xiāng)”、“能量的源泉”、“娛樂的勝地” 等 , 充分說明海洋資源

2、的豐富。 海洋資源 ：海洋中可以被人類利用的物質(zhì)、能量 和空間。按其屬性分為海洋生物資源、海底礦產(chǎn)資 源、海水資源、海洋能源和海洋空間資源； （一）水資源 加強(qiáng)對海水資源的開發(fā)利用，是解決沿海和西部苦咸水地區(qū)淡水 危機(jī)和資源短缺問題的重要措施，是實(shí)現(xiàn)國民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn) 略的重要保證。 1、海水淡化，是開發(fā)新水源、解決沿海地區(qū)淡水資源緊缺的重要 途徑。 2、海水直接利用技術(shù)，是以海水直接代替淡水作為工業(yè)用水和生 活用水等相關(guān)技術(shù)的總稱。包括海水冷卻、海水脫硫、海水回注 采油、海水沖廁和海水沖灰、洗滌、消防、制冰、印染等。 3、海水化學(xué)資源綜合利用技術(shù)，是從海水中提取各種化學(xué)元素 （化學(xué)品）及其

3、深加工技術(shù)。主要包括海水制鹽、苦鹵化工，提 取鉀、鎂、溴、硝、鋰、鈾及其深加工等，現(xiàn)在已逐步向海洋精 細(xì)化工方向發(fā)展。 （二）礦產(chǎn)資源 1石油、天然氣。據(jù)估計(jì)，世界石油極限儲量 1萬億噸，可采 儲量 3000億噸，其中海底石油 1350億噸；世界天然氣儲量 255 280億立方米，海洋儲量占 140億立方米。上世紀(jì)末，海洋石油 年產(chǎn)量達(dá) 30億噸，占世界石油總產(chǎn)量的 50%。由于發(fā)現(xiàn)豐富的 海洋油氣資源，中國有可能成為世界五大石油生產(chǎn)國之一。 2煤、鐵等固體礦產(chǎn)。已發(fā)現(xiàn)的海底固體礦產(chǎn)有 20多種。中國 大陸架淺海區(qū)廣泛分布有銅、煤、硫、磷、石灰石等礦。 3海濱砂礦。海濱沉積物中有許多貴重礦物，

4、如：含有發(fā)射火 箭用的固體燃料鈦的金紅石；含有火箭、飛機(jī)外殼用的鈮和反應(yīng) 堆及微電路用的鉭的獨(dú)居石；含有核潛艇和核反應(yīng)堆用的耐高溫 和耐腐蝕的鋯鐵礦、鋯英石；某些海區(qū)還有黃金、白金和銀等。 中國近海海域也分布有金、鋯英石、鈦鐵礦、獨(dú)居石、鉻尖晶石 等經(jīng)濟(jì)價值極高的砂礦。 海上鉆井平臺 拖網(wǎng)獲取 錳結(jié)核礦 深海錳結(jié)核 4多金屬結(jié)核和富鈷錳結(jié)殼。多金屬結(jié)核含有錳、鐵、鎳、鈷、銅 等幾十種元素。世界海洋 3500 6000米深的洋底儲藏的多金屬結(jié)核 約有 3萬億噸。其中錳的產(chǎn)量可供世界用 18000年，鎳可用 25000年。 5熱液礦藏。是一種含有大量金屬的硫化物，海底裂谷噴出的高溫 巖漿冷卻沉積形

5、成，已發(fā)現(xiàn) 30多處礦床。僅美國在加拉帕戈斯裂谷 儲量就達(dá) 2500萬噸，開采價值 39億美元。 6可燃冰。是一種被稱為天然氣水合物的新型礦物，在低溫、高壓 條件下，由碳?xì)浠衔锱c水分子組成的冰態(tài)固體物質(zhì)。其能量密度 高，雜質(zhì)少，燃燒后幾乎無污染，礦層厚，規(guī)模大，分布廣，資源 豐富。據(jù)估計(jì)，全球可燃冰的儲量是現(xiàn)有石油天然氣儲量的兩倍。 在上世紀(jì)日本、前蘇聯(lián)、美國均已發(fā)現(xiàn)大面積的可燃冰分布區(qū)。中 國也在南海和東海發(fā)現(xiàn)了可燃冰。據(jù)測算，僅中國南海的可燃冰資 源量就達(dá) 700億噸油當(dāng)量，約相當(dāng)于中國目前陸上油氣資源量總數(shù)的 1/2。在世界油氣資源逐漸枯竭的情況下，可燃冰的發(fā)現(xiàn)又為人類帶 來新的希望。

6、 （三）食物資源 海洋可以為人類提供更多的食物 ,它是食物資源的最大潛在 源泉 ,它所儲存的蛋白質(zhì)、維生素、無機(jī)鹽等營養(yǎng)的數(shù)量不 亞于陸地 ,而且還要勝過陸地。一世界海洋的面積占地球表 面的 71%還多。海洋中大約生存著 18萬種動物 ,1.7萬種植 物 ,魚 2萬種 ,蝦 (小蝦、螯蝦、龍蝦、蟹、海參等 )幾千種， 此外，還有許許多多其它海洋動物。 僅位于近海水域自然生長的海藻，年產(chǎn)量已相當(dāng)于目前世 界年產(chǎn)小麥總量的 15倍以上，如果把這些藻類加工成食品， 就能為人們提供充足的蛋白質(zhì)、多種維生素以及人體所需 的礦物質(zhì)，海洋中還有豐富的肉眼看不見的浮游生物，加 工成食品，足可滿足 300億人的

7、需要，海洋中還有眾多的 魚蝦，真是人類未來的糧倉。 向 日 葵 海 星 蝎子魚 水母 （四）海水能源 由于海水運(yùn)動產(chǎn)生海洋動力資源，主要有潮汐能、波浪 能、海流能及海水因溫差和鹽差而引起的溫差能與鹽差 能等。估計(jì)全球海水溫差能的可利用功率達(dá) 100 108 千瓦，潮汐能、波浪能、河流能及海水鹽差能等可再生 功率在 10 108千瓦左右。 海水不但可以通過其熱能和機(jī)械能等給我們電能，從海 水中還可提取出像汽油、柴油那樣的燃料 鈾和重水。 優(yōu)點(diǎn) ：海水運(yùn)動的能量巨大、可再生能源、且沒有污染。 不足 ：海洋能源能量密度小，開發(fā)利用它們，需特殊的能量轉(zhuǎn)換裝 置，工程投資大、效益也不高。 目前具有商業(yè)開

8、發(fā)價值的是潮汐發(fā)電、波浪發(fā)電。 （五）海洋藥物 長期以來，人類防病治病多依賴于陸地上的生物。如今隨著 科技的不斷進(jìn)步，科學(xué)家膠越來越關(guān)注起具有特殊功能和結(jié) 構(gòu)的海洋生物，開發(fā)新藥的焦點(diǎn)已開始轉(zhuǎn)向浩瀚、富饒的海 洋。 海洋藥物的發(fā)現(xiàn)和使用在我國約始于公元前一世紀(jì)以前， 在古籍 神農(nóng)本草經(jīng) 上，就有海洋生物入藥的記載。到了 16世紀(jì)至 18世紀(jì)出版的 本草綱目 和 拾遺 這兩本書中，記載的海洋藥物已達(dá) 70多種，如海參、海馬、 海帶、海龜板等。近代從海洋生物中提取的魚肝油、瓊膠、 精蛋白、胰島素等也是療效很好的海洋藥物。 人類大規(guī)模地開發(fā)海洋生物資源、研制新藥，是從本世紀(jì) 70的年代開始的，并取得

9、了一些成果。 （六）海洋空間資源： 1、海洋空間包括海面、海底、海洋水體和海岸地帶。 2、海洋空間的開發(fā)利用：交通運(yùn)輸、生產(chǎn)、通訊、儲藏、 旅游等。海洋工程，例如日本神戶人工島、英吉利海峽海底隧 道、荷蘭填海造陸等。 3、分類： 交通運(yùn)輸空間 生產(chǎn)空間資源 通訊電力輸送 儲藏空間資源 文娛設(shè)施空間 土地資源 海洋空間資源的類型 可利用空間包括：海上、海中、海底 交通運(yùn)輸空間 生產(chǎn)空間資源 通訊電力輸送 儲藏空間資源 文娛設(shè)施空間 土地資源 海上 ： 港口碼頭、船舶、航海 運(yùn)河、橋梁、機(jī)場 海底：隧道、管道 電站、工業(yè)人工島、石油城、 海洋牧場 圍海造陸 海底電纜 海底貨場、海底倉庫、海上油井、

10、 廢物處理場 海洋公園、海濱浴場、海上運(yùn)動區(qū) 圍海造田 15.1.2 崛起的海洋技術(shù) 1. 海洋探測技術(shù) 海洋探測技術(shù)包括海面、海底探測技術(shù)，目的是探明海 洋資源的分布情況，為海洋資源的開發(fā)利用奠定基礎(chǔ)。 2. 海洋資源技術(shù)開發(fā) 海洋蘊(yùn)涵著豐富的資源，因此，開發(fā)技術(shù)涉及的領(lǐng)域非 常廣泛，如礦產(chǎn)資源開發(fā)技術(shù)，生物資源開發(fā)技術(shù)，化 學(xué)資源開發(fā)技術(shù)等等。 15.2 海洋探測技術(shù) 15.2.1 海洋科學(xué)考察船 海洋科學(xué)考察船又稱海洋 調(diào)查船，專供對海洋進(jìn)行水 文、氣象、生物、礦產(chǎn)資源和 物理、化學(xué)性質(zhì)的調(diào)查研究。 西班牙赫斯皮里蒂斯號 赴南極執(zhí)行考察任務(wù) 隨著空間技術(shù)的發(fā)展，人們 開始利用人造地球衛(wèi)星

11、從太空 中觀測海洋，海洋探測技術(shù)跨入 了衛(wèi)星時代。 目前，各國發(fā)身的海洋衛(wèi)星 大致分為兩類：一類是地球同 步衛(wèi)星，另一類是太陽同步極 地軌道衛(wèi)星，前者可定點(diǎn)觀測地球，后者可定時對海洋 表面某一區(qū)域進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測?，F(xiàn)在，這兩種衛(wèi)星作為海 洋探測技術(shù)不可或缺的重要手段，發(fā)揮著重要作用。 我國發(fā)射了第一 顆海洋 1號衛(wèi)星 15.2.3 潛水器 潛水器既是海洋探測工具， 又是進(jìn)行水下工程的重要設(shè)備。 可分為載人潛水器和無人潛水器 兩種。 載人潛水器下潛深度大，速 度較低；機(jī)動性能好，并安裝有 供觀察的舷窗和進(jìn)行采樣和水下 施工的多種機(jī)械手。 上圖為我國的 7000米載人淺 水器，左圖是美國“阿爾文”號。

12、 無人淺水器全部由母船控制，大體分為如下四類： 纜繩式自由航行無人淺水艇 拖曳式無人潛水艇 無纜式遙控淺水器 海底爬行無人潛水器 無人潛水器 15.3 海洋資源開發(fā)技術(shù) 15.3.1 海洋石油和天然氣開發(fā)技術(shù) 石油是人類社會發(fā)展的一種不可缺少的動力資源， 隨著陸地石油資源的耗盡，人們開始把眼光轉(zhuǎn)向了海 洋。人們發(fā)現(xiàn)，不僅在大陸向海洋延伸的地區(qū)即大陸架 蘊(yùn)藏著豐富的油氣資源，而且在許多深水的小洋盆或洋 盆邊緣也都找到了油氣礦床。 石油天然氣開發(fā) 的三大階段 普查性的地球物理 勘探，尋找可能儲 油、氣的地質(zhì)構(gòu)造 在找到的構(gòu)造上打 勘探井，查明類型 儲量等情況，以便 制定開采方案 打生產(chǎn)井進(jìn)行石油的

13、 采集、初步加工、存 儲等生產(chǎn)手段的建設(shè) 以及進(jìn)行生產(chǎn) 多少世紀(jì)以來，人們 對石油的開發(fā)僅僅限于陸 地。最初開發(fā)海洋石油氣 資源是在緊靠海邊的海濱 鉆斜井。后來又曾先后出 現(xiàn)土堤法和海水中修棧橋 的辦法。為了在更深更遠(yuǎn) 的海水中開發(fā)油氣，又發(fā) 明了與岸無引橋相連的孤立在海中的海上井場 海上固定平臺。 為了適應(yīng)鉆勘探井對流動性的要求，在固定平臺的基礎(chǔ)上又出現(xiàn)了 一種主要用于鉆勘探井的移動平臺，先后有：坐底式平臺、自升式 平臺、鉆井船和半潛式平臺。海洋石油和天然氣開發(fā)技術(shù)在當(dāng)代海 洋技術(shù)中占據(jù)極重要的位置，并有輝煌的前景。 15.3.2 海洋生物資源的開發(fā)和利用 海洋水產(chǎn)養(yǎng)殖與捕撈業(yè)是 歷史悠久的

14、生長活動，但它們 在新技術(shù)革命和新產(chǎn)業(yè)浪潮中 正經(jīng)歷著深刻的變化?，F(xiàn)代海 洋水產(chǎn)業(yè)的主要方向首先是開 發(fā)海洋“牧場”使各種人類需 求 的海洋動植物資源人工化，其次，利用先進(jìn)的技術(shù)發(fā)現(xiàn)、 開辟新的海洋漁業(yè)資源，改造和反展傳統(tǒng)捕撈業(yè)。圖為海上 捕魚的現(xiàn)場。 15.3.3 海水淡化技術(shù) 今天，地球上可供 人們利用的淡水資源非常 有限，人們采取淡化海水 的方法解決人類水資源匱 乏的局面。到目前為止， 淡化海水的蒸餾法、電滲 析法都已達(dá)到了工業(yè)生產(chǎn) 的規(guī)模，目前也較為成熟的海水淡化技法還有：冷凍 法。 海水淡化工廠 15.3.4 海洋能源開發(fā)技術(shù) 海洋能源開發(fā)技術(shù)是指開發(fā) 利用海洋中的潮汐、波浪、海流、

15、海 水溫度差等所蘊(yùn)藏的豐富能量的技術(shù)。 海洋能源儲量大、無污染，又是再生 能源，其發(fā)展前景引人注目。提高經(jīng) 濟(jì)效益是未來海洋能源開發(fā)技術(shù)發(fā)展 的關(guān)鍵。 BD102A型航標(biāo)燈用波浪發(fā)電裝置 15.4 空間與空間技術(shù) 15.4.1 空間：人類的第四環(huán)境 進(jìn)入空間需要克服的難關(guān)： 克服地球甚至太陽系引力 克服真空 適應(yīng)劇烈變化的溫度環(huán)境 防止有害輻射 正是因?yàn)檫@些困難，人類進(jìn)入外層空間經(jīng)歷了一個 漫長和艱苦的過程。 15.4.2 空間技術(shù)：鋪向通天路 空間技術(shù)是一門探索、開發(fā)和利用太空以及地球 以外天體的綜合性技術(shù)。 通常人們認(rèn)為， 航天器、運(yùn)載器、和 地面測控技術(shù)是空間 技術(shù)的三大支柱。 右圖為運(yùn)

16、載火 箭升空。 15.5 運(yùn)載火箭 15.5.1 航天之父：齊奧爾科夫斯基 出生于俄羅斯的齊奧爾科 夫 斯基 1883年便提出了宇宙飛船 的 運(yùn)動必須利用噴氣推進(jìn)原理， 并 畫出了飛船的草圖。 1903年他 發(fā) 表了 利用噴氣工具研究宇宙 空 間 的論文，深入論證了噴氣 工 具用于星際航行的可行性，被 尊 為“火箭之父”。 齊奧爾科夫斯基 15.5.2 火箭技術(shù)的發(fā)展 第一個成功發(fā)射液體火箭的人 是美國的達(dá)德教授，這枚裝有液氫和 汽油的火箭于 1926年發(fā)射成功。 另一位先驅(qū)者是德國科學(xué)家 奧伯特。 1923年，他發(fā)表 飛向行 星際空間的火箭 一書，創(chuàng)立了計(jì) 算多級火箭推理的數(shù)學(xué)理論。 達(dá)德

17、奧伯特 第二次世界大戰(zhàn)期間，德國 秘 密研制了 V 2導(dǎo)彈，從而促進(jìn)了火 箭 技術(shù)的快速發(fā)展。戰(zhàn)后，美國和原 蘇 聯(lián)出于軍事目的，競相發(fā)展自己的 導(dǎo) 彈系統(tǒng)。并先后成功爆破原子彈和 氫 彈。 由于核武器加上強(qiáng) 大的火箭就是軍事威懾力 量，因此美國和前蘇聯(lián)在 研制核武器的同時，也在 加強(qiáng)自己的火箭系統(tǒng)。 V 2導(dǎo)彈 美國原子彈爆炸成功 15.5.3 現(xiàn)代運(yùn)載火箭的結(jié)構(gòu) 現(xiàn)在，世界各國已研制 出幾十種運(yùn)載火箭，用于發(fā)射 航天器的現(xiàn)代運(yùn)載火箭大多分 為三級： 1. 箭體結(jié)構(gòu) 2. 推進(jìn)系統(tǒng) 3. 指導(dǎo)系統(tǒng) 右圖為我國研制的運(yùn)載 火箭。 15.6 人造地球衛(wèi)星 15.6.1 眾星熠熠 美國早在 194

18、6年就提 出了發(fā)射人造地球衛(wèi)星的可 行性報告，然而由于原蘇聯(lián) 在大型運(yùn)載火箭上的優(yōu)勢， 他們搶先于 1957年發(fā)射了第 一顆人造衛(wèi)星。次年，美國 也初次發(fā)射衛(wèi)星成功，美國以嶄新的態(tài)勢，與前蘇聯(lián)展 開激烈的太空競賽。 人造衛(wèi)星 15.6.2 人造地球衛(wèi)星的原理 1. 三個宇宙速度： 第一宇宙速度： v1g0R0 7.9 km/s 當(dāng)物體達(dá)到第一宇宙速度，就可以克服地球引力。 第二宇宙速度： v22g0R0 11.2 km/s 當(dāng)物體達(dá)到第二宇宙速度，就可以進(jìn)入太陽系。 第三宇宙速度： v3 16.6 km/s 當(dāng)物體達(dá)到第三宇宙速度，就可以飛出太陽系，進(jìn)入茫 茫太空。 2. 人造地球衛(wèi)星的發(fā)射：

19、 通常將人造地球衛(wèi)星送入軌道的方法有三種： 用運(yùn)載火箭發(fā)射 用航天飛機(jī)發(fā)射 用飛機(jī)發(fā)射 航天飛機(jī)與空間站對接模擬 3. 人造地球衛(wèi)星軌道 太陽同步軌道 極地軌道 靜止軌道 橢圓軌道 圓軌道 人造衛(wèi)星軌道 15.6.3 衛(wèi)星的應(yīng)用 按照其用途的不同，人造地球衛(wèi)星可以分為不同的 類型，其中主要有： 通信衛(wèi)星 對地觀測衛(wèi)星 導(dǎo)航衛(wèi)星 天文觀測衛(wèi)星 軍用衛(wèi)星 人造衛(wèi)星 15.7 載人航天 15.7.1 飛出地球 1961年 4月 12日，尤里 加 加林身著 90公斤重的太空服、乘 坐重達(dá) 4.75噸的宇宙飛船 東 方 1號進(jìn)入太空，成為世界上第 一個進(jìn)入宇宙空間的人，也是第 一位從宇宙中看到地球全貌的

20、人。 加加林 15.7.2 “ 阿波羅”登月計(jì)劃 “阿波羅 ”計(jì)劃從 1961年開始 實(shí)施至 1972年結(jié)束，共花費(fèi) 240億美 元，先后完成 6次登月飛行，把 12人 送上月球并安全返回地面。它不僅 實(shí)現(xiàn)了美國趕超蘇聯(lián)的政治目的， 同時也帶動了美國科學(xué)技術(shù)特別是 推進(jìn)、制導(dǎo)、結(jié)構(gòu)材料、電子學(xué)和 管理科學(xué)的發(fā)展。 參與阿波羅計(jì)劃的宇航員 首次登月圖片 15.7.3 空間站與航天飛機(jī) 空間站是一種可供多名 宇航員長期居住的大型 軌 道航天器。在空間站上 可 進(jìn)行多種科學(xué)試驗(yàn)，可 進(jìn) 行長期對地觀測和天文 觀 測等等。蘇聯(lián)是第一個 發(fā) 射空間站的國家。 國際空間站 航天飛機(jī)的用途非常廣泛，它 可

21、以發(fā)射各種衛(wèi)星，即在起飛前將衛(wèi) 星 裝入貨艙內(nèi)，當(dāng)進(jìn)入地球軌道后用 機(jī) 械裝置將衛(wèi)星抓起，送入太空。航 天 飛機(jī)也可進(jìn)行多種科學(xué)試驗(yàn)，或用 于 軍事用途，如進(jìn)行軍事偵察、俘獲 或 擊毀對方軍事衛(wèi)星，對地面目標(biāo)進(jìn) 行 攻擊等。 阿特蘭蒂斯號航天 飛機(jī)進(jìn)入發(fā)射位置 15.7.4 我國空間技術(shù)的發(fā)展與載人航天工程 新中國成立后，我國在 航天技術(shù)領(lǐng)域取得了舉世矚目的 成就。 1970年，第一顆人造地 球衛(wèi)星“東方紅 1號”發(fā)射成功。 1988年，“長征 4號”運(yùn)載火箭 成功發(fā)射了“風(fēng)云 1號”氣象衛(wèi)星。 1990年，“長征 3 號”運(yùn) 載火箭成功發(fā)射了美國研制的“亞洲 1號”衛(wèi)星。 東方紅 1號 2003年 10月 15日，由我國 首位宇航員楊利偉乘坐的完全由 我國自主設(shè)計(jì)制造的“神州 5號” 載人宇宙飛船順利發(fā)射升空。 飛船載著太空人楊利偉在太 空 飛行 21小時 23分，繞地球 14 圈，飛行 60多萬公里。我國 載 人航天事業(yè)進(jìn)入了新階段。 楊利偉 神州 7號