央视新闻客户端|“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
正在自驾游的你
穿过一个隧道时
被GPS告知信号弱
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与此同时
马里亚纳海沟
刚刚下潜到水下5米的“奋斗者”号GPS信号完全丢失
而此时它的深海之旅才刚刚开始
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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”？
想要在海底来一场说走就走的旅行 ， 要解决三个问题 。
首先我们想要知道
“奋斗者”号的GPS信号为何会丢失？
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为此 ， 我们要先知道GPS信号是什么 。
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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 。
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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 。
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 。
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？
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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 。
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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 。
知道了距离之后
怎样才能进一步获得“奋斗者”号在海底的准确位置？
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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 。
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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 。
【央视新闻客户端|“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】
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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 。
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知道了自己的位置
也知道了马里亚纳海沟的最深处在哪
就只剩下最后一个问题了
“奋斗者”号如何才能“永往直前”？
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破解问题的方法 ， 是利用“惯性” 。
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“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 。
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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 。
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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 。
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可以说
水声定位和导航技术让“奋斗者”号
真正能够抵达海洋最深处
完成挑战极限的创举
而这一切的背后
是无数科学家、工程师对于误差的锱铢必较
现在 ， 这场“自驾游”才刚刚开始
而“奋斗者”号的前方
还有无数未知的神秘等待它去探索
（总台央视采访人员 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）
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