泰坦尼克悲剧后的发明

来源 :发明与创新(综合版) | 被引量 : 0次 | 上传用户:mena
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
  电影《泰坦尼克号》中,承载着杰兜和露丝的爱情的巨轮因为没有及时发现冰山而不幸最终沉没。而央视热播电视剧《旗舰》中,我海军将领依靠声呐避过暗礁,闯过死亡海域,俘虏屡犯我领海的外国潜艇。导致这两种截然不同的结局的,除了本身年代科技发展的差距,关键还在于声呐。究竟什么是声呐?声呐又是怎样发明的呢?
  要了解声呐,首先要了解声波。声波是观察和测量的重要手段。在水中进行观察和测量,得天独厚的更只有声波。这是由于其他探测手段的作用距离都很短,光在水中的穿透能力有限,即使在最清澈的海水中,人们也只能看到十几米到几十米内的物体:电磁波在水中也衰减太快,而且波长越短,损失越大,即使用大功率的低频电磁波,也只能传播几十米。然而,声波在水中传播的衰减就小得多,在深海声道中爆炸一个几公斤的炸弹,在两万公里外还可以收到信号,低频的声波还可以穿透海底几千米的地层,并且得到地层中的信息。在水中进行测量和观察,至今还没有发现比声波更有效的手段。
  而声呐就是利用声波对水下目标进行探测和定位的装置,是水声学中应用最广泛、最重要的一种装置。
  说起声呐的发明,和许多发明创造一样,声呐的诞生依赖的也是社会的需要以及科学技术的不断进步。
  可以说,“泰坦尼克号”的沉没促使了回声探测仪的诞生。1912年4月14日,英国豪华人客轮“泰坦尼克号”在赴美首航途中的北大西洋与冰山相撞沉没,这一有史以来最大的海难事故在社会引起了很大震动,也刺激着科学家研究对冰山的探测定位。英国科学家L·F·里查森在船沉没后5天和一个月以后连续申报了两项专利,即利用声波在空气中和水中探测障碍物,提出要使用有指向性的发射换能器,但他没有继续探索以实现他的专利。1913年,美国科学家R·A·费森登申报了水下探测的多项专利,并用自己设计的动圈式换能器制造了第一台回声探测仪。1914年4月他用这台设备发出的500—1000Hz的声波成功地探测到了2海里外的冰山。
  1914年,第一次世界大战爆发。此次战争极大地推动了水声定位定向兵器的发展。第一次世界大战期间,德国潜艇大肆活动,展开了“无限制潜艇战”,一时横行无敌,对协约国和其他国家的海上运输造成了很大的威胁,几乎中断了横跨大西洋的运输。对此,协约国和其他国家十分恼火,相继发展水声设备,对水下的潜艇进行探测。当时不少著名的科学家都参加了这一工作。一位年轻的俄国电机工程师C·希洛夫斯基很早就在冰海沉船影响下开始了水声探测设备的研制,第一次世界大战开始后,他在瑞士山中养病期间,感到反潜战的重要性,于是他把自己的研究重心转为使用高频声波对潜艇进行回声探测的设想。他的建议在1915年2月得到法国政府的采纳,并把它交给法国著名物理学家Langevin教授负责实施。Langevin和希洛夫斯基采用云母静电换能器,在两个电极中安放云母片,加上交变电压后就可以发射声波,以碳粒传声器做接收换能器,用这样简陋的设备于1915年底和1916年初在赛纳河的两岸间进行传播试验获得成功,收到了海底的反射信号和200m外一块钢板的反射信号,实现了两公里的单向传播。他们成功的消息传到英国后,英国也成立了一个小组研制回声探测仪。
  为增大探测距离,就要提高发射的强度和接受的灵敏度,Langevin和希洛夫斯基利用1880-1881年间发现的压电效应来产生和接收超声波,只不过这样压电效应很微弱。恰巧,当时在电子学领域发明了大功率电子管高频放大器,这正好用来放大压电效应。剩下的问题就是寻找具有压电效应的石英单晶。
  1917年11月,Langevin终于说服一位眼镜商献出他珍藏多年的,直径约10英寸的石英单晶展品。Langevin从中切出晶片,做成石英压电接收换能器,配以云母静电发射换能器,完成了6km的单程信号收发,后来又利用石英替代云母完成了8km的单程信号传播,而且第一次搜寻到了1500m处潜艇的回波。
  英国人得知Langevin成功的消息后,开始到处搜寻大块的水晶。他们把找到的大量水晶块制造出回声探测器。美国科学家听了英法代表团介绍Langevin的成功后,也加强了这方面的研究工作。在这段时间里,人们还研制了被动声呐,通过收听敌舰的噪声来测定它的方位。最早的被动收听声呐只有两个接收器,通过带在人头上的听诊器收听。为准确地确定距离,后来发展成每侧多个水听器的有空间分布的线阵,靠旋转线阵,用耳朵判断敌舰的方位。
  可惜直到一战结束,他们也没有做出进一步的成果。超声回声探测成功太晚,没能在第一次世界大战中显示巨大威力。但是,Langevin和他的同事们的杰出成就,开创了超声检测应用技术的先河。
  第一次世界大战以后,主动声呐和被动声呐都得到进一步的发展。英美以发展主动式声呐为主,使用了较高的频率,使之与本舰的噪声频段相差较远,能不受本舰噪声干扰,如Langevin的声呐频率是38kHz,后继的声呐频率也大多在10kHz~30kHz,而且由于频率较高,可以形成很强的指向性。而此时德国是战败国,根据凡尔赛和约的规定,不得建立潜艇部队,并只能有吨位小的军舰,他们的注意力则集中在发展被动收听系统。德国的欧根王子号巡洋舰上装有每侧60个水听器的共形阵,设计精良,对以后的被动声呐发展影响很大。到1923年时,在法国物理学会50周年纪念展览会上展出了Langevin和希洛夫斯基共同研制的回声探测仪,在当时总共约有3000多条战舰装有不同型号的水声设备。1937年出现了温度深度计,能很快地测量和计算海水中声速随深度的变化,从而掌握声音传播的条件,为声呐的进一步发展打下了基础。
  第二次世界大战及战后的时间里,作为水声兵器的声呐得到了较全面的发展。该时期,声呐作用的距离不断增加,对目标的分辨能力不断提高,出现了各种类型的声呐,大到核潜艇上的巨型声呐,小到鱼雷头上的制导声呐。二次大战中为了使用声呐,美国集中力量深入地研究了声速分布对声传播的影响,美国和苏联各自独立地发现了由于水文分布而产生的大洋声道,声波在这里不会碰撞海面和海底,而可以传播很远的距离。在二次大战期间,交战各方共损失一千多艘潜艇,其中大部分是被声呐发现的。二战后,美、苏两霸进行军备竞赛,水声兵器也是重要内容之一。此后,随着信息论和数字处理技术的迅速发展,核潜艇和核导弹的出现,使原来近距离监测潜艇的战术性声探测,逐步发展为在大洋中远距离监测核潜艇的战略性声探测。
  声呐技术自诞生伊始至今已超过百年历史,从最初的探测水下冰山,到侦察打击潜藏在暗处的“敌人”,声呐始终是其中至关重要的一环。声呐的出现,不仅减小了航海事故的发生率,保护了人们的航海安全系数,也为保卫国家领海主权,维护国家安全立下了汗马功劳。
其他文献
神舟七号的航天员身穿我国自行研制的太空服走出船舱。大家看到的航天员出舱所使用的头盔面窗,就是由郑州大学橡塑模具国家工程研究中心的科研人员研制完成的。    日积跬步,志在飞天    接到航天员出舱头盔面窗的研制的任务后,郑州大学模具中心的科研人员十分兴奋。他们原以为完成这项光荣的任务会十分轻松和顺利,然而,当科研人员进行研制时才发现,这个外观看起来似乎与普通头盔面窗没有多大区别的产品,真要设计制造
创造性思维是人类的高级心理活动。心理学认为:创造思维是指思维不仅能提示客观事物的本质及内在联系,而且能在此基础上产生新颖的、具有社会价值的前所未有的思维成果。  创造性思维是在一般思维的基础上发展起来的,它是后天培养与训练的结果。卓别林为此说过一句耐人寻味的话:“和拉提琴或弹钢琴相似,思考也是需要每天练习的。”因此,我们可以运用心理上的“自我调解”,有意识地从几个方面培养自己的创造性思维。    
“地震能否被预测”等成公众关注科技问题    地震能否被预测、癌症能否被攻克、哥德巴赫猜想能否最终被证明……这些问题入选中国科协近日发布的“10个公众关注的科技问题”。  “10位传播科技的优秀人物”、“10部公众喜爱的科普作品”、“10个影响中国的科技事件”和“10项引领未来的科学技术”评选结果也同时发布。  为纪念中国科协成立50周年,中国科协今年3月在全国范围内组织开展了“五个10”系列评选
针对德国大肠杆菌疫情,华大基因的研究团队日前再获研究新进展,公布了第三版的含有最新测序数据的大肠杆菌基因组完整图谱,并且与军事医学科学院微生物流行病研究所合作研制出该大肠杆菌的诊断试剂盒,将无偿提供检测实验方法细节及所需引物序列信息,给全球范围内的病情诊断、疫情监测和污染源调查提供支持。  德国大肠杆菌疫情自今年5月中旬暴发以来,已对德国公众健康造成了严重危害,疫情也正陆续蔓延至欧洲各地。全球科研
激光时钟20亿年误差不到1秒    科学家们目前已经成功地研制出了新一代的激光时钟,这种时钟计时极其精准,在20亿年时间里几乎不会产生1秒的误差。这种迄今计时最为精准的激光时钟未来可应用于卫星导航,其在追踪地面移动目标时精度可以保持在1米以内。  科学家们设计制造的这种新型时钟以激光作为测量参考,能够使得20亿年的时间误差不超过1秒。未来,这种新型时钟可以广泛应用在地面卫星导航上,将使得汽车自动驾
新保鲜剂可使食物保质期延长数年  美国研究人员发现了一种天然的保鲜剂,可将食物的保质期延长至几年。  这种神奇的保鲜剂名叫“比辛”(bisin),存在于部分无害细菌中。  研究人员称,比辛能有效抑制大肠杆菌、沙门氏菌和李氏杆菌等有害病菌的滋生,从而有效防止肉类、鱼类、禽蛋和奶制品的腐败变质,延长海产品、奶酪制品和罐头食品等的保质期限。  一些加入了比辛的食品无需放在冰箱里就可以存放几年的时间;甚至
我的父亲康念祥是江西吉安禾埠桥康家村的一个贫苦农民,1930年10月红军解放吉安时参加队伍,1933年加入中国共产党,参加了中央苏区反“围剿”的战斗。1934年8月,第五次反“围剿”时,父亲被安排担任博古的警卫员。  笑谈“掌玺大臣”  父亲回忆说:“博古了解了我的情况后,看到我强壮高大很高兴。”那时离战略转移(当时还没有提出“长征”的概念)只有10天的时间了(中央机关10月10日从瑞金开始转移)
永不撞车的双轮电车    在最为艰难的经济时期,往往会诞生一些最具创新力的思想。美国一家汽车公司联手电动机车制造商,开发了一款新型环保双轮电车——PUMA。PUMA集快速、便捷、安全、清洁、价格低廉等诸多优点于一身,是世界各地传统轿车的理想替代品。  这项研发计划名为“都市个人机动与可达性”(Personal Urban Mobility and Accessibility),英文缩写为PUMA,
筷子机器人    台湾某科技大学教师提出“筷子机器人”的设想,近日付诸形成。由于“筷子机器人”具有学习能力,设想者希望它未来运用生活帮助人类,例如宠物狗,或进入战地搜寻地雷,甚至登上获刑。由于这种机器人是筷子搭起来的,重量很轻,也很便宜,只要两千元新台币的成本据可以完成一个。  研发者是个横跨管理、生物、计算机领域的对才学着,十五年前写论文提出这一设想,最近形成明确的构想;把这些筷子兜成机器人。 
日前,美国GE公司全球研发中心宣布将与美国多家科研院所合作开发仿生光敏传感器。据悉,这种传感器灵感来自蝴蝶翅膀因其本身纳米结构所具备的敏锐的感光性和化学感知特性,将比传统传感器更加灵敏,而且成本更低,有望应用在爆炸物检测、水质检测、环境监测、食品安全及健康等领域。 蝴蝶翅膀有一个神奇功能——在不同气体环境中能够显示不同的色彩。这是由于蝴蝶翅膀鳞片具有一种独特的纳米结构,这种结构对周围的气体环境非