“奋斗者”号如何深海定位导航？公众科学日一起探索声音奥秘

“万米的海底，妙不可言。”

2020年11月10日8时12分，“奋斗者”号全海深载人潜水器成功坐底马里亚纳海沟，刷新了我国载人深潜的新纪录，三位潜航员在地球最深处向国人直播海底世界。

潜航员如何跟海面上的人们直播交流？在漆黑一片的深海，“奋斗者”号怎么躲避障碍物？这些都能在中国科学院声学研究所东海研究站找到答案。

5月22日，“走进声学世界·探索声音奥秘”2021年公众科学日活动在这里举办。“奋斗者”号高仿真模型、科普舞台剧表演、科普讲座、趣味实验、潜航员分享会等，让参观的上海中小学生近距离感受声学魅力。

中科院声学所东海研究站举办“走进声学世界·探索声音奥秘”公众科学日活动。 本图片均由澎湃新闻记者 张慧 摄

“奋斗者”号上的声学密码

“‘奋斗者’号下水后，往哪走？怎么走？”在“奋斗者”号高仿真模型旁，有参观学生向中科院声学所副研究员童晖提问。

在陆地上，人们有导航软件帮忙，但是海水会阻碍电磁波远距离传播，意味在深海中，信号失效了。因此，声波成了潜水器的通讯导航利器。

童晖说，在深海里，声学多普勒测速仪、定位声纳、惯性导航等设备共同帮助潜水器定位导航。定位声纳告诉潜航员现在在哪儿，母船安装定位声纳基阵，潜水器安装应答器，它们之间借助声波互相喊话；多普勒测速仪利用多普勒效应测量潜水器的行驶速度，以及潜水器下方的海流速度，经过运算，就能得出潜水器的轨迹，让潜水器和母船知道对方的位置。

参观学生与“奋斗者”号模型合影

露在潜水器外面的多种声纳设备，也发挥着不同的功能。前视成像声呐好似“眼睛”，负责探测前方的目标和海底地貌；避碰声纳安装在潜水器四周各个方向，实时监测自己到各个方向障碍物的距离，为潜航员提供“路况”信息。

从“蛟龙”号、“深海勇士”号一路走来，“奋斗者”号的声学系统实现了完全国产化，该系统由中国科学院声学研究所牵头研制。

深海科学与信息技术研究室主任郭霖告诉记者，声学导航是如今水下高精度导航的主要手段。此外，载人潜水器的安全性非常重要，潜水器下水后，除了自身感知环境信息，还有很多信息要靠母船支持，进行信息交互就需要通信。水声通信是“奋斗者”号与海面母船之间沟通的唯一桥梁，能够实现潜水器从万米海底至海面的实时文字、语音和图像传输。

参观学生观察超声乳化实验

让声学实验可玩可看可体验

水和油不能互溶，在超声波的作用下，水和油混合形成乳白色的液体。看到这一幕，有学生感到神奇又疑惑，这能有什么应用？工作人员解释说，超声乳化可用在化妆品的制造中。

在趣味声学实验区，东海研究站设计开发了10余项趣味声学互动实验，除了“油和水的交融”——超声乳化，还有“看见你的声音”——声音特性、“云里雾里”——超声雾化、“污垢杀手”——超声清洗、“神奇悬浮术”——超声悬浮、“广场舞神器”——超指向性声源等。通过一个个神奇而又震撼的声学现象，无所不在的声音变得看得见、摸得着、玩得了，参观的中小学生们能亲身体验声学科学。

参观学生敲击薄板，观察克拉尼图形。

为什么要设立公众科学日向学生开放？郭霖表示，深海探索是一个系统工程，除了潜水器，还有信息支持系统、船等各种各样的海洋仪器装备，这需要许多科学家和工程师一起攻坚克难。海洋强国目标的实现需要一代代人的接力，如果孩子们从小接触海洋科学，并对此感兴趣，借助日益开放的信息，他们就能更早了解海洋、关注海洋，并积累知识、为日后打下良好基础，很多科学大家的经历就是如此。

郭霖说，地球表面71%被海水覆盖，想了解地球，就必须充分了解海洋。气候问题、环境问题中，海洋在其中占据了很大比重。

他还提到，如今人类有移民火星的想象，有没有可能在将来也移民海底？要去海底生活，就要将海底建设得像陆地一样；还有旅游观光、海底采矿……这一切的发展，全部要靠技术的支撑。“如果年轻一代可以在人生更早阶段介入、参与海洋科学，对国家整个海洋科学的发展，应会有很大的促进”。