书城科普读物海洋知识小百科——工程篇
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第3章 人类水下生活(3)

20世纪60年代以来,水下住房经历了三代的发展历移。第一代水下住房,是由船上起重机吊放沉入海底,当然这一种早已被淘汰;第二代水下住房已有垂直运动的功能,即自身可以下沉上浮;第三代水下住房,不仅能垂直运动,而且还可以作水平运动,也就是所谓活动水下住房,它将潜水系统和固定水下住房的各种功能有机地结合起来,具有高度的自航机动能力。美国的“海底实验室”、俄罗斯的“底栖生物——300”都属于第三代,它们具有在水深300米的海底,不依赖外界,持续工作15天~30天的能力。

水下住房具有什么样的共同结构?

迄今为止,全世界已有上百个海底住房相继问世,最常见的水下住房则是“海底实验室Ⅱ”号这一类,它的主体为卧式的圆柱形。这类住房的整个主体被隔成工作舱、生活舱和卧舱三个房间。在主体的下面设有两个方形舱,一个用于存放潜水装备,另一个用于潜水员水下观察,这两个舱的下部各开一个出口供潜水员出入。主体的下部是储气瓶和压载水舱,水下住房的下潜和上浮就是通过压载水舱注、排水来完成。

水下住房的上部有个出口,供潜水员在水面出入。室内的工作舱里装备有先进的测试仪器,住房的任何异常现象都会在这些仪器上显示出来。除此之外,这里还有供海洋科学人员用的宽大实验桌和各种海洋观测仪器。科学家们借助这些仪器调查海底的水文、底质、深海生物、海底矿物状况。海底住房的工作环境幽雅,设备齐全,并设有舒适的休养和娱乐场所,是名副其实的现代化的水下基地。

水下住房有哪些类型?

早在20世纪60年代,美国的“海中人Ⅰ”号和法国的“大陆架Ⅰ”号相继在地中海进行试验,从此水下住房急剧增多,成为许多国家进行海洋生物、地质、物理、化学等学科现场研究和探测海底资源的基地。特别在海洋工程中,水下住房发挥了很大的作用,如检修海底电缆、建造海底工程、打捞失事船只都离不开水下住房。到现在为止,水下住房通常有三种类型:标准气压型,也就是住房内的压力为一个大气压;高压型,住房内压力与外界的压力相等;混合型,即上述两种型式的组合。水下住房的外形大多呈球形、椭球形、圆柱形,或者各种形体的组合。水下住房的外壳一般用耐压防腐高强度的钢材制成,也有采用橡胶、塑料、布料,以及透明的有机材料制成。

世界上最深的水下住房是哪一个?

1970年7月5日,总重量达7000多吨的“海洋实验室”号坐落到159米深的海底,它就是美国夏威夷海洋学院的马卡依实验场请瑞士工程师古士特夫·伐尔曼主持设计的世界上最深,也是最大的水下住房。它的最大工作深度为305米,可连续置于海底达7个月之久,可供8名潜水员在其中工作一个月。

与其他住房相比,“海洋实验室”号形状十分奇特:在两个长21米,直径为2.7米的浮筒上,铺设了方形的甲板。甲板的中心处是一个直径为3米的球形舱。两边各伸出一个长6米,直径为2.7米的筒形舱,一个是实验舱,一个是生活舱。两个舱都有独立的生活保障系统,必要时潜水员就可以在其中减压。甲板上有两个容积为25立方米的压载水箱,在压载水箱与水下住房之间还有两个应急减压舱,每个舱可容纳4个人,具有20天的自持力。

这个水下住房要用轮船拖航。向海底布防时,要先向浮体舱中放水,使房屋处于半浮半沉状态,继续向压载舱放水,它就沉到水下。下沉的速度可由人工调节压载水量的办法控制。为了使水下住房沉到海底时不受撞击,它的底座下还挂有两条长10米的绳子,绳上吊着2块重约1.5吨的重块。当重块落到海底时,水下住房立即就释放3吨的压载水,这就等于对房屋的下降速度进行了制动,水下住房坐落海底后,再向压载水箱放入15吨水,以便使它平稳地坐落在海底。

日本的海洋工程学家设计的海底城市是怎样的?

日本的建筑师和城市设计师们也十分热衷于海洋城市的建设。他们设计的海洋城市既不是浮在海面,也不是沉入海底,而是倾向于半潜式的城市结构,水上部分是公共设施,水下部分作居民住宅,这比全部沉入海底的建筑,从技术上讲容易一些。日本一个研究小组规划建造了2500个半潜式海洋城市,每个城市可居住2万~3万人,总共可容纳日本现有人口的一半。如果这个规划得以实现,这2500个海洋城市将像一串珍珠项链一样围在日本国土的四周,它们将集中反映人类进步的全部知识和智慧。

建造水下住房必须具备哪些条件?

尽管世界各国从20世纪60年代后设计、制造了许多形状大小各异的水下住房,但是任何一种水下住房都必须具备下列5个条件。

第一,必须有一个壳体。壳体可以制成“一”字型,这种形式虽然制造简单,但使用起来不太方便;也可以制成自由式的,如“星”形。房内还应设有淡水淋浴,使潜水员回到水下住房后能洗掉身上的盐水。如果在冬季,淋浴还应使用热水。

第二,要保证潜水员呼吸。在40多米以内的浅海中使用压缩空气即可,但在深海中就非用氦氧混合气不可。应该能及时补充被人体消耗掉的氧和分解人体排出来的二氧化碳气体,时刻检查水下住房的气体成分,排除其中有害气体。

第三,能保证潜水人员的食品和淡水供应。一个潜水员一昼夜需要3500卡的热量,食品应该是高蛋白的。饮用水质要好,生活用水量要大。

第四,要准确地把水下住房布设在海底,在浅海中尤其重要。

第五,要有足够的电能供应。如果水下住房没有电,那么潜水员就无法在里面居住。

一座水下住房不论是最简单还是最现代化的,都必须具备以上5项条件。

水下住房非做成钢壳不可吗?

大家已经知道很多种水下住房了,你是否认为它们一定要制成坚硬的钢壳结构呢?这可不一定,它们也可以做成“软”体的。早在1964年,美国工程师林克就用橡胶硫化的尼龙口袋制造了一座水下住房。它的长度2米,直径1.2米,口袋的入口处牢牢地连在金属圈上,圈的下端有一个水密门。为保证口袋有足够的强度,它又用网扣把口袋罩住。口袋内有吊铺和必备的仪器。氧瓶安放在金属圈的四周。二氧化碳分解系统装在轻便的箱子中。房屋用电由水面供应。这座房屋在1964年时就布设在132米深的水下了。2个潜水员在这座屋内居住了两昼夜,创造了当时深水居住的世界新记录。

希尔威兹教授的海底城市将怎样建造?

要在海底建设大规模的城市,大量的建筑材料完全依靠陆地是不经济的,大量的水下施工也是相当困难的,所以,现在已经有人想出了一种建造海底住房的新方法,并初步试验成功。这种方法建造水下住房既简便又经济,速度又快,而且非常坚固,维修也很方便。它就是美国建筑学家希尔威兹教授研究成功的新型海底建筑法。

这种方法是用网孔1英寸(1英寸=2.54厘米)见方的金属网做成圆筒,连接负极,圆筒中央竖一根铅管作为正极,然后将金属网圆筒沉入海底并通上电流,几天之后,负极的金属网上便生成犹如玻璃状的物质。希尔威兹教授在加勒比海的试验中,通电6周,金属网上的生成物就厚达1英寸。经研究分析,金属网上生成物的比重与水泥差不多,但比水泥还要牢固。这些生成物的主要成分是氢氧化镁和碳酸钙。你知道金属网上通电所使用的电源是什么吗?它仅仅是漂浮在海面上一只不大的太阳能电池。待金属网孔由生成物填满不透水了,就成了一座水下住房坚固的外壳体。根据需要,还可以控制这种生成物的厚度,如果到了预定厚度,只要切断电流就行了。同样如果有的地方破裂,一通电流便可很快修复好。

希尔威兹教授用这种方法在马绍尔群岛等地已经建造了海底养殖场,制造人工渔礁,获得了极佳的经济效果。他认为,这种方法完全有希望用于海底建筑,人们可以根据各种需要焊接好各种形状和结构的金属网架,然后通上电流,剩下的事情只要过一段时间去检查一下“施工”的进度和质量,当达到设计标准时,切断电流,建筑物的外壳也就竣工了。希尔威兹教授正使用他那支建筑学家的“笔”,描绘着海底城市的建筑蓝图,并要运用他自己创造的独特的海底建筑法施工,把蓝图变成现实。

未来的水下城市是什么样的?

在了解了水下住房之后,你是否想象得出未来水下城市是什么样的呢?在小型的水下住房已经日益完善的今天,如果把这众多相对独立又相互连接的水下住房组合在一起,不就成了一个海底居民点吗?再将若干个居民点组合在一起不就成了一个小城镇吗?进一步扩大发展下去不就成了海底城市吗?当然,如果要成为城市的话,必须要实现统一供电、供水、供气,统一安排各种公共生活设施,如医院、旅馆、公园、商店、菜场、学校、图书馆、娱乐场所等等,应该有海底城市内的水下公共汽车,还应该有穿梭于各海底城市间的水下直升飞机等等。这样一来,人们在那里工作生活就与陆地城市没有什么区别了。那时,海底同样有很多的就业机会,海底矿井、海底工厂、海底农场、海底养殖场,还有学校、医院、科研部门、服务行业等都需要大量的海底工作者。海底工作者必要时也可以到陆地上探亲访友、出差旅游。有人预言,2l世纪的海底将成为人类的第二故乡,甚至有些人会一辈子生活在海底。如果真是如此的话,他们的子孙后代在填写籍贯或出生地时,会是什么样子呢?是不是应该填写上某某洋某某海底的某某城市?而住址也只能一律用坐标来表示了。