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正在自駕游的你
穿過一個隧道時
被GPS告知信號弱
與此同時
馬里亞納海溝
剛剛下潛到水下5米的“奮斗者”號GPS信號完全丟失
而此時它的深海之旅才剛剛開始
接下來，潛航員們該如何在黑暗中知道自己的位置？又該怎樣向著馬里亞納海溝的最深處，摸黑來一場萬米海底“自駕游”？
想要在海底來一場說走就走的旅行，要解決三個問題。
首先我們想要知道
“奮斗者”號的GPS信號為何會丟失？
為此，我們要先知道GPS信號是什么。
GPS信號是通信衛(wèi)星向地面接收器發(fā)射的電磁波信號。這些信號由多個衛(wèi)星同時計算得出，目的是精確地推斷出你的位置。不過，電磁波雖然在真空和空氣中有極快的速度，卻難以穿透路上的障礙物。
同樣，阻擋了“奮斗者”號GPS信號的障礙物，正是它頭頂厚厚的海水。
電磁波射入海水后，會不斷被海水吸收。當(dāng)?shù)竭_5米深的海水時，已經(jīng)所剩無幾。
沒有了電磁波，“奮斗者”號該如何與外界取得聯(lián)系？又該找誰來給自己定位？
這就是“奮斗者”號“說話”的“嘴”——應(yīng)答器，“奮斗者”號入海之后，應(yīng)答器會間隔固定的時間不斷放出聲波信號，而科考母船的船底則裝有“耳朵”——換能器。
這樣，科考母船就可以及時捕捉到“奮斗者”號的信息，并根據(jù)聲音傳播的時間測算兩者之間的距離。
知道了距離之后
怎樣才能進一步獲得
“奮斗者”號在海底的準(zhǔn)確位置？
你知道自己為什么有兩只耳朵嗎？如果你捂住一只耳朵，會發(fā)現(xiàn)只能通過聲音大小判斷聲源的距離，而無法感覺出它來自哪里。人耳在工作時，會產(chǎn)生“雙耳效應(yīng)”，通過兩只耳朵接受聲音的時間差和音量差，判斷音源的空間坐標(biāo)。
同樣，從這篇國家海洋局的論文中，我們可以看到，母船底部的換能器不止一個，而是由多個換能器組成基陣，長這個樣。
當(dāng)基陣接受到聲波時，會計算相位差Φ、波長λ和斜距R，由此算出“奮斗者”號的空間坐標(biāo)。之后，這個坐標(biāo)將被發(fā)送給“奮斗者”號，結(jié)合預(yù)先導(dǎo)入的大地坐標(biāo)和海底地圖，“奮斗者”號就可以知道自己身處何方了。這就是“大海深處的GPS”——水聲定位技術(shù)。
知道了自己的位置
也知道了馬里亞納海溝的最深處在哪
就只剩下最后一個問題了
“奮斗者”號如何才能“永往直前”？
破解問題的方法，是利用“慣性”。
“奮斗者”號內(nèi)部安裝有一套“慣性導(dǎo)航裝置”，會通過“加速度計”和“陀螺儀”等儀器不斷感應(yīng)潛水器的位置、速度、姿態(tài)、方向，從而告知潛航員運動軌跡是否發(fā)生了偏移。而這些儀器精度之高，即使“奮斗者”號的偏移量只有一枚硬幣的厚度，也能馬上被檢測到。
然而，由于慣性導(dǎo)航內(nèi)部信息積累的特點，潛水器的狀態(tài)測算誤差會不斷積累，最終可能帶來巨大的位置偏差。1958年，裝備了1套N6-A1慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的美國鸚鵡螺號核潛艇從珍珠港出發(fā)，在歷時21小時穿越了北極冰蓋后，與原定目標(biāo)點相差了37千米。
因此，為了盡可能提高導(dǎo)航精度，“奮斗者”號上還安裝了聲學(xué)多普勒測速儀、高度計、深度計和聲學(xué)通信等儀器。測量得到的數(shù)據(jù)將一起參與推算，并最大程度地減小誤差。
可以說
水聲定位和導(dǎo)航技術(shù)讓“奮斗者”號
真正能夠抵達海洋最深處
完成挑戰(zhàn)極限的創(chuàng)舉
而這一切的背后
是無數(shù)科學(xué)家、工程師對于誤差的錙銖必較
現(xiàn)在，這場“自駕游”才剛剛開始
而“奮斗者”號的前方
還有無數(shù)未知的神秘等待它去探索
