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一艘能够竖立的“船”（科普文章）

阅读：1059 次 2022-03-23 08:14:11

一艘能够竖立的“船”

中国引航协会陆悦铭

在第二次世界大战结束之后，法西斯国家德意日全部战败、英法等西欧国家实力严重削弱，美国因实力大增登上了资本主义霸主的地位。社会主义阵营迅速扩大，以苏联为首的社会主义阵营开始与以为美国为首的资本主义阵营全球对峙，双方在政治、军事、经济、意识形态等对抗和对立，在人造卫星、登月、航天、核武器、导弹、航空、航海、潜艇等军事领域全方位竞争，情报搜集工作也不例外。

一、一艘能够竖立“船”的由来

五十年代，在欧米茄（OMEGA）低频双曲线无线电导航系统和全球定位系统（GPS）出现前，潜艇主要通过惯性导航系统(INS)和水声定位系统(APS)联合定位，加上航迹测绘、洋流预测和海图资料推算等得到潜艇的位置，但是这个位置不是很精确，并且会有不断积累的误差。潜艇根据声纳回波测距、测地貌等可以帮助修正定位，还装备不同用途的声纳用于通信、识别敌我、导航、警戒、探雷等，但声纳同时也威胁着潜艇自身的安全，容易被敌方发现。另外，潜艇推进器、机械设备运转的噪声也是灾星。冷战期间的两个超级大国都在努力创造新武器并改进旧武器的性能。在海军的舰艇领域，研究人员看到了声纳系统还有发展的希望，发现了潜艇的声纳、噪声也是情报等，都可为提早发现敌方潜艇的有效性服务，部分海军舰艇、科研船安装相关的设备搜集敌方舰艇的声纳和噪声，但是受到本船机械设备运转噪声的影响，效果不佳。美国科学家受到柱形浮标的启发，设计了一艘像棒球棒一样的“船”（也有说是像勺子一样的“船”），既能躺着还能竖立。

柱形浮标和像棒球棒或勺子一样的“船”

该“船”的下水时照片

1962年，三位设计者与“船”模合影

因为该“船”没有动力，移动时需要拖船帮助拖曳。拖船将其拖至目的地后，该“船”翻转90°，成为竖立的“船”，看起来还像一座漂浮的金属树屋，用于搜集各类水下的声纳和噪声信息等。

该“船”早期翻转时的照片

该“船”总长108米，有两部分组成，一部分是安装了一些设施、总是露出水面的上层建筑；另一部分是直径不同的圆柱形单元，类似于潜艇的船体。翻转90°后，约有90米的“船”体沉入水中，此时“船”的吃水从3米变为90米。

二、该“船”的船名及其工作原理

美国海军在开始设计时，称此项目为“Floating Instrument Platform”，也就是“浮动测量仪器平台”的意思。到了要命名时，他们把“Floating”中的FL、“Instrument”中的I、“Platform”中的P组合在一起，“FLIP”就成为船名。而英文“FLIP”是“翻转”的意思，该“船”又要翻转90°后才能工作，这个船名与其特性高度契合。该“船”于1962年6月22日投入使用，不工作时停靠在西海岸加利福尼亚圣地亚哥的第3舰队海军基地。

“FLIP”停靠在第3舰队海军基地

“FLIP”的“船”体中有十个舱，其中的八个作为压载舱，当向压载舱中泵入水，即可改变船身重心，让“船”身90°翻转；通过改变泵入水的速度，可控制船身翻转的速度，正常情况灌入700吨水需28分钟，“船”就竖立起来。下图是该“船”翻转过程示意图。用压缩空气将压载舱中的水排出，“FLIP”便返回到原先躺着的位置。

“FLIP”翻转90°示意图

三、“FLIP”的用途

“FLIP”没有推进器，仅有两台150千瓦发电机作为主电源，以及一台40千瓦备用发电机，他们都安装在上层建筑。“FLIP”还可以关闭发电机并在短时间内依靠电池供电，确保其绝对安静，不会污染水下传感器收集声学数据，对声学仪器的潜在干扰最少。设计者通过“FLIP”合理稳性的确定，翻转后的“FLIP”，其横摇幅度仅仅在1°左右，非常稳定；因其在海面的横截面比一般船舶小很多，受风浪影响的颠簸也比一般的船舶大幅度减小，只有波高的十分之一，这样一个安静、稳定的平台，非常适合海上精确的科学测量和聆听海洋中各种声音，创造一个比传统科研船更安静、稳定的空间。

后来，科研人员发现，这样一个安静、稳定的平台也可以对水面及水面以上的空间进行科学观察，用于波浪、水温、表面洋流和海洋气象的研究等，于是在每一次次的大修中，上层建筑增加像起重机那样“吊臂”越来越多。

被拖着航行的“FLIP”

躺着的“FLIP”

竖立着工作的“FLIP”

在“FLIP”的“船”身中安装的多种测量仪器、传感器，如远离海平面的水听器、多普勒声纳等设备，用来获取各类声学信息；可测量不同水深的水温、密度、盐度梯度变化，研究深水湍流、海洋环流；还探测海底地震及地震波的传播，对海洋鱼类和哺乳动物进行观测，搜集水下浮游生物、远方舰船移动时发出的微弱声音等，进行水声学、海洋学研究。配备的深海绞盘可以将测量仪器放至4000米的深海中，进一步探索海底世界的深奥与神秘。“FLIP”的上层建筑中有四根水平方向可以延长的“吊臂”，同样可以安装各种各样的测量仪器、传感器和遥感设备，如红外成像仪、微波辐射计、微波雷达、激光雷达和摄像机等用于精确测量海面的洋流、波浪的波形和波高及变化、海浪频谱、海面上风和海浪的相互影响等，其中的红外成像仪拍摄海洋表面温度变化的照片，专注于破碎的波浪导致来自下方的水混合到表面时发生的微小但可测量的温度变化。

安装在四根“吊臂”上各类仪器设备的示意图

其中的一根“吊臂”

另一根“吊臂”

站在“吊臂”上的科研人员

“FLIP”还配有三个重达9吨的锚，“船”抛锚后可保持在一个固定位置进行较长时间的观察和测量。对于另一些研究项目，“FLIP”可以“随波逐流”，曾在某一次的观察和测量中漂移了240公里。

四、“FLIP”上的工作、生活设施

目前，“FLIP”上的工作、生活设施及物资储备可满足5名船员以及11名科学家在海上停留35天的需要。在“FLIP”设计时就考虑其翻转的特性，相关的设施可以在躺着或竖立时都可使用，大多数实验室、船舱有两个互相垂直的门，洗脸盆、水槽在一起配置相互垂直的两个。发电机、实验设备、科学仪器、厨房里的炉灶、冰箱、工作台、马桶和储物柜等安装对称轴，当“船”翻转时，它们始终保持在直立可用的位置，并且固定方便。16个床铺像吊床，也可以旋转，一旦进入新的位置，就会被锁定。两个淋浴间——一个用于“船”躺着时，一个用于“船”竖立时。

设置了两个相互垂直的洗脸盆

“FLIP”躺着时，看到的门窗和楼梯

最初设计的“FLIP”是这样的模式，即科学家仅仅是在需要搜集信息、研究、安装和维护科研设备等工作时才登“船”，休息则在附近的守护舰上；船员二十四小时轮流在“船”值守。但是后来发现科学家们不愿去附近的守护舰上休息，一是“船”上的工作、生活有一种图形错觉感，非常有趣。门、洗脸盆和楼梯等同时出现在垂直和水平两个方向上。于是，门安装在地板上，天花板上有舷窗，物体安装在可旋转的轴上等。二是“船”上非常安静和稳定，床铺还算舒适。三是科学家们认为机会难得，也就是数周，愿将更多的时间花在这“船”上工作，据说最后一点是主要的，这是设计者没想到的。在后来的修理、改造过程中，“FLIP”的生活设施有一定的改进和完善。

“FLIP”和附近的守护舰

“FLIP”还配备了包括陀螺仪、GPS和航海雷达等导航设备，包括HF、VHF、INMARSAT等通信设备。“FLIP”中的一个舱内可储存近60吨淡水，也使用反渗透淡水制造装置，每天可制造约1.5吨淡水，供在船的船员和科学家生活使用。

“FLIP”正在翻转中

五、“FLIP”的未来

“FLIP”建造时预期是30年的使用寿命。在九十年代初进行了大修，说是可继续提供15年的服务。2012年，美国海军为她庆祝了五十岁的生日。截止到2013年6月30日，“FLIP”共完成了381次翻转，其间不停地根据需要增删仪器设备，足迹远至夏威夷，也部署到大西洋，媒体报道说她支持了无数的基础和应用科学研究，在冷战时期为提高海军作战能力作出了贡献。

今年是“FLIP”服役第六十个年头，这之前关于她的报道较少。有专家认为她能继续满足科学研究需求，建议继续利用她的独特能力。也有专家认为，科学技术突飞猛进，“FLIP”能够做的事情，其它包括无人机、遥测遥感设备也能完成，不再需要“FLIP”。更有专家在设计“FLIP II”，她将是一艘自航船，可以有更大的活动空间和自由停靠；增加尺度，以提高船员和科学家的数量及改善居住舒适性；对以前的设计进行重新评估并加以改进，让美国在海洋声学、海洋鱼类和哺乳动物及微生物、地球物理学、海洋物理学、气象学和激光传播试验研究继续领先世界。所以很难说“FLIP”的前景如何。

因“FLIP”是世界上独一无二的“船”，加上独特的外观和布置，使其成为世界范围内令人惊叹的奇异的“建筑物”和许多纪录片的主题。“FLIP”离拆解不再遥远，有人建议将“FLIP”的上层建筑竖立在海事博物馆或海军基地，这样人们就可以继续看到她并拥有她。

在我国，由拖船拉着或推着行驶、没有动力装置、用来运输货物或旅客的船，称驳船，因此她是一艘驳船。《1972年国际海上避碰规则》第三条一般定义中，对“船舶”一词的解释是指用作或者能够用作水上运输工具的各类水上船筏，包括非排水船舶和水上飞机，因此她是一艘船。但在她竖立工作期间，其性质又与海上石油钻井平台、灯船和大型灯浮(LANBY，兰比)接近，因此她不是一艘船，这是笔者称其为带双引号船的理由。您怎么看呢？

来源： 中国引航协会陆悦铭

信德海事网

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