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信號是通信衛星向地面接收器發射的電磁波信號。這些信號由多個衛星同時計算得出，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。當到達5米深的海水時，已經所剩無幾。

　　沒有了電磁波，“奮斗者”號該如何與外界取得聯系？又該找誰來給自己定位？

　　這就是“奮斗者”號“說話”的“嘴”——應答器，“奮斗者”號入海之后，應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，會發現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，會產生“雙耳效應”，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。

　　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。之后，這個坐標將被發送給“奮斗者”號，結合預先導入的大地坐標和海底地圖，“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。

　　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”號內部安裝有一套“慣性導航裝置”，會通過“加速度計”和“陀螺儀”等儀器不斷感應潛水器的位置、速度、姿態、方向，從而告知潛航員運動軌跡是否發生了偏移。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，由于慣性導航內部信息積累的特點，潛水器的狀態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慣性導航系統的美國鸚鵡螺號核潛艇從珍珠港出發，在歷時21小時穿越了北極冰蓋后，與原定目標點相差了37千米。

　　因此，為了盡可能提高導航精度，“奮斗者”號上還安裝了聲學多普勒測速儀、高度計、深度計和聲學通信等儀器。測量得到的數據將一起參與推算，并最大程度地減小誤差。

　　可以說

　　水聲定位和導航技術讓“奮斗者”號

　　真正能夠抵達海洋最深處

　　完成挑戰極限的創舉

　　而這一切的背后

　　是無數科學家、工程師對于誤差的錙銖必較

　　現在，這場“自駕游”才剛剛開始

　　而“奮斗者”號的前方

　　還有無數未知的神秘等待它去探索

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