芝麻世界11月28日，我国自主研制的万米载人潜水器“奋斗者”号全海深载人潜水器成功完成万米海试胜利返航。在11月10日8时12分，继“蛟龙”号和“深海勇士”号之后，“奋斗者”号成功坐底世界最深处马里亚纳海沟，坐底深度10909米，这意味着中国载人深潜事业取得新突破，我们可以驾驶潜水器到达海底世界的任一角落。
（图片来源：央视新闻）
不过，你有没有想过，在漆黑一片的海底，我们是如何回答几个灵魂拷问的：“我在哪儿？我要怎么走？”
在陆地上开车，手机上随便一个地图导航都可以告诉我们怎么走，走第几行车道，所以我们一般不会迷路。哪怕方向感不好，真的迷路了，拍个照片，给亲人朋友发微信或打个电话，他们肯定会帮上忙。夜晚还可以打开车灯，照亮前方的路。
（图片来源：作者提供）
但是到了深海，伸手不见五指，电磁波受海水的吸收影响，衰减特别大。电话肯定是打不了，更别说地图导航和微信了。而光学辅助成了“近视眼”，一般是几十米开外就难以看清了。潜航员怎么才能找到正确的路线呢？
不要担心，我们还有声波！声波在水中传播时衰减远小于电磁波，成了潜水器的通讯导航利器。
中科院声学所作为我国载人潜水器声学系统的总负责单位，从“蛟龙”号开始，就一直为载人潜水器研制必需的声学系统，为潜航员安全驾驶提供了可靠的技术保障。
今天我们就来认识一下载人潜水器上的声学系统。
注意，下面开始划重点，潜航员“驾考”必考题之声学系统篇~
声学系统有哪些？
按功能来分，载人潜水器的声学系统主要包括水声通信机、测深侧扫声纳、前视成像声纳、定位声纳、多普勒测速声纳以及避碰声纳等。
“蛟龙”号载人潜水器声学系统总体布置图（图片来源：作者提供）
那么，他们各自有什么本领呢？让我们一起来下潜一次，领教一下就知道啦！
入海下潜，水声通信初露头角
驾驶载人潜水器（以下简称潜水器）向海底进发，这个过程不需要特别复杂的操作，这时声学系统中的水声通信机发挥主要作用，负责将潜水器的各项状态参数（如舱内温度、湿度、温度以及下潜深度等）回传至海面母船。
（图片来源：央视频）
水声通信机是潜水器与母船之间沟通的唯一桥梁。它支持4种通信模式，分别是相干水声通信（用于图像等数据高速实时传输）、非相干水声通信（用于数据和文字等传输）、扩频通信（用于恶劣条件下的指令传输）以及单边带调制技术（用于语音传输，实现水下打电话）。
很明显，下潜阶段的主要工作模式是非相干水声通信。
到达海底，“路况信息”声纳一扫全知道
在陆地上开车之前，我们首先需要知道前方的实时路况。潜水器到达海底开始作业之前，也要通过各种声纳“侦察”一番。
测深侧扫声纳通常安装在潜水器的两侧。测深声纳通过测量海底深度信息获取潜水器两侧海底的地形（高低起伏），而侧扫声纳通过感知海底反射声波来获取海底的地貌（比如判断主要成分是岩石还是淤泥、是否有矿）。最终，就可以获得潜水器两侧海底的微地形地貌，以及海底和水中的目标，探测距离达200~300米。
“蛟龙”号在7000米海底获取的海底微地形地貌图（图片来源：作者提供）
前视成像声纳则安装在潜水器前部，负责探测前方的目标和海底地貌，最远探测距离超过200米。
“蛟龙”号坐底时成像声纳获取的海底图像（图片来源：作者提供）
简单来说，测深侧扫声纳和前视成像声纳为潜航员绘制了方圆200余米的海底地图，根据地图就可以规划潜水器的行走路线了。
但是这还不够。开车行驶在公路上时，我们常会看到 “前方施工，请绕行”“前方隧道限高3米”等提示标语。在海底，载人潜水器也会碰到这样的状况，谁来提醒潜航员呢？这时候，避碰声纳开始显神通了。
（图片来源：作者提供）
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，避免发生碰撞。同时下方的避碰声纳还可以提供潜水器距底高度数据，用于控制定高航行。它的最大作用距离可达100余米，可以为潜航员在碰到障碍物之前提供充分的规避时间。
所以，避碰声纳是安全员：“一定要保持安全车距哦！”
巡航阶段，导航在手不迷路
那么问题又来了，在陆地上，想去哪儿都有导航软件帮我们，告诉我们在哪个位置、车速是多少、预计多久到达目的地，海底的“导航软件”是什么？不要慌，定位声纳和多普勒测速声纳来帮你。
定位声纳的工作过程是这样的，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。母船的定位声纳基阵有很多只“耳朵”，它收到潜水器的喊话后，通过计算每只“耳朵”与潜水器之间的距离，就可以精确定位潜水器，再把定位结果通过水声通信机传递给潜水器。这样就可以实现导航。
定位声纳测量的潜水器轨迹（图片来源：作者提供）
多普勒测速声纳安装在潜水器的腹部，它可以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。多普勒测速声纳配合惯性导航仪，就可以准确告知潜航员当前潜水器的速度、姿态和方向。
通俗来说，定位声纳告诉潜航员现在在哪儿，多普勒测速声纳告诉潜航员潜水器的速度有多快（千万不要超速啊）。
依靠它们，潜航员就可以随心所欲地驾驶潜水器，想去哪儿就去哪儿，再也不怕迷路了！
海底作业阶段，水声通信再次登场
当潜航员到达某个区域展开作业时，发现了罕见的海底生物，拍摄了值得纪念的瞬间，怎么实时分享给在海面上的人们呢？
又到了水声通信机施展才能的时候，它的水声电话功能和相干水声通信模式支持语音、图片的实时可靠传输，这就是妥妥的“水下QQ/微信”呀！
“蛟龙”号传回的海底和生物照片（图片来源：作者提供）
“奋斗者”号从马里亚纳海沟传回的潜航员语音（图片来源：央视新闻）
“奋斗者”号从马里亚纳海沟传回的潜航员照片（煎蛋+炒面，看着就香）（图片来源：央视新闻）
返航上浮阶段，兄弟齐心，其利断金
根据测深侧扫声纳和前视成像声纳所绘制的海底地形地貌图，加上定位声纳、多普勒声纳以及避碰声纳的保驾护航，还有水声通信机和母船的紧密沟通，就可以让我们的潜水器安全返航啦。
（图片来源：央视频）
现在，你的潜航员“驾考”必考题是不是能拿满分了？
文章来源于互联网中科网:“奋斗者”号胜利返航 声学系统对它有多重要？ 更多科普知识，欢迎关注芝麻网！
在大多数人的印象中，蚜虫是一种身材娇小的害虫，它既没有蝴蝶的绚烂，也没有蚂蚁的力量，只是昆虫家族里没有什么过人之处的小小一员。 今年10月，中国科学院动物所一项关于蚜虫的研究给人们揭示了一个奇妙的蚜虫世界。科学家们发现，同一种蚜虫会因为寄生的植株不同而…
