一艘能夠豎立的“船”

陸悅銘 劉秋林 胡坤 李亮

一、一艘唯一而獨(dú)特的“船”

20世紀(jì)50年代，在歐米茄（OMEGA）低頻雙曲線無線電導(dǎo)航系統(tǒng)和全球定位系統(tǒng)（GPS）出現(xiàn)前，潛艇主要通過慣性導(dǎo)航系統(tǒng)（INS）和水聲定位系統(tǒng)（APS）聯(lián)合定位，加上航跡測繪和海圖資料推算等，得到潛艇的位置，但是這個位置不是很精確，并且會有不斷積累的誤差。潛艇根據(jù)聲吶回波測距、測地貌等途徑可以幫助修正定位，潛艇裝備不同用途的聲吶用于通信、識別敵我、導(dǎo)航、警戒、探雷等，但同時聲吶也威脅著自身安全，容易被敵方發(fā)現(xiàn)。另外，潛艇推進(jìn)器、機(jī)械設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的噪聲也是災(zāi)星。冷戰(zhàn)期間的兩個超級大國都在努力創(chuàng)造新武器并改進(jìn)舊武器的性能。在海軍的艦艇領(lǐng)域，研究人員看到了聲吶系統(tǒng)還有發(fā)展的希望，發(fā)現(xiàn)了潛艇的聲吶、噪聲也是情報等，都可為提早發(fā)現(xiàn)潛艇的有效性服務(wù)，部分海軍艦艇、科研船安裝相關(guān)的設(shè)備搜集艦艇的聲吶和噪聲，但是受到本船機(jī)械設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)噪聲的影響，效果不佳。美國科學(xué)家受到柱形浮標(biāo)的啟發(fā)，設(shè)計了一艘像棒球棒一樣的“船”，既能躺著還能豎立。因?yàn)樵摗按睕]有動力，移動需要拖船幫助拖曳，圖1是躺著的“船”。拖船將其拖至目的地后，該“船”翻轉(zhuǎn)90°，成為豎立的“船”，看起來還像一座漂浮的金屬樹屋，用于搜集各類信息，如圖2所示。

該“船”總長108 m，有兩部分組成，一部分是帶有像“起重機(jī)吊臂”和“樓梯”、天線等總是露出水面的上層建筑;一部分是直徑不同的圓柱形單元，類似于潛艇的船體。翻轉(zhuǎn)90°后，約有90 m的“船”體沉入水中，此時“船”的吃水從3 m變?yōu)?0 m。

二、該“船”的船名及其工作原理

美國海軍在開始設(shè)計時，稱此項(xiàng)目為“Floating Instrument Platform”，也就是“浮動測量儀器平臺”的意思。到了要命名時，他們把“Floating”中的FL、“Instrument”中的I、“Platform”中的P組合在一起，“FLIP”就成為船名。而“FLIP”是“翻轉(zhuǎn)”的意思，該“船”又要翻轉(zhuǎn)90°后才能工作，這個船名與其特性高度契合。該“船”于1962年6月22日投入使用，其通常停靠在西海岸加利福尼亞圣地亞哥的第三艦隊(duì)海軍基地。圖3是停靠在第3艦隊(duì)海軍基地的“FLIP”。

“FLIP”的“船”體中有10個艙，其中8個作為壓載艙，當(dāng)向壓載艙中泵入水，即可改變船身重心，讓“船”身90°翻轉(zhuǎn);通過改變泵入水的速度，可控制船身翻轉(zhuǎn)的速度，正常情況灌入700 t水需28 min，“船”就豎立起來。圖4是該“船”翻轉(zhuǎn)示意圖。用壓縮空氣將壓載艙中的水排出，“FLIP”便返回到原先躺著的位置。

三、“FLIP”的用途

“FLIP”除了沒有推進(jìn)器以外，僅有2臺150 kW發(fā)電機(jī)作為主電源，以及一臺40 kW備用發(fā)電機(jī)，他們都安裝在上層建筑。“FLIP”還可以關(guān)閉發(fā)電機(jī)并在短時間內(nèi)依靠電池供電，確保其絕對安靜，不會污染水下傳感器收集的聲學(xué)數(shù)據(jù)，對聲學(xué)儀器的潛在干擾最少。設(shè)計者通過“FLIP”合理穩(wěn)性的確定，翻轉(zhuǎn)后的“FLIP”，其橫搖幅度僅僅是1°左右，非常穩(wěn)定;因其在海面的橫截面較小，受風(fēng)浪影響的顛簸比一般的船舶大幅度減小，只有波高的十分之一，這樣一個安靜、穩(wěn)定的平臺，非常適合海上精確的科學(xué)測量和聆聽海洋中各種聲音，不論水上還是水下，都創(chuàng)造一個比傳統(tǒng)科研船更安靜、穩(wěn)定的空間。

在“FLIP”的“船”身中安裝的多種測量儀器、傳感器，如遠(yuǎn)離海平面的水聽器、多普勒聲吶等設(shè)備，用來獲取各類聲學(xué)信息，測量不同水深的水溫、密度、鹽度梯度變化，研究深水湍流、海洋環(huán)流，探測海底地震及地震波的傳播，對海洋魚類和哺乳動物進(jìn)行觀測，搜集水下浮游生物、遠(yuǎn)方艦船移動時發(fā)出的微弱聲音等，進(jìn)行水聲學(xué)、海洋學(xué)研究。配備的深海絞盤可以將測量儀器放至4 000? m的深海中，進(jìn)一步探索海底世界的深奧與神秘。“FLIP”的上層建筑中有四根水平方向可以延長的吊臂，同樣可以安裝各種各樣的測量儀器、傳感器和遙感設(shè)備，如紅外成像儀、微波輻射計、微波雷達(dá)、激光雷達(dá)和攝像機(jī)等用于精確測量海面的洋流、波浪的波形和波高及變化、海浪頻譜、海面上風(fēng)和海浪的相互影響等，其中的紅外成像儀拍攝海洋表面溫度變化的照片，專注于破碎的波浪導(dǎo)致來自下方的水混合到表面時發(fā)生的微小但可測量的溫度變化。安裝在吊臂上各類儀器設(shè)備的如圖5所示。

“FLIP”還配有3個重達(dá)9 t的錨，拋錨后可保持在一個固定位置進(jìn)行觀察和測量。對于一些研究項(xiàng)目，“FLIP”可以“隨波逐流”，曾在有一次的觀察和測量中漂移了240 km。

四、“FLIP”上的工作、生活設(shè)施

“FLIP”上的工作、生活設(shè)施及物資儲備可滿足5名船員以及11名科學(xué)家在海上停留35 d的需要。在設(shè)計時就考慮其翻轉(zhuǎn)的特性，相關(guān)的設(shè)施可以在躺著或豎立時都可使用，大多數(shù)實(shí)驗(yàn)室、船艙有兩個互相垂直的門，洗臉盆、水槽在一起配置相互垂直的兩個。圖6是安裝的2個相互垂直洗臉盆。發(fā)電機(jī)、實(shí)驗(yàn)設(shè)備、科學(xué)儀器、廚房里的爐灶、冰箱、工作臺、馬桶和儲物柜等安裝對稱軸，當(dāng)“船”翻轉(zhuǎn)時，它們始終保持在直立可用的位置，并且固定方便。16個床鋪像吊床，也可以旋轉(zhuǎn)，一旦進(jìn)入新的位置，就會被鎖定;兩個淋浴間——一個用于“船”躺著時，一個用于“船”豎立時。

最初設(shè)計的“FLIP”是這樣的模式，即科學(xué)家僅僅是在需要搜集信息、研究、安裝和維護(hù)設(shè)備等工作時才登“船”，休息則在附近的守護(hù)艦上;船員24 h輪流在“船”值守。但是后來發(fā)現(xiàn)科學(xué)家們不愿去附近的守護(hù)艦上休息，一是“船”上的工作、生活有一種圖形錯覺感，門、洗臉盆和樓梯等同時出現(xiàn)在垂直和水平兩個方向上，門安裝在地板上，天花板上有舷窗，物體安裝在可旋轉(zhuǎn)的軸上等，非常有趣;二是“船”上非常安靜和穩(wěn)定，床鋪還算舒適;三是科學(xué)家們認(rèn)為機(jī)會難得，也就是數(shù)周，愿將更多的時間花在這“船”上工作，據(jù)說最后一點(diǎn)是主要的，這是設(shè)計者沒想到的。圖7是三位設(shè)計者在1962年與“船”模的合影。

“FLIP”還配備了包括陀螺儀、GPS和航海雷達(dá)等導(dǎo)航設(shè)備，包括HF、VHF、INMARSAT等通信設(shè)備。“FLIP”中的一個艙內(nèi)可儲存近60 t淡水，也使用反滲透淡水制造裝置，每天可制造約1.5 t淡水，供在船的船員和科學(xué)家生活使用。圖8是正在翻轉(zhuǎn)中的“FLIP”。

五、“FLIP”的未來

“FLIP”建造時預(yù)期是30年的使用壽命。在20世紀(jì)90年代初進(jìn)行了大修，說是可繼續(xù)提供15 a的服務(wù)。2012年，美國海軍為她慶祝了50歲生日。截至2013年6月30日，“FLIP”共完成了381次翻轉(zhuǎn)，其間不停地根據(jù)需要增刪儀器設(shè)備，足跡遠(yuǎn)至夏威夷，也部署到大西洋，媒體報道說她支持了無數(shù)的基礎(chǔ)和應(yīng)用科學(xué)研究，在冷戰(zhàn)時期為提高海軍作戰(zhàn)能力作出了貢獻(xiàn)。今年是“FLIP”服役第六十個年頭，這之前關(guān)于她的報道較少。有專家認(rèn)為她能繼續(xù)滿足科學(xué)研究需求，建議繼續(xù)利用她的獨(dú)特能力。也有專家認(rèn)為，科學(xué)技術(shù)突飛猛進(jìn)，“FLIP”能夠做的事情，其他包括無人機(jī)、遙測遙感設(shè)備也能完成，不再需要“FLIP”。更有專家在設(shè)計“FLIP II”，她將是一艘自航船，可以有更大的活動空間和自由停靠;增加尺度，以提高船員和科學(xué)家的數(shù)量及改善居住舒適性;對以前的設(shè)計進(jìn)行重新評估并加以改進(jìn)，讓美國在海洋聲學(xué)、海洋魚類和哺乳動物及微生物、地球物理學(xué)、海洋物理學(xué)、氣象學(xué)和激光傳播試驗(yàn)研究繼續(xù)領(lǐng)先世界。所以很難說“FLIP”的前景如何。

因“FLIP”是世界上獨(dú)一無二的“船”，加上獨(dú)特的外觀和布置，使其成為世界范圍內(nèi)令人驚嘆的奇異建筑物和許多紀(jì)錄片的主題。“FLIP”離拆解不再遙遠(yuǎn)，有人建議將“FLIP”的上層建筑豎立在海事博物館或海軍基地，這樣人們就可以繼續(xù)看到她并擁有她。

在我國，由拖船拉著或推著行駛，沒有動力裝置，用來運(yùn)輸貨物或旅客的船，稱為駁船，因此她是一艘駁船。

《1972年國際海上避碰規(guī)則》第三條一般定義中，對“船舶”一詞的解釋是指用作或者能夠用作水上運(yùn)輸工具的各類水上船筏，包括非排水船舶和水上飛機(jī)，因此她是一艘船。但在她豎立工作期間，其性質(zhì)與海上石油鉆井平臺接近，因此她不是一艘船，這是筆者稱其為帶雙引號船的理由。