航海與科學(xué)技術(shù)

大連海事大學(xué) 吳 恒

自古以來，航海就是航?？萍寂c航海者的勇敢拼搏相伴的豪邁事業(yè)。航海者劈波斬浪的無畏精神、充滿傳奇色彩的英雄故事是傳承至今的寶貴精神財(cái)富。他們是社會(huì)發(fā)展和人類文明的重要推動(dòng)者。至今世人仍將古代航海家的英名熟記于心，贊頌他們對(duì)人類的貢獻(xiàn)。自15世紀(jì)以來，稱霸世界和對(duì)世界有重大影響的國家都有一流的航海事業(yè)。歷史告誡我們：航海事業(yè)對(duì)傳承人類文明、維護(hù)海洋權(quán)益、保護(hù)海洋環(huán)境、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展是至關(guān)重要的。努力造就航海強(qiáng)國是國強(qiáng)民富的必由之路，是航海人員的神圣使命。

2005年7月11日是我國偉大的航海家鄭和率領(lǐng)2.7萬多人，乘大船62艘和其他各類船舶共208艘，浩浩蕩蕩出使西洋首航日（1405年7月11日）的600周年紀(jì)念日。經(jīng)國務(wù)院批準(zhǔn)，自2005年起，每年的7月11日被定為中國“航海日”。

2010年6月25日，國際海事組織（IMO）在菲律賓首都馬尼拉召開《1978年海員培訓(xùn)、發(fā)證與值班標(biāo)準(zhǔn)國際公約》（STCW公約）締約國大會(huì)，通過了STCW公約馬尼拉修正案，并通過決議，將每年的6月25日設(shè)為世界“海員日”，以表彰海員對(duì)世界的貢獻(xiàn)。

一、傳統(tǒng)航海的輝煌

在人類歷史上，自從我國發(fā)明了指南針，從而有了航海羅盤，伴隨著大型木帆船制造和操控技術(shù)的成熟，遠(yuǎn)涉重洋的航海家就應(yīng)運(yùn)而生了。最重要的航海技術(shù)當(dāng)屬船舶定位和船舶動(dòng)力技術(shù)。古代航海家憑借著對(duì)風(fēng)帆的操控能力和豐富經(jīng)驗(yàn)，戰(zhàn)勝風(fēng)浪遠(yuǎn)渡大洋；憑借著羅盤和有限的陸標(biāo)資料、天文知識(shí)及推定船位計(jì)算經(jīng)驗(yàn)，艱難地測(cè)定船位，不斷地探索海洋、開辟新的航線。天文定位的條件是被觀測(cè)的天體（日、月、星辰）與水天線必須同時(shí)可見，因此往往在晨昏朦影與中午才有觀測(cè)定位的機(jī)會(huì)；風(fēng)力風(fēng)向的變幻莫測(cè)、浪高涌流的無比險(xiǎn)惡，操控風(fēng)帆就是與大自然的拼搏和抗?fàn)帯?/p>

我國古代航海家鄭和（1371—1433年）七下西洋，遠(yuǎn)航非洲，航線達(dá)15000英里，為中外航海史上的壯舉。鄭和雖在七下西洋歸途中病逝海外，但其“欲國家富強(qiáng)，不可置海洋于不顧。財(cái)富取之于海，危險(xiǎn)亦來自于?！钡闹晾砻?，仍然鏗鏘有聲地激勵(lì)著中華民族；意大利航海家哥倫布（約1451—1500年）堅(jiān)信“地圓說”，認(rèn)為從歐洲西航可達(dá)東方的印度和中國，先后四次遠(yuǎn)航，雖未到達(dá)印度和中國，卻發(fā)現(xiàn)美洲新大陸，證明了“地圓說”的正確性；葡萄牙航海家麥哲倫（約1480—1521年）從西班牙出發(fā)，橫渡大西洋，繞過南美洲，穿過麥哲倫海峽，然后橫渡太平洋。麥哲倫雖在菲被菲律賓人所害，但其船隊(duì)仍繼續(xù)完成了第一次環(huán)繞地球航行的壯舉。

一次次驚人的航海壯舉和探險(xiǎn)，依賴科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，又推動(dòng)著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，在人類歷史上留下永不磨滅的航跡，作出了重要貢獻(xiàn)。

18世紀(jì)蒸汽機(jī)問世，并相繼應(yīng)用到船上，低效的木帆船逐漸被大輪船代替，水手們爬桅桿操帆的指令聲和整齊的勞動(dòng)號(hào)子被機(jī)器的轟鳴聲取代。船尾之字形的航跡變成了寬闊筆直的通衢，幾個(gè)水手合力轉(zhuǎn)動(dòng)的笨重舵輪，因?yàn)橛辛硕鏅C(jī)而變得輕巧靈活……船上越來越復(fù)雜的機(jī)艙，使船員有了駕駛部和輪機(jī)部之分工。兩部門相輔相成，共同保障安全航行并創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益。航海者的光環(huán)籠罩著甲板和輪機(jī)，航海家的榮譽(yù)被船長和輪機(jī)長所共享。賦予船長和輪機(jī)長的四道金杠，令其肩負(fù)著航行安全和營運(yùn)管理的重大使命。

1912年世界上出現(xiàn)了第一艘由二沖程十字頭式大功率柴油機(jī)推進(jìn)的遠(yuǎn)洋船，自此船舶推進(jìn)裝置有效功率大增，船舶噸位和動(dòng)力性能不斷提升；電力系統(tǒng)由直流改進(jìn)為交流，并正逐漸向6600 V高壓供電系統(tǒng)發(fā)展。機(jī)艙成為科技和工業(yè)發(fā)展的縮影，更加顯現(xiàn)其在航海中的重要作用和地位。船舶柴油機(jī)的燃料由輕柴油逐漸被重柴油、燃料油和渣油所取代，每次都是對(duì)動(dòng)力系統(tǒng)的重大技術(shù)革新，并為航運(yùn)帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)利益。

從木帆船到鋼船，從鉚接到焊接，焊接技術(shù)對(duì)船舶結(jié)構(gòu)、船舶性能和船舶噸位的不斷升級(jí)換代，有著里程碑的重大意義。

二、數(shù)字航海的愿景

在一望無際的茫茫大海上航行，船舶定位與通信始終是航海者最為關(guān)注的關(guān)鍵性難題之一。千百年來，導(dǎo)航技術(shù)的發(fā)展歷史實(shí)質(zhì)是船舶定位技術(shù)的發(fā)展歷史。從傳統(tǒng)的陸標(biāo)定位、雷達(dá)定位到羅蘭C、臺(tái)卡、奧米加等無線電定位系統(tǒng)，都屬于岸基導(dǎo)航系統(tǒng)。上世紀(jì)70年代第一代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)NNSS裝備于民用商船，因能在全球不受天氣限制的情況下進(jìn)行船舶定位，深受航海者的歡迎。第二代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)GPS成功實(shí)現(xiàn)高精度三維連續(xù)定位，特別是我國北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的建立，使衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的發(fā)展進(jìn)入一個(gè)重要時(shí)期。GPS/DGPS所提供的連續(xù)的、高精度的、已達(dá)到海圖極限要求的數(shù)字船位，是船舶定位技術(shù)上的重大突破。[1]

上世紀(jì)末期，由于電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的推廣和發(fā)展，柴油機(jī)實(shí)現(xiàn)了智能化，單機(jī)功率上升至近10萬kW，從啟動(dòng)到標(biāo)定功率全程無煙燃燒，熱效率高達(dá)54%以上；柴油機(jī)廢氣渦輪增壓新產(chǎn)品的壓比達(dá)到5.8，甚至雙動(dòng)力兩級(jí)增壓的壓比高達(dá)8，使柴油機(jī)具有更大的發(fā)展?jié)摿Γ徊裼蜋C(jī)和電站實(shí)行計(jì)算機(jī)管理；千百只傳感器遍布機(jī)艙各處；機(jī)艙的主要運(yùn)行參數(shù)適時(shí)傳輸?shù)焦?；機(jī)艙周期性無人值班制度的內(nèi)涵和水平不斷深化和提高；船舶電力推進(jìn)已有更多應(yīng)用，pod裝置可在船尾360°旋轉(zhuǎn)，機(jī)艙的舵機(jī)和駕駛臺(tái)的操舵裝置已成多余之物；GPS導(dǎo)航系統(tǒng)與側(cè)推器組合成的船舶動(dòng)力定位系統(tǒng)使各種海洋工作平臺(tái)有十分精確的動(dòng)力定位；從船舶操控的技術(shù)層面上說，船舶無人化將成為現(xiàn)實(shí)，而突破點(diǎn)在機(jī)艙；主機(jī)、錨機(jī)、舵機(jī)、絞纜機(jī)和壓載水系統(tǒng)都在駕駛臺(tái)遙控操作；許多高速客船和無人值班機(jī)艙的自動(dòng)化船舶，輪機(jī)人員與駕駛?cè)藛T在駕駛臺(tái)共同值班，并駕齊驅(qū)。

GPS自動(dòng)導(dǎo)航、氣象導(dǎo)航、機(jī)艙智能化、GMDSS通信技術(shù)等是現(xiàn)代航海技術(shù)的基礎(chǔ)，奠定了航海向數(shù)字化、智能化、信息化的發(fā)展方向。2008年IMO海上安全委員會(huì)第85次會(huì)議（MSC85）批準(zhǔn)了制訂和實(shí)施電子航海戰(zhàn)略并描繪了電子航海的前景、核心目標(biāo)和益處。

三、航海者的責(zé)任與驕傲

任何事物的發(fā)展規(guī)律都是由簡單—復(fù)雜—更簡單螺旋式上升的循環(huán)過程。船舶操縱和定位的技術(shù)發(fā)展水平已經(jīng)達(dá)到了一個(gè)新的高峰。電子海圖替代紙質(zhì)海圖成為重要的航海信息平臺(tái)，是數(shù)字導(dǎo)航的必要組成部分。船舶定位已非難事，原來繁瑣的定位操作現(xiàn)在竟可不費(fèi)吹灰之力，也無須舉手之勞。利用GPS/DGPS不僅提供高精度連續(xù)船位，而且能夠自動(dòng)判斷船舶航行中偏離計(jì)劃航線的程度，自動(dòng)校正風(fēng)流壓差，把自動(dòng)計(jì)算出的修正航向設(shè)定為自動(dòng)舵的指標(biāo)航向，使船舶自動(dòng)航行在計(jì)劃航線上。這種自動(dòng)駕駛和避讓的功能使駕駛員的航行值班工作變得輕松，甚至也無須大海航行中的舵手。

航海科技中輪機(jī)工程的發(fā)展既要與船舶駕駛同步，又往往是滯后的。雷達(dá)模擬器和船舶操縱模擬器相當(dāng)成熟后，輪機(jī)模擬器才步其后塵。由于機(jī)電設(shè)備太復(fù)雜，只能從儀表仿真起步，逐漸實(shí)現(xiàn)多媒體圖像界面，追趕上船舶操縱模擬器逼真的視景圖像。近年來輪機(jī)模擬器成功應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了逼真的操控功能。當(dāng)前機(jī)艙的自動(dòng)化、智能化和局域網(wǎng)的應(yīng)用與提高，輪機(jī)人員的工作環(huán)境大為改善，體力勞動(dòng)有所減少，自然也受益匪淺。然而機(jī)艙機(jī)電設(shè)備的種類和數(shù)量有增無減，且多屬高新技術(shù)換代產(chǎn)品，仍需輪機(jī)人員維修和保養(yǎng)。維護(hù)設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)所需的知識(shí)跨度和科技水平已成為培養(yǎng)管理級(jí)輪機(jī)人員的關(guān)鍵性工作。

在減少船舶定員的趨勢(shì)下，不少先進(jìn)的航海國家曾提出并試驗(yàn)機(jī)駕合一的管理模式，大連海事大學(xué)也制訂過機(jī)駕合一的教學(xué)大綱和招生計(jì)劃，后來終因負(fù)擔(dān)過重和培訓(xùn)難度太大并可能影響航行安全而擱置。

傳統(tǒng)的航海教育以傳授人工操作技術(shù)和管理經(jīng)驗(yàn)為主，已不能適應(yīng)數(shù)字航海的要求。STCW公約是航海人員從業(yè)的最低要求，高等航海教育不能定位于僅滿足STCW公約的職業(yè)素質(zhì)上，更不能停留在傳統(tǒng)的航海教育上。船舶定員所減少的都是支持級(jí)和操作級(jí)普通船員。帆船時(shí)代的航海技術(shù)，集船長于一身；機(jī)動(dòng)船舶時(shí)代（Motor ship times）駕駛部與輪機(jī)部則相輔相成、并駕齊驅(qū)；數(shù)字航海時(shí)代的到來，對(duì)駕駛和輪機(jī)人員提出了新的要求。電子航海戰(zhàn)略的實(shí)施所帶來的航海人員在航海行為上的改變，要求培養(yǎng)出一批高學(xué)歷、高智商、有理論、訓(xùn)練有素、善管理又敬業(yè)的高層次航海人才。

四、航?？萍际购叫懈孢m、更安全

莫道風(fēng)浪依然狂，人間正道是滄?！，F(xiàn)代航海今非昔比。高新科技成果大量應(yīng)用于航海，使船舶噸位和航海技術(shù)發(fā)生了巨大變化。現(xiàn)在航行在國際航線上的15000 TEU的集裝箱班輪、30萬～60萬t的油船和散貨船、大型液化天然氣船等抵御風(fēng)浪的能力大大增強(qiáng)。導(dǎo)航、通信、動(dòng)力系統(tǒng)、救助系統(tǒng)、生活保障系統(tǒng)的數(shù)字化、自動(dòng)化水平的提升，極大地增加了航行的安全可靠性，減少了船員的勞動(dòng)強(qiáng)度，增加了船員生活的舒適度。乘大型豪華郵輪周游世界已成為現(xiàn)代富人度假、消遣的旅游選項(xiàng)。乘客和船員在海上可以享受到陸上應(yīng)有盡有的物質(zhì)文明和精神生活。

歷風(fēng)險(xiǎn)而品味浪漫，經(jīng)艱辛而收獲愉悅，有奮斗而造就豪邁。藍(lán)色的海洋生活在向我們召喚！

[1]東昉,劉正江.電子航海戰(zhàn)略與“航?？茖W(xué)與技術(shù)”學(xué)科的發(fā)展[J].航海教育研究,2011(4):6-9.