自然科学概要（第二版）（微课版）课件 第16章 海洋技术空间技术

1海洋资源与技术CONTENTS第16章海洋技术空间技术空间资源与技术216.1课程标准

1.知识目标了解海洋植物资源、海洋动物资源、海洋矿物资源、海洋化学资源、海洋能源。理解海洋环境探测技术；海洋资源开发技术；海洋生物技术。2.能力目标具备初步批判性思维能力。3.素质目标弘扬科学家精神，博学德清，鼎新致用。

一、海洋资源与技术

（一）海洋生物资源

1.水中浮游植物

主要是单细胞水上植物，以硅藻和绿藻为主。它们主要靠阳光和海水里的营养盐类生活。浮游植物是海洋里有机物的基本生产者，含有人体所需要的多种多样的营养物质。第一节海洋资源与技术硅藻

2.近岸大型水生植物

主要指近岸大型水生植物和红树林。

分布在太平洋东部沿岸，非洲南部沿岸等地的一种巨型藻体，一般都在百米左右，重达180多公斤。巨藻是多年生植物，生活期可达12年之久。

海藻具有很高的工业、农业、食用及药用等价值。

红树林和藻类

2.海洋中的动物资源

（1）鱼类

世界上的鱼的种类有1.5万～4万种。海洋鱼类中鲨鱼最令人恐怖。它凶残、贪婪，被称为“海中霸王”。

据统计，全世界海洋中共有各种鲨鱼350种左右，通常栖息于3000m深处。

海洋中的游泳冠军是箭鱼，它的体形呈流线型，体表还有一层光滑的粘液，可使阻力减少。游速可达120km／h。大、小黄鱼分布和栖息于我国沿海浅近海域，广泛分布于我国黄海、渤海、东海和南海，其中以东海产量最高，在我国海洋渔业中占有重要的地位。

大、小黄鱼图片鲨鱼图片箭鱼图片鱼肝可以提取鱼肝油，是防治眼病、呼吸器官疾病的药物，对儿童的生长有促进作用；一些鱼类，如鳕鱼、鲨鱼腺体中的胰岛素含量要超过陆生动物，是治疗糖尿病和神经痛的重要药物。

（2）甲壳类

海洋中的甲壳类动物有2万多种，但人们最熟悉的是虾和蟹。生长在大西洋亚速尔群岛附近深海底的巨蟹，其宽度竟达6m以上；而小的蟹有的只有几毫米宽。龙虾是现存虾类中体态最大的一种。一般体长约40cm、体重为2～3kg，大的可达10kg，最大的达到20kg，真可谓虾中之王。鱼肝油巨蟹图片龙虾图片

对虾是我国沿海重要的虾类，主要产于黄海、渤海。生长在南极的磷虾，有着极为惊人的资源量和很高的营养价值。据统计，南极磷虾的总量约5×109～6×109

吨。磷虾的繁殖速度极快，年增长率大于5%。年捕捞量约为5×107～7×107吨，远远超过目前人类对它的捕捞量。

（3）海兽

海兽和陆地上的哺乳动物一样，是胎生的，体温恒定，用肺呼吸。鲸是兽的主体，全世界的鲸类共90余种，可分为两大类。

一类口中没有牙齿，只有须的叫须鲸，如蓝鲸等。

另一类口中无须而保留着牙齿，叫齿鲸，如虎鲸和海豚等。海豚图片对虾图片磷虾图片虎鲸图片海中巨兽蓝鲸为世界动物之冠，2019年6月15日发现的蓝鲸长达33米，重239吨，是实至名归的动物界的巨无霸。抹香鲸最大体长达20m，重60多吨，是齿鲸中的“巨人”。除肉可食用、皮可制革外，在它巨大的头部中有一种特殊的鲸蜡油，是一种用途很广的高级润滑油，许多精密仪器如手表、天文钟，甚至宇宙火箭都离不了它。肠道中的异物——龙涎香是一种名贵的香料，燃烧时香气四溢，似麝香，但更为幽香。蓝鲸图片抹香鲸图片

（二）海洋矿物资源

沉积于海底的矿物可达几万亿吨。海底的矿物资源主要是海底油气和深海重金属软泥。海底石油的储量在2500亿吨以上，可采储量是陆地储量的3倍。目前有50多个国家从海洋中取得石油，年产量为7.6亿吨。海洋天然气的资源总量约为7.6×1018m3，正开采的海洋天然气的产量占天然气总产量20％。重金属软泥是指在深海底部富含铁、锰、铅、锌、银、金、铂、铝、铜等的沉积物。这种软泥经过提炼可得到各种金属。

锰结核也是重要的海底矿物资源。

它含有锰、铁、镍、钴、铜等30种左右的元素，经济价值相当高。其储量也很可观，有几千亿吨。

在太平洋，锰结核以107吨“疯长”，是一种取之不尽的资源。海底锰结核

海洋中的水量是地球上总水量的96%多，海水中蕴藏着大量化学资源。海水中溶解了多种无机盐，且浓度不低，每立方千米的海水中含有3500万吨无机盐。在这些无机盐中，食盐占70%。食盐除食用，还可作为重要的化工原料。氯化镁的含量居第二位，约占14%。海水中铀的储量约45亿吨，相当于陆地总储量的4500倍。海水中氘的储量46万亿吨，它和铀都是核反应的重要原料。（三）海洋化学资源海水中的化学资源

二、现代海洋技术

（一）海洋环境探测技术

现代的海洋技术包括海洋环境探测技术、海洋资源开发技术、海洋生物技术等。1、遥感卫星

是用作外层空间遥感平台的人造卫星。遥感卫星可以从太空观测海洋上空气象的变化、海面的温度和颜色，对监测赤潮、海洋污染；应用微波遥感技术、声纳技术和其他技术，从太空、大气层、陆地、海面，对海洋进行长期、持续的全方位的探测，以求对海洋环境有更全面的了解和认识。海洋环境探测技术2.深潜器具有水下观察和作业能力的活动深潜水装置。主要用来执行水下考察、海底勘探、海底开发和打捞、救生等任务，并可以作为潜水员活动的水下作业基地。马里亚纳海沟的水压高达1100个大气压。世界最大载人潜水深度为10916米，由美国“的里雅斯特”号深潜器1960年1月完成的。

我国的蛟龙号2012.6曾创造了下潜7062米的中国载人深潜纪录。2020.11.10，中国奋斗号11月10日，创造10909米的中国载人深潜新纪录。中国的深潜器

（二）海洋资源开发技术

1.钻井平台采油

是主要用于钻探井的海上结构物。在浅海提取油气资源，一般有固定平台、座底式钻井船和自升式钻井平台。在较深一点的海里开采石油，则采用柔性平台、张力腿式平台和浮式平台，它们可以适应波浪和海流的冲击。钻深能力亦达当前创世界纪录的40000英尺（12200米）。各种钻井平台

2.长缆料斗式、遥控机器人式和吸尘器式采砂船

对于深海底的锰结核的开发，需要较高的技术，已试验使用的采集方式有长缆料斗式、遥控机器人式和吸尘器式。吸尘器式采砂船吸尘器式采砂船3.化工提取有用矿物

从海水中提取铀已成为现实，如日本已建成从海水中提取铀的工厂（1吨铀/3亿吨海水）。从海水中提取溴和镁已有较大的规模和较高的产量。化工提取有用矿物技术1.海上养殖

利用滩涂、浅海、港湾及陆上海水水体，通过人工投放苗种或天然纳苗，进行人工管理，养殖海洋经济动植物的生产活动。生物学家对鱼、虾、贝、藻品种的改良，为人工养殖的发展创造了有利的条件。2.深水网箱

设置水深在15米以上、沿海开放性水域的大型网箱称为深水网箱。

深水网箱养殖容量较大，是具有较强的抗风浪、海流性能的海上养殖设施。深水网箱在拓展养殖海域、减轻沿岸环境压力、提高养殖鱼的质量、增加养殖效益等方面已显示出明显的优势。（三）海洋生物技术海面养殖图片深水网箱思考与练习

1.说说海洋有什么植物资源？动物资源？矿物资源？化学资源？能源？

2.简答海洋环境探测技术、海洋资源开发技术、海洋生物技术。1海洋资源与技术CONTENTS第16章海洋技术空间技术空间资源与技术216.2课程标准

1.知识目标识记运载器、航天器、地面测控技术的概念。理解空间位置资源、空间环境资源、空间物质资源。理解空间技术的产生和发展、空间技术的理论基础。2.能力目标具备初步批判性思维能力。3.素质目标弘扬科学家精神，博学德清，鼎新致用。

一、空间资源

（一）空间位置资源通信卫星的出现和广泛应用，已带来了世界通信体制的根本性变革。只要在赤道上空约为3.6万千米的同步轨道上，等距离地分布三颗通信卫星，就可以实现全球通信和传播。美国于1963年发射第一颗同步通信卫星。此后，世界各国迅速建立起完整的国际通信系统。1984年4月8日，中国自行研制的第一颗地球同步通信卫星东方红2号由长征3号运载火箭从西昌卫星发射中心发射上天。第二节空间资源与技术同步通信卫星

气象卫星可以利用各种气象探测仪器，拍摄全球的云图，精确地测量全球各处的气温、降水量，监视台风、暴雨等灾害性天气的变化，从而可以提高气象预报的准确性，减少自然灾害给人们带来的损失。地球资源卫星上装有高分辨率的电视摄像机、多光谱扫描仪、微波辐射仪和其他遥感仪器，可用来勘测地球表面的森林、水力和海洋资源，调查地下矿藏和地下水源，观察农作物的长势和估计农作物的产量，监视农作物的病虫害和环境的污染情况，以及进行地理测量等。应用卫星的大家族中还有导航卫星、军事卫星、科学卫星、商业卫星等，它们各有其特殊的用途。导航卫星（二）空间环境资源宇宙空间有着地球上所不具备的失重、高真空、强辐射、超低温等条件，为空间环境资源。利用这些特殊条件的环境能开展一些在地球上很难做的科学实验。

（三）空间物质资源宇宙空间中的物质资源主要是太阳能资源、月球资源以及其他行星资源。月球含有十分庞大的矿物资源，比如月球上的钛金属推测高达100万亿吨；月球上有氦-3资源，它属于核聚变最理想的材料之一。月球表面空间站失重、高真空、强辐射、超低温等条件

二、空间技术（一）空间技术的产生和发展

人类探空活动的历史，大致经历了气球、火箭、人造卫星等几个阶段。

20世纪20年代，各种气球已用于科学考察。但由于大气密度的降低气球上升到50千米左右后只能望“空”兴叹。中国在元、明朝期间应用的火箭武器是现代火箭的始祖。人类探空活动

1903年，俄国科学家齐奥尔科夫斯基发表了题为《利用喷气仪器研究宇宙空间》的论文，提出了利用火箭探索宇宙空间的思想。1926年3月，美国物理学家戈达德独立地研究了火箭的推进原理，设计、制造并发射了世界上第一枚液体火箭。1942年10月，德国人冯·布劳恩制造并成功地发射了第一枚军用液体火箭V—2

（最大高度80km，射程320km）。

1942年，梅塞施米特研制的喷气式战斗机Me-262，试飞时速为960千米，成为世界上最早的实用型喷气式战斗机。液体火箭V—2

1957年10月4日，前苏联成功地发射了世界上第一颗人造地球卫星。1961年4月12日，前苏联第一个发射了载人飞船，把宇航员加加林送入地球轨道，运行108分钟后安全返回地面，开辟了人类航天的新纪元，标志着人类空间技术进入了新的时代。1969年7月16日，美国成功地利用“土星-V”运载火箭发射阿波罗飞船，把宇航员阿姆斯特朗和奥尔德林送上月球，并于7月25日返回地球。1973，美国又利用“土星-V”火箭将82吨重的“天空实验室1号”送入太空。2002年国际空间站建成，并运行，可供6人活动。

国际空间站宇航员加加林在地球轨道运行108分钟后安全返回地面

中国在2016年9月15号发射“天宫二号”空间实验室，随后2016年10月下旬发射神舟11号载人飞船和“天舟一号”货运飞船，并与“天宫二号”对接。

中国空间站在2022年建成。空间站轨道高度为400~450公里，设计寿命为10年，长期驻留3人，总重量可达180吨。2021年6月17日，神舟十二号载人飞船与天和核心舱完成自主快速交会对接。航天员聂海胜、刘伯明、汤洪波先后进入天和核心舱。2022.10.30，中国空间站神州14与神州15号飞船会合，6人会师。中国空间站名称发射时间回归时间搭载宇航员姓名神舟五号2003-10-1509:002003-10-1606:28杨利伟神舟六号2005-10-1209:002005-10-1704:32费俊龙、聂海胜神舟七号2008-09-2521:102008-09-2817:37翟志刚、刘伯明、景海鹏神舟八号2011-11-0105:582011-11-1719:32搭载模拟人神舟九号2012-06-1618:372012-06-2910:03景海鹏、刘旺、刘洋神舟十号2013-06-1117:382013-06-2608:07聂海胜、张晓光、王亚平神舟十一号2016-10-1707:302016-11-1813:33景海鹏、陈冬神舟十二号2021-06-1709:222021-09-1713:30聂海胜、刘伯明、汤洪波

2024.10.30神舟十九号成功发射，航天员由蔡旭哲、宋令东、王浩泽。

（二）理论基础

1.“三个宇宙速度”理论要使飞行器成为人造地球卫星，

利用物理学的公式算得最小速度V=7.9千米／秒。这就是“第一宇宙速度”。

要使飞行器成为飞往月球或太阳系的空间探测器，它的最小速度V=11.18千米／秒。这就是“第二宇宙速度”。第三宇宙速度是指飞行器越出太阳系的引力作用范围所需要的最小速度，其数值此16.7千米／秒。齐奥尔科夫斯基公式：在忽略重力和空气阻力的情况下，火箭的最大速度V、火箭的喷气速度C、火箭起飞时的质量M1、推进剂耗完以后火箭的质量M2的质量比，具有如下关系：V＝C㏑M1/M2

要提高火箭的速度，必须提高火箭发动机的喷气速度C和火箭的质量比M1／M2。

2.火箭推进原理中国长征火箭（三）空间技术的重要内容空间技术包括运载器、航天器和地面测控技术三个重要组成部分。

1.运载器运载器主要是运载火箭。

运载火箭有箭体结构、推进系统和控制系统等几个部分。目前世界上最大的运载火箭是美国的星舰火箭，它能够将100吨的物资运到近地轨道。中国最大的运载火箭是长征5号。近地轨道运载能力为25吨。

世界上的火箭发射场地（又称航天港）主要有13个：前苏联的拜科努尔发射场、普列谢茨克发射场、卡普斯汀耶发射场；美国的肯尼迪航天中心、范登堡空军基地；法国在海外的圭亚那航天中心；中国的酒泉卫星发射中心、太原卫星发射中心、西昌卫星发射中心、文昌卫星发射中心；日本的鹿儿岛航天中心、种子岛航天中心；意大利在国外的圣马科航天发射场。2.航天器航天器的种类很多，主要是人造卫星，还有宇宙飞船、空间探测器、空间站、航天飞机等。

是来往于地球和空间站之间的重要交通工具。

例如美国的阿波罗号飞船就来往于地球和太空实验室之间；前苏联的联盟号、进步号、宇宙号等飞船就来往于地球和礼炮号空间站之间；我国神舟号系列飞船来往于地球和天宫一号空间站。（1）宇宙飞船神舟号飞船来往于地球和天宫一号空间站

（2）空间探测器是脱离了地球的束缚，飞往月球及其他行星，或在星际间航行的航天器。

首次发射空间探测器是60年代初，它飞往金星。60年代和