航海与科学技术

大连海事大学 吴 恒

自古以来，航海就是航海科技与航海者的勇敢拼搏相伴的豪迈事业。航海者劈波斩浪的无畏精神、充满传奇色彩的英雄故事是传承至今的宝贵精神财富。他们是社会发展和人类文明的重要推动者。至今世人仍将古代航海家的英名熟记于心，赞颂他们对人类的贡献。自15世纪以来，称霸世界和对世界有重大影响的国家都有一流的航海事业。历史告诫我们：航海事业对传承人类文明、维护海洋权益、保护海洋环境、促进经济发展是至关重要的。努力造就航海强国是国强民富的必由之路，是航海人员的神圣使命。

2005年7月11日是我国伟大的航海家郑和率领2.7万多人，乘大船62艘和其他各类船舶共208艘，浩浩荡荡出使西洋首航日（1405年7月11日）的600周年纪念日。经国务院批准，自2005年起，每年的7月11日被定为中国“航海日”。

2010年6月25日，国际海事组织（IMO）在菲律宾首都马尼拉召开《1978年海员培训、发证与值班标准国际公约》（STCW公约）缔约国大会，通过了STCW公约马尼拉修正案，并通过决议，将每年的6月25日设为世界“海员日”，以表彰海员对世界的贡献。

一、传统航海的辉煌

在人类历史上，自从我国发明了指南针，从而有了航海罗盘，伴随着大型木帆船制造和操控技术的成熟，远涉重洋的航海家就应运而生了。最重要的航海技术当属船舶定位和船舶动力技术。古代航海家凭借着对风帆的操控能力和丰富经验，战胜风浪远渡大洋；凭借着罗盘和有限的陆标资料、天文知识及推定船位计算经验，艰难地测定船位，不断地探索海洋、开辟新的航线。天文定位的条件是被观测的天体（日、月、星辰）与水天线必须同时可见，因此往往在晨昏朦影与中午才有观测定位的机会；风力风向的变幻莫测、浪高涌流的无比险恶，操控风帆就是与大自然的拼搏和抗争。

我国古代航海家郑和（1371—1433年）七下西洋，远航非洲，航线达15000英里，为中外航海史上的壮举。郑和虽在七下西洋归途中病逝海外，但其“欲国家富强，不可置海洋于不顾。财富取之于海，危险亦来自于海”的至理名言，仍然铿锵有声地激励着中华民族；意大利航海家哥伦布（约1451—1500年）坚信“地圆说”，认为从欧洲西航可达东方的印度和中国，先后四次远航，虽未到达印度和中国，却发现美洲新大陆，证明了“地圆说”的正确性；葡萄牙航海家麦哲伦（约1480—1521年）从西班牙出发，横渡大西洋，绕过南美洲，穿过麦哲伦海峡，然后横渡太平洋。麦哲伦虽在菲被菲律宾人所害，但其船队仍继续完成了第一次环绕地球航行的壮举。

一次次惊人的航海壮举和探险，依赖科学技术的发展，又推动着科学技术的进步，在人类历史上留下永不磨灭的航迹，作出了重要贡献。

18世纪蒸汽机问世，并相继应用到船上，低效的木帆船逐渐被大轮船代替，水手们爬桅杆操帆的指令声和整齐的劳动号子被机器的轰鸣声取代。船尾之字形的航迹变成了宽阔笔直的通衢，几个水手合力转动的笨重舵轮，因为有了舵机而变得轻巧灵活……船上越来越复杂的机舱，使船员有了驾驶部和轮机部之分工。两部门相辅相成，共同保障安全航行并创造经济效益。航海者的光环笼罩着甲板和轮机，航海家的荣誉被船长和轮机长所共享。赋予船长和轮机长的四道金杠，令其肩负着航行安全和营运管理的重大使命。

1912年世界上出现了第一艘由二冲程十字头式大功率柴油机推进的远洋船，自此船舶推进装置有效功率大增，船舶吨位和动力性能不断提升；电力系统由直流改进为交流，并正逐渐向6600 V高压供电系统发展。机舱成为科技和工业发展的缩影，更加显现其在航海中的重要作用和地位。船舶柴油机的燃料由轻柴油逐渐被重柴油、燃料油和渣油所取代，每次都是对动力系统的重大技术革新，并为航运带来了巨大的经济利益。

从木帆船到钢船，从铆接到焊接，焊接技术对船舶结构、船舶性能和船舶吨位的不断升级换代，有着里程碑的重大意义。

二、数字航海的愿景

在一望无际的茫茫大海上航行，船舶定位与通信始终是航海者最为关注的关键性难题之一。千百年来，导航技术的发展历史实质是船舶定位技术的发展历史。从传统的陆标定位、雷达定位到罗兰C、台卡、奥米加等无线电定位系统，都属于岸基导航系统。上世纪70年代第一代卫星导航系统NNSS装备于民用商船，因能在全球不受天气限制的情况下进行船舶定位，深受航海者的欢迎。第二代卫星导航系统GPS成功实现高精度三维连续定位，特别是我国北斗导航系统的建立，使卫星导航系统的发展进入一个重要时期。GPS/DGPS所提供的连续的、高精度的、已达到海图极限要求的数字船位，是船舶定位技术上的重大突破。[1]

上世纪末期，由于电子计算机技术的推广和发展，柴油机实现了智能化，单机功率上升至近10万kW，从启动到标定功率全程无烟燃烧，热效率高达54%以上；柴油机废气涡轮增压新产品的压比达到5.8，甚至双动力两级增压的压比高达8，使柴油机具有更大的发展潜力；柴油机和电站实行计算机管理；千百只传感器遍布机舱各处；机舱的主要运行参数适时传输到公司；机舱周期性无人值班制度的内涵和水平不断深化和提高；船舶电力推进已有更多应用，pod装置可在船尾360°旋转，机舱的舵机和驾驶台的操舵装置已成多余之物；GPS导航系统与侧推器组合成的船舶动力定位系统使各种海洋工作平台有十分精确的动力定位；从船舶操控的技术层面上说，船舶无人化将成为现实，而突破点在机舱；主机、锚机、舵机、绞缆机和压载水系统都在驾驶台遥控操作；许多高速客船和无人值班机舱的自动化船舶，轮机人员与驾驶人员在驾驶台共同值班，并驾齐驱。

GPS自动导航、气象导航、机舱智能化、GMDSS通信技术等是现代航海技术的基础，奠定了航海向数字化、智能化、信息化的发展方向。2008年IMO海上安全委员会第85次会议（MSC85）批准了制订和实施电子航海战略并描绘了电子航海的前景、核心目标和益处。

三、航海者的责任与骄傲

任何事物的发展规律都是由简单—复杂—更简单螺旋式上升的循环过程。船舶操纵和定位的技术发展水平已经达到了一个新的高峰。电子海图替代纸质海图成为重要的航海信息平台，是数字导航的必要组成部分。船舶定位已非难事，原来繁琐的定位操作现在竟可不费吹灰之力，也无须举手之劳。利用GPS/DGPS不仅提供高精度连续船位，而且能够自动判断船舶航行中偏离计划航线的程度，自动校正风流压差，把自动计算出的修正航向设定为自动舵的指标航向，使船舶自动航行在计划航线上。这种自动驾驶和避让的功能使驾驶员的航行值班工作变得轻松，甚至也无须大海航行中的舵手。

航海科技中轮机工程的发展既要与船舶驾驶同步，又往往是滞后的。雷达模拟器和船舶操纵模拟器相当成熟后，轮机模拟器才步其后尘。由于机电设备太复杂，只能从仪表仿真起步，逐渐实现多媒体图像界面，追赶上船舶操纵模拟器逼真的视景图像。近年来轮机模拟器成功应用虚拟现实技术，实现了逼真的操控功能。当前机舱的自动化、智能化和局域网的应用与提高，轮机人员的工作环境大为改善，体力劳动有所减少，自然也受益匪浅。然而机舱机电设备的种类和数量有增无减，且多属高新技术换代产品，仍需轮机人员维修和保养。维护设备正常运转所需的知识跨度和科技水平已成为培养管理级轮机人员的关键性工作。

在减少船舶定员的趋势下，不少先进的航海国家曾提出并试验机驾合一的管理模式，大连海事大学也制订过机驾合一的教学大纲和招生计划，后来终因负担过重和培训难度太大并可能影响航行安全而搁置。

传统的航海教育以传授人工操作技术和管理经验为主，已不能适应数字航海的要求。STCW公约是航海人员从业的最低要求，高等航海教育不能定位于仅满足STCW公约的职业素质上，更不能停留在传统的航海教育上。船舶定员所减少的都是支持级和操作级普通船员。帆船时代的航海技术，集船长于一身；机动船舶时代（Motor ship times）驾驶部与轮机部则相辅相成、并驾齐驱；数字航海时代的到来，对驾驶和轮机人员提出了新的要求。电子航海战略的实施所带来的航海人员在航海行为上的改变，要求培养出一批高学历、高智商、有理论、训练有素、善管理又敬业的高层次航海人才。

四、航海科技使航行更舒适、更安全

莫道风浪依然狂，人间正道是沧桑。现代航海今非昔比。高新科技成果大量应用于航海，使船舶吨位和航海技术发生了巨大变化。现在航行在国际航线上的15000 TEU的集装箱班轮、30万～60万t的油船和散货船、大型液化天然气船等抵御风浪的能力大大增强。导航、通信、动力系统、救助系统、生活保障系统的数字化、自动化水平的提升，极大地增加了航行的安全可靠性，减少了船员的劳动强度，增加了船员生活的舒适度。乘大型豪华邮轮周游世界已成为现代富人度假、消遣的旅游选项。乘客和船员在海上可以享受到陆上应有尽有的物质文明和精神生活。

历风险而品味浪漫，经艰辛而收获愉悦，有奋斗而造就豪迈。蓝色的海洋生活在向我们召唤！

[1]东昉,刘正江.电子航海战略与“航海科学与技术”学科的发展[J].航海教育研究,2011(4):6-9.