聲吶：飛機墜海搜救行動的“稻草”

□ 孫立華

MH370航班失聯(lián)以來，隨著時間流逝，水面搜索尚無所獲，搜救的重點轉(zhuǎn)向了海底。為此，美國派出拖拽式聲吶和無人潛水器找尋黑匣子，聲吶也因此成為備受關(guān)注的關(guān)鍵詞

聲吶是利用水中聲波進行探測、定位和通信的電子設(shè)備，分為主動式和被動式兩類。

聲吶是利用水中聲波進行探測、定位和通信的電子設(shè)備。由于電磁波在水中衰減的速率非常高，無法偵測出訊號來源，以聲波探測水面下的人造物體成為運用最廣泛的手段。潛艇可以通過主動聲吶的聲音回波進行搜索和導(dǎo)航。早在1970年代，美國和前蘇聯(lián)海軍就使用核動力潛艇，通過主動聲吶對北極地區(qū)水下地形進行了測繪。

聲吶分為主動式和被動式兩種，主動式聲吶會自己發(fā)出音響訊號，借由這個訊號接觸物體后反射回來的變化，計算物體的相對方位與距離。被動式聲吶的作用和傳統(tǒng)的水下聽音裝置“水聽器”極為相近，不發(fā)出任何訊號，只接收來自于周邊的各種音頻訊號來判斷與識別不同的物體。聲吶技術(shù)最早可以追溯到1906年，由英國海軍的李維斯·理察森發(fā)明，一戰(zhàn)時開始應(yīng)用到戰(zhàn)場，主要用來偵測潛藏在水底的潛水艇。當(dāng)時的聲吶只能被動聽音，屬于被動聲吶或叫“水聽器”。1915年，法國物理學(xué)家與俄國電氣工程師合作發(fā)明了第一部用于偵測潛艇的主動式聲吶設(shè)備。

潛艇聲吶主要用于對水面艦艇、潛艇和其它水中設(shè)備進行搜索、識別、跟蹤和水面通信等。聲吶偵察指使用被動式聲吶進行的聲學(xué)偵察，主要任務(wù)是截收敵方各種主動式水聲設(shè)備及原發(fā)性聲場的聲信號，并測定其技術(shù)參數(shù)及方位、距離，以掌握敵艦動態(tài)或為進行水聲干擾和艦艇使用武器提供可靠依據(jù)。核動力攻擊潛艇裝備的聲吶種類繁多，性能優(yōu)良，有的裝備各種聲吶達15部左右。

一般潛艇安裝聲吶的主要位置是在最前端，由于現(xiàn)代潛艇非常依賴被動聲吶的探測效果，巨大的收音裝置不僅僅讓潛艇的直徑“水漲船高”，原本安裝在這個位置上的魚雷管只能退到兩旁去。潛艇的聲吶型態(tài)還包括安裝在艇身其他位置的被動聲吶聽音裝置，利用不同位置收到的同一訊號，經(jīng)過電腦處理和運算之后，可以迅速進行粗淺定位，這對艇身較大的潛艇來說比較有利，因為測量的基線較長，準(zhǔn)確度亦較高。還有一種聲吶被稱為“拖曳聲吶”。這種聲吶裝置用纜線與潛艇連接，本體遠遠拖在潛艇后面進行探測，因而得名。拖曳聲吶的使用大幅強化了潛艇對全方位與不同深度，尤其是潛艇尾端的偵測能力。

二戰(zhàn)及此前的潛艇聲吶只能對單個目標(biāo)進行定位和跟蹤，對目標(biāo)存在與類型的判斷主要靠操作人員的聽覺、視覺和經(jīng)驗，探測距離很近，不能測定目標(biāo)深度，而且沒有被動測距的功能。

1942年，在大西洋海域，一場慘烈的海底戰(zhàn)爭正在秘密進行。對峙雙方分別是德國潛艇部隊與美英同盟國海軍。德國技術(shù)專家為納粹海軍研制了潛艇“通氣管”裝置，這是一種延長了的柴油機排氣孔，使?jié)撏俣忍岣?倍，也不需要浮出水面充電。但裝上“通氣管”裝置后飛機作為反潛武器的效能失去許多，并使幾乎雷達無效；潛艇人員由于“通氣管”產(chǎn)生的氣壓波振耳痛，甚至“通氣管”出現(xiàn)故障時使艇員由于吸入過多煙氣引起二氧化碳中毒。與此同時，美英技術(shù)專家不僅發(fā)明了更先進的聲吶，還為同盟國飛機發(fā)明了空投聲吶浮標(biāo)，這使飛機不僅成為有效的反潛武器，還取代了過去雷達所要完成的探測任務(wù)。此外，美英技術(shù)專家們還發(fā)明了發(fā)射時不產(chǎn)生噪聲的魚雷——“刺猬彈”和“捕鼠彈”，加強了攻擊力。在盟軍登陸西歐的10周里，裝有“通氣管”裝置的德國潛艇和音響魚雷擊沉了12艘商船，而美英飛機則擊沉29艘納粹潛艇，擊傷潛艇多艘。

二戰(zhàn)后聲吶技術(shù)的發(fā)展，使現(xiàn)代潛艇聲吶具有以下主要特點：采用低工作頻率，加大發(fā)射功率，加大換能器基陣尺寸，使用可作垂直波束掃描的換能器基陣，能選擇利用三種傳播途徑，采用先進的信號處理技術(shù)，采用集成電路和微型組件，實現(xiàn)全數(shù)字化。20世紀(jì)70年代初以來，普遍采用數(shù)字計算機和微處理器，進行信號處理和全系統(tǒng)的控制和監(jiān)視，使提取和綜合信息的數(shù)量和質(zhì)量大幅度提高，操縱控制和檢修更為方便。在提高聲吶的戰(zhàn)術(shù)技術(shù)性能，使聲吶具有多功能、高可靠性與可維修性等方面，都取得長足的進步。

潛艇聲吶的種類與水面艦艇聲吶基本相同，但在聲吶配置、換能器布陣和戰(zhàn)斗使用方式上，有自己的特點?，F(xiàn)代潛艇大多按多站系統(tǒng)設(shè)計和配置各型聲吶和水聲測量設(shè)備。典型的潛艇聲吶系統(tǒng)由警戒聲吶、攻擊聲吶、探雷聲吶、通信聲吶、識別聲吶、被動測距聲吶、環(huán)境噪聲記錄分析儀、聲速測量儀、聲線軌跡儀和有關(guān)計算機設(shè)備等組成。有的系統(tǒng)還包括一部拖曳線列陣聲吶。系統(tǒng)內(nèi)各聲吶之間可進行數(shù)據(jù)傳遞，有的幾部聲吶共用一個換能器基陣或某些信號處理部件，或共同配合完成一項任務(wù)。有的多站系統(tǒng)還配置集中顯示和操縱的顯控臺。多站聲吶系統(tǒng)的優(yōu)點是信息綜合性強，便于集中控制，各站功能互相配合?，F(xiàn)代潛艇聲吶的換能器基陣多采用貼鑲式，布設(shè)在艇殼表面，如在艇首外殼布設(shè)馬蹄形陣，或沿整個舷側(cè)或耐壓殼體上部布設(shè)線列陣。貼鑲式基陣不破壞艇體線型，不占據(jù)艇內(nèi)空間位置，能爭取到較大的基陣尺寸，提高基陣性能。20世紀(jì)60年代起，大批核動力潛艇已將有利于聲吶工作的艇首空間用來安裝大型換能器基陣，而把艇首魚雷發(fā)射管移至基陣后兩側(cè)。為保持潛艇的隱蔽性，潛艇聲吶系統(tǒng)在大多數(shù)情況下，以被動工作方式對水中目標(biāo)進行警戒、探測、跟蹤、識別和定位。只是在魚雷射擊前，以主動方式對水中目標(biāo)定位，為魚雷武器射擊指揮系統(tǒng)提供目標(biāo)精確坐標(biāo)數(shù)據(jù)。潛艇聲吶系統(tǒng)還不斷對所在海區(qū)的聲傳播條件和本艇噪聲進行監(jiān)測和分析，以便選擇最佳的戰(zhàn)術(shù)機動和聲吶使用方式。

未來潛艇聲吶的研制將具有更高定位精度的被動測距聲吶，以滿足水中武器實施全隱蔽攻擊的需要；繼續(xù)發(fā)展采用低頻線譜檢測的潛艇拖曳線列陣聲吶，實現(xiàn)超遠程的被動探測和識別；研制更適合于淺海工作的潛艇聲吶，特別是解決淺海水中目標(biāo)識別問題；大力降低潛艇自噪聲，改善潛艇聲吶的工作環(huán)境。

鏈 接：

英國國防部4月1日宣布，英國皇家海軍派出的“特拉法爾加”級“不懈”號核潛艇已經(jīng)抵達南印度洋海域，準(zhǔn)備協(xié)助搜尋馬航MH370失聯(lián)客機。為什么要派出核潛艇參與馬航失聯(lián)客機搜尋？

核潛艇一般裝備了完善的聲吶系統(tǒng)，其對搜索黑匣子有很大的幫助。以此次參與搜索的英國“不懈”號核潛艇為例，該潛艇配備了2076型主/被動艇艏聲吶、2007型舷側(cè)陣聲吶、2019型探雷避障聲吶和2020型拖曳線列陣聲吶。