外軍艦船聲磁監(jiān)測(cè)主要做法及啟示*

湯曉迪　程一超

(海軍蚌埠士官學(xué)校　蚌埠　233012)

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外軍艦船聲磁監(jiān)測(cè)主要做法及啟示*

湯曉迪程一超

(海軍蚌埠士官學(xué)校蚌埠233012)

艦船聲磁特征已成為現(xiàn)代海戰(zhàn)中發(fā)現(xiàn)、識(shí)別和攻擊艦艇的重要依據(jù)，是影響艦船生存能力和作戰(zhàn)效能的重要特性參數(shù)。論文介紹了艦船聲磁特性的定義及其影響，在此基礎(chǔ)之上，進(jìn)一步闡述了外軍艦船聲磁監(jiān)測(cè)的主要做法及相關(guān)啟示。

聲磁特征;艦船生存能力;艦船聲磁監(jiān)測(cè)

Class NumberU665

1　引言

艦船聲磁監(jiān)測(cè)是指對(duì)艦船的聲場(chǎng)、磁場(chǎng)等物理場(chǎng)特性進(jìn)行收集與分析。岸基聲磁監(jiān)測(cè)站將監(jiān)測(cè)換能器布放于軍港出海航道，依托岸上電子設(shè)備對(duì)監(jiān)測(cè)換能器接收聲、磁信號(hào)進(jìn)行處理，并將處理結(jié)果實(shí)時(shí)顯示，以實(shí)現(xiàn)對(duì)進(jìn)、出港艦船的聲磁特性監(jiān)測(cè)，及時(shí)對(duì)聲磁異常艦船進(jìn)行專項(xiàng)檢測(cè)與維護(hù)，便于指揮機(jī)關(guān)隨時(shí)掌握在役艦船工作狀態(tài)，科學(xué)合理運(yùn)用兵力。

2　艦船聲磁特性及其影響

2.1艦船磁場(chǎng)特性及其影響

現(xiàn)代艦船的船體和上層建筑以及各種武器裝備一般均由鋼鐵制成，即使是采用非磁性材料制造

船體的現(xiàn)代化掃雷艦艇及其它艦船也仍需要用鋼鐵或者低磁鋼制造各種武器裝備，這些鋼鐵或其他磁性材料制成的物體在地磁場(chǎng)中都會(huì)被磁化，在被地磁場(chǎng)磁化的艦船周圍的空間里，存在著艦船磁場(chǎng)。

2.1.1艦船磁場(chǎng)定義

艦船磁場(chǎng)，是指由于艦船的出現(xiàn)所造成的周圍空間磁場(chǎng)的增量。按照地磁場(chǎng)對(duì)艦船不同方向所進(jìn)行的磁化，可將艦船總磁場(chǎng)分解為三部分：艦船垂直磁性、艦船縱向磁性、艦船橫向磁性。上述三種磁性都各包括固定磁性與感應(yīng)磁性兩部分。

艦船固定磁性是在建造時(shí)期形成的，是艦船的剩磁，即使地磁場(chǎng)變?yōu)榱?，這部分磁性仍存在，在一定時(shí)期內(nèi)可視作固定不變，故名固定磁性。由于各艦船在建造期間上述諸因素不盡相同，因此，各艦船的固定磁性是不同的。艦船在正常航行條件下，在一定的時(shí)間內(nèi)，其固定磁性可以視為不變，但當(dāng)船體受到強(qiáng)烈震動(dòng)(如炮火射擊、近距離水中爆炸等)、大風(fēng)浪襲擊及大規(guī)模修理后，或者長期更換基地至地磁場(chǎng)與原來有顯著變化的地區(qū)時(shí)，固定磁性將發(fā)生顯著的變化。

艦船在航行過程中，由于受地磁場(chǎng)感應(yīng)磁化而形成的磁性叫做感應(yīng)磁性，其大小和方向隨當(dāng)?shù)氐卮诺臄?shù)值成比例的變化[1～2]。

2.1.2艦船磁場(chǎng)對(duì)艦船的威脅

雖然艦船磁場(chǎng)屬于弱磁場(chǎng)，但在艦船周圍幾十米甚至幾百米的范圍內(nèi)都能發(fā)現(xiàn)其磁場(chǎng)的存在，這就導(dǎo)致艦船容易遭受裝有磁引信的魚、水雷等武器的攻擊，也容易被磁性探測(cè)裝置所發(fā)現(xiàn)。隨著水中兵器的廣泛使用，艦船受到的威脅也越來越大，因此艦船磁場(chǎng)特性越來越受到各個(gè)軍事大國的注意。

艦船磁場(chǎng)對(duì)艦船的威脅主要來自于三個(gè)方面：磁引信水雷、航空磁探和水下磁探。

1)磁引信水雷

磁引信水雷是應(yīng)用最早的一種非觸發(fā)引信水雷。磁性水雷引信的主要工作方式是利用電磁感應(yīng)原理進(jìn)行工作。當(dāng)艦船經(jīng)過水雷附近或通過水雷上方時(shí)，造成引信的感應(yīng)線圈棒中磁場(chǎng)的變化，線圈兩引出線之間會(huì)產(chǎn)生一個(gè)微弱的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，該感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)經(jīng)處理產(chǎn)生引爆信號(hào)，推動(dòng)水雷爆炸電路工作，從而引爆水雷。

水雷在歷次戰(zhàn)爭(zhēng)中扮演著重要的角色，發(fā)揮了巨大作用，成為海戰(zhàn)中不可替代的武器裝備。因此，為了降低磁性水雷的威脅，并提高艦船在淺海作戰(zhàn)的生存能力，各國紛紛針對(duì)艦船磁場(chǎng)的特性進(jìn)行深入研究，力求降低艦船自身磁場(chǎng)特性。

2)航空磁探

航空磁探是對(duì)潛確定攻擊目標(biāo)的主要手段。潛艇航行過程中，在地磁場(chǎng)的作用下形成固定磁場(chǎng)和感應(yīng)磁場(chǎng)。潛艇自身的磁異常會(huì)引起地磁場(chǎng)的擾動(dòng)，通過檢測(cè)這種磁異常擾動(dòng)可以對(duì)潛艇進(jìn)行檢測(cè)和跟蹤。磁異探測(cè)就是用裝載于飛機(jī)上的磁探儀接收潛艇的磁場(chǎng)信號(hào)，從而對(duì)潛艇進(jìn)行準(zhǔn)確定位，并依此解算出目標(biāo)潛艇的運(yùn)動(dòng)要素，及其與飛機(jī)的相對(duì)位置等參數(shù)。與其他探潛設(shè)備相比，磁探儀具有不受水文氣象條件限制、可以連續(xù)搜索、使用簡(jiǎn)單可靠、分類能力好、定位精度高等特點(diǎn)，是現(xiàn)代反潛飛機(jī)，尤其是固定翼反潛巡邏機(jī)普遍使用的反潛探測(cè)設(shè)備。裝有高靈敏度磁探儀的飛機(jī)可在數(shù)百米高空之內(nèi)探測(cè)到磁異信號(hào)，并對(duì)磁異信號(hào)進(jìn)行分析，從而對(duì)潛艇展開攻擊，給潛艇的作戰(zhàn)和生存帶來極大威脅。

磁探儀按其探頭的安裝位置分為兩種：一種是固定式，探頭固定在反潛機(jī)內(nèi)的某個(gè)位置，一般安裝在尾部的無磁性探桿內(nèi)；另一種是拖曳式，探頭通過纜繩拖曳在反潛機(jī)后方某個(gè)高度上。

3)水下磁探

水下磁探也已成為重要的探潛手段。由于潛艇消聲技術(shù)的發(fā)展以及淺海復(fù)雜水聲環(huán)境的影響，使得對(duì)潛艇的水聲探測(cè)越來越困難。在繼續(xù)提高水聲探測(cè)能力的同時(shí)，許多國家，如日、俄、意等，已經(jīng)將磁傳感器陣列布防于海峽等重要航道，以探測(cè)噪聲越來越低的潛艇。

2.2艦船噪聲特性及其影響

艦船噪聲是艦艇特別是水下潛艇暴露的主要信息源，也是水雷引信利用的重要特征。

2.2.1艦船噪聲來源

艦船噪聲主要包括機(jī)械噪聲、螺旋槳噪聲和水動(dòng)力噪聲。艦船機(jī)械噪聲的產(chǎn)生原因主要有不平衡的旋轉(zhuǎn)部件，如不圓的軸或電機(jī)電樞；重復(fù)但不連續(xù)的工作部件，如齒輪、電樞槽；往復(fù)部件，如活塞；管道中的湍流，冷凝器排氣；軸襯和軸頸上的機(jī)械摩擦等。螺旋槳噪聲是由螺旋槳轉(zhuǎn)動(dòng)及艦船在水中航行引起的，螺旋槳產(chǎn)生的噪聲同機(jī)械噪聲有不同的源和不同的頻譜，機(jī)械噪聲產(chǎn)生在艦船內(nèi)部，由各種傳導(dǎo)和傳播過程通過船殼輻射到海水中，而螺旋槳噪聲產(chǎn)生在艦船外部。水動(dòng)力噪聲是不規(guī)則的和起伏的水流流過運(yùn)動(dòng)船只時(shí)產(chǎn)生流水動(dòng)力噪聲，不規(guī)則的流引起壓力起伏，直接輻射出去，在遠(yuǎn)處形成聲波，更重要的是它還會(huì)激勵(lì)船體某些部分發(fā)生振動(dòng)[3～4]。

2.2.2艦船噪聲對(duì)艦船的影響

艦船的機(jī)械噪聲和螺旋槳噪聲是判斷艦船類型的主要依據(jù)，艦船噪聲級(jí)是影響被動(dòng)聲納探測(cè)距離的主要因素。就海上探測(cè)裝備而言，目前，美、日、臺(tái)的海上偵察手段主要有反潛巡邏機(jī)、反潛直升機(jī)、海洋監(jiān)視船以及布置于海底的SOSUS固定式水聲監(jiān)視系統(tǒng)等。其水聲探測(cè)設(shè)備主要有SOSUS固定監(jiān)視系統(tǒng)、SURTASS機(jī)動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、聲納浮標(biāo)、各種主被動(dòng)艦(艇)載聲納。

為減少被敵發(fā)現(xiàn)和攻擊的概率，現(xiàn)代艦船一般都采取減振降噪等控制物理場(chǎng)特征的措施，使其在出廠時(shí)滿足一定的指標(biāo)。但艦船的噪聲特征在其使用過程中并不是固定不變的。主要機(jī)械設(shè)備磨損及故障、螺旋槳受損變形等因素都將導(dǎo)致噪聲增大，嚴(yán)重影響艦艇的聲隱身性能和聲納設(shè)備的使用效能。因此，做好艦艇機(jī)械裝置的維護(hù)降低輻射噪聲，減小噪聲目標(biāo)特性是保持艦艇聲隱身性能，提高艦艇生命力的一項(xiàng)重要技術(shù)措施[5]。

3　外軍聲磁監(jiān)測(cè)主要做法及啟示

由于艦船在役期間其聲、磁特性可變，如不經(jīng)常檢查，一般不易及時(shí)發(fā)現(xiàn)，指揮機(jī)關(guān)更不易及時(shí)掌握這些變化和異常。世界先進(jìn)海軍國家一般配置艦船聲、磁或更多種物理場(chǎng)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)在役艦船的聲、磁等物理場(chǎng)特性進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以隨時(shí)掌握其聲、磁等物理場(chǎng)狀況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常，有針對(duì)性地指導(dǎo)艦船進(jìn)行必要的檢測(cè)和維護(hù)，確保其聲、磁等隱身性能的正常，保證其生命力和戰(zhàn)斗力[6]。

3.1建立艦船物理場(chǎng)長期監(jiān)測(cè)機(jī)制及全壽命管理體系

發(fā)達(dá)海軍國家對(duì)于海軍艦船，在從設(shè)計(jì)、建造到服役的全壽期內(nèi)均進(jìn)行物理場(chǎng)特征的管理，其中一個(gè)重要的環(huán)節(jié)就是對(duì)于包括艦船自身聲場(chǎng)、磁場(chǎng)等多種物理場(chǎng)特征在內(nèi)的監(jiān)測(cè)與評(píng)估。其目的首先是通過監(jiān)測(cè)與評(píng)估進(jìn)行診斷，及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常，及時(shí)維修，以保持艦船自身處于最佳技術(shù)和戰(zhàn)術(shù)狀態(tài)；其次，通過監(jiān)測(cè)隨時(shí)掌握自身物理場(chǎng)特征的狀態(tài)和變化，針對(duì)已經(jīng)發(fā)生的變化進(jìn)行及時(shí)的專項(xiàng)檢測(cè)與維護(hù)，降低自身在戰(zhàn)斗中的危險(xiǎn)性，確保艦艇的戰(zhàn)斗力。

艦船物理場(chǎng)特性監(jiān)測(cè)不同于特定條件下的檢測(cè)，一般是在動(dòng)態(tài)的環(huán)境或條件下，觀測(cè)某種物理場(chǎng)特性的變化和異常。例如，艦船的振動(dòng)噪聲特性，通常是在造船廠向部隊(duì)交付艦船的時(shí)候，通過指定的測(cè)試單位，根據(jù)已經(jīng)建立的艦船振動(dòng)噪聲檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定的試驗(yàn)大綱進(jìn)行檢測(cè)，通過檢驗(yàn)數(shù)據(jù)判定所造艦船是否達(dá)到規(guī)定的技術(shù)狀態(tài)或建造指標(biāo)要求，經(jīng)檢測(cè)合格后正式交付部隊(duì)[7]。

由于實(shí)船噪聲檢測(cè)需要在特定的環(huán)境和海域條件下進(jìn)行，需要測(cè)量船只的配合，耗費(fèi)的人力、物力和時(shí)間較多，一般只在艦船建造完成出廠或大修后交付時(shí)進(jìn)行。而艦船的振動(dòng)噪聲性能，隨著艦船服役時(shí)間的延長，會(huì)向惡劣方向發(fā)生變化，往往服役時(shí)間越長，振動(dòng)噪聲性能越差。對(duì)于在役艦船的這些變化，只能依賴于日常持續(xù)性的監(jiān)測(cè)，及時(shí)地發(fā)現(xiàn)是否出現(xiàn)變化和異常。艦船噪聲特性的變異也涵蓋于艦船內(nèi)部的各種機(jī)械與電子設(shè)備，它們是艦船主要的振動(dòng)噪聲源。要抑制或排除這些振動(dòng)噪聲源對(duì)于艦船整體噪聲性能指標(biāo)的影響，就要時(shí)刻監(jiān)測(cè)這些機(jī)械電子設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常并采取相應(yīng)的技術(shù)手段進(jìn)行維護(hù)，才能時(shí)刻保證在役艦船的整體噪聲性能處于最佳狀態(tài)。這個(gè)過程不僅體現(xiàn)在艦船的振動(dòng)噪聲特性方面，也貫穿于電磁、水壓、紅外以及尾流等其他綜合物理場(chǎng)特性的領(lǐng)域。

從宏觀控制的角度出發(fā)，國外已將對(duì)在役艦船的物理場(chǎng)特性監(jiān)測(cè)納入到艦船隱身控制的閉環(huán)管理體系中[8]。

3.2研制艦船物理場(chǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)視情維護(hù)

國外對(duì)艦船目標(biāo)特征的監(jiān)測(cè)與測(cè)量從二戰(zhàn)后期即已開始。早期是獲取艦船目標(biāo)特征數(shù)據(jù)為聲納、魚雷、水雷設(shè)計(jì)研制提供依據(jù)。隨著這些探測(cè)和水中兵器技術(shù)的發(fā)展，對(duì)艦船自身性能便提出了更高的要求。20世紀(jì)60年代開始，美、蘇等國開始進(jìn)行艦船特別是潛艇的隱身技術(shù)研究，包括聲隱身和磁隱身，使艦船的隱身性能大幅度提高。然而，聲納、魚雷、水雷以及空間紅外探測(cè)、磁探測(cè)技術(shù)也不斷有新的突破，從而使艦船受到了利用聲、磁、電、紅外等多種手段對(duì)目標(biāo)特征進(jìn)行探測(cè)的裝備的威脅，因此對(duì)艦船目標(biāo)特征監(jiān)測(cè)的物理參數(shù)也日趨多樣化[9]。

二戰(zhàn)后，西方各國對(duì)艦船物理場(chǎng)的測(cè)量研究更加重視，研制了多套艦船聲、磁、水壓等物理場(chǎng)綜合數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。不再孤立地對(duì)組合引信所需要的聲、磁、水壓、電場(chǎng)等多種物理場(chǎng)進(jìn)行測(cè)量研究，而更為關(guān)注的是將這些物理場(chǎng)作為一個(gè)整體來進(jìn)行同點(diǎn)同時(shí)測(cè)量。

目前，美、英、意、俄等海軍大國均在港口或航道上布放固定監(jiān)測(cè)裝置，在艦艇進(jìn)出港的過程中進(jìn)行艦船聲、磁、水壓以及電場(chǎng)等特性的監(jiān)測(cè)，數(shù)據(jù)通過電纜或無線電傳輸?shù)桨哆厡?shí)驗(yàn)室。這樣既能及時(shí)發(fā)現(xiàn)艦船物理場(chǎng)異常，便于維護(hù)和控制艦艇出航，同時(shí)也能更多地獲取航行狀態(tài)下的艦艇物理場(chǎng)數(shù)據(jù)。由于固定式海底裝置具有穩(wěn)定可靠、受海浪海流影響小、測(cè)量重復(fù)性好、對(duì)兵力配合要求較低等特點(diǎn)，已被各國所廣泛采用，當(dāng)然這些優(yōu)點(diǎn)的代價(jià)是高昂的先期投入及維持維護(hù)費(fèi)用。

建立艦船物理場(chǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)艦船物理場(chǎng)長期監(jiān)測(cè)和視情維護(hù)。通過監(jiān)測(cè)系統(tǒng)利用艦船進(jìn)出航道的機(jī)會(huì)，對(duì)在役艦船進(jìn)行全服役周期的監(jiān)測(cè)，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常。對(duì)于出現(xiàn)異常的艦船，進(jìn)一步通過專項(xiàng)檢測(cè)查明異常原因，提出有針對(duì)性的措施，以保證在役艦船物理場(chǎng)隱身性能。如此形成視情維護(hù)機(jī)制，實(shí)現(xiàn)由定期維護(hù)向按需維護(hù)的轉(zhuǎn)變，以最大可能充分發(fā)揮裝備效能。

建立艦船物理場(chǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可低成本積累艦船物理場(chǎng)數(shù)據(jù)。艦船為了對(duì)抗來自空中、水中各種武器裝備的探測(cè)，必須采取多方面的隱身防護(hù)措施，降低被探測(cè)和攻擊的可能性，并通過自身平臺(tái)背景的抑制，增加其探測(cè)裝備的作用距離。為達(dá)此目的，必須在大量數(shù)據(jù)積累的基礎(chǔ)上，深入研究各型艦船物理場(chǎng)特征的分布及變化規(guī)律，為艦船控制和降低其物理場(chǎng)特征、提高隱身性能提供依據(jù)[10]。

4　結(jié)語

未來的信息化海戰(zhàn)，目標(biāo)信息戰(zhàn)是其主要形式。艦船物理場(chǎng)特性是艦船信息防衛(wèi)的重要內(nèi)容。為提高我軍艦船的信息防衛(wèi)能力，提高生存和作戰(zhàn)能力，不但要發(fā)展艦船物理場(chǎng)特征的隱身技術(shù)，而且必須在服役期內(nèi)對(duì)艦船實(shí)施全程的特征管理，即在艦船的設(shè)計(jì)、建造和服役的全壽期內(nèi)，都應(yīng)當(dāng)對(duì)其物理場(chǎng)特征進(jìn)行專項(xiàng)檢測(cè)、日常監(jiān)測(cè)和特征管理。通過對(duì)艦船物理場(chǎng)特征進(jìn)行長期系統(tǒng)的跟蹤監(jiān)測(cè)和研究，可以發(fā)現(xiàn)和尋找艦船物理場(chǎng)特征規(guī)律，實(shí)現(xiàn)對(duì)我軍艦船物理場(chǎng)特征有效管理和控制，這對(duì)于我軍艦船適應(yīng)現(xiàn)代戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境是非常必要的，具有重大的軍事價(jià)值和長遠(yuǎn)的戰(zhàn)略意義[11]。

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Main Practices and Implications of Foreign Acoustic Monitoring

TANG XiaodiCHENG Yichao

(Bengbu Naval Petty Officer Academy,Bengbu233012)

Acoustic and magnetic characteristics of warship has become an important basis for discovering,identifying and attacking warships in the modern naval battle.It’s also the important characteristic parameters for the influence of warship survivability and operational effectiveness.In this paper it introduces the definition and the influence of acoustic and magnetic characteristics.On this basis,it further elaborates on the main practices and implications of foreign acoustic monitoring.

acoustic and magnetic characteristics,warship survivability,warship acoustic monitoring

2016年3月1日,

2016年4月17日

湯曉迪,男,講師,研究方向：水聲探測(cè)及水聲對(duì)抗。程一超,男,碩士,研究方向：水聲探測(cè)及水聲對(duì)抗。

U665DOI：10.3969/j.issn.1672-9730.2016.09.004