打破潛艇不可追蹤的神話

海生

在現(xiàn)代化的戰(zhàn)爭(zhēng)武器中，潛艇是最不易被敵人發(fā)現(xiàn)的。所以，很多國(guó)家把一部分核彈頭裝載在潛艇上，以出其不意地打擊敵人來(lái)形成核威懾。

潛艇之所以隱蔽性好，一個(gè)重要的原因是電磁波信號(hào)在水下衰減很快，因此不能用類似雷達(dá)的裝置來(lái)探尋它。事實(shí)上，為了跟地面聯(lián)絡(luò)，或者為了校正航向，潛艇自己都要浮出水面才能接收電磁波信號(hào)。

不是有聲納么？沒(méi)錯(cuò)，目前聲納是探測(cè)潛艇的常用手段。跟蝙蝠一樣，聲納利用了超聲波反射的原理。根據(jù)海洋的不同條件，聲納可以監(jiān)聽(tīng)15千米以內(nèi)的潛艇。在這范圍之外，監(jiān)聽(tīng)效果就不怎好了。但想一想，方圓15千米比起3億平方千米的大海，又算得了什么？此外，很多國(guó)家正在研制防聲納的“隱形潛艇”，一旦成功，連聲納也將失去用處。

但潛艇真是不可追蹤的嗎？不，科學(xué)家正在研究一些新的偵察潛艇的技術(shù)。在這些技術(shù)面前，即使未來(lái)的隱形潛艇也難保不露行蹤。

存在“化石湍流”

早在冷戰(zhàn)時(shí)期，在聲納技術(shù)落后的情況下，蘇聯(lián)曾探索過(guò)另一種跟蹤潛艇的辦法。這項(xiàng)技術(shù)涉及識(shí)別潛艇的尾跡。這些尾跡是潛艇駛過(guò)之后，被攪動(dòng)的海水上升到海面形成的。蘇聯(lián)人聲稱，他們能根據(jù)這種尾跡，利用艦載雷達(dá)或飛機(jī)，甚至衛(wèi)星來(lái)跟蹤潛艇。

西方人最初對(duì)此深表懷疑。沒(méi)錯(cuò)，潛艇會(huì)在其身后留下被攪動(dòng)的湍流，但根據(jù)當(dāng)時(shí)科學(xué)界對(duì)湍流的理解，它們應(yīng)該在幾分鐘之內(nèi)就會(huì)消失，或者跟其他的水流合并，變得難以辨認(rèn)。試想一下，把你的手放在浴缸里攪動(dòng)幾下，產(chǎn)生的湍流難道不是分解成越來(lái)越小的水流，最終會(huì)消失不見(jiàn)么？

不過(guò)，在任何情況下都是這樣嗎？有沒(méi)有相反的情況呢？這在理論上卻是一個(gè)長(zhǎng)期懸而未決的問(wèn)題，因?yàn)殡m然像蜂蜜這樣濃稠的流體流動(dòng)時(shí)，科學(xué)家可以預(yù)測(cè)它產(chǎn)生的湍流，但一旦涉及較少粘性的流體（比如水）時(shí)，湍流就變得不可預(yù)測(cè)了。

到了20世紀(jì)60年代，相反情況的存在終于在實(shí)驗(yàn)室得到證實(shí)。一位叫卡爾·吉布森的美國(guó)海洋學(xué)家在研究風(fēng)洞、水洞以及潮汐中形成的湍流時(shí)，發(fā)現(xiàn)了一種“化石湍流”。所謂“化石湍流”，是一種形象的說(shuō)法，意指那種能存在時(shí)間很長(zhǎng)，以至于能像化石一樣記錄過(guò)去發(fā)生的事件的湍流。這種湍流是幾股小湍流合并，一級(jí)級(jí)放大到一定規(guī)模之后形成的。

隨后，科學(xué)家在電腦模擬中，也證實(shí)了其存在。

尾跡露行蹤

但在實(shí)驗(yàn)室之外是不是存在？為了弄清這個(gè)問(wèn)題，2002年，吉布森參加了一個(gè)環(huán)境項(xiàng)目，該項(xiàng)目研究某海灣廢棄管道對(duì)水流的影響。

研究人員在水下部署了一系列的傳感器，來(lái)測(cè)量水在XYZ三個(gè)方向的流速。用這些數(shù)據(jù)，吉布森描繪出不同位置的湍流。他發(fā)現(xiàn)，傳感器檢測(cè)到一些湍流，它們?cè)谏仙奖砻鏁r(shí)規(guī)模會(huì)變得越來(lái)越大。

然后，他分析了海洋的衛(wèi)星照片，試圖尋找洋面亮度的微小變化。盡管管子鋪設(shè)在水下70米深處，但在衛(wèi)星照片上他還是觀察到了洋面亮度的異常，而且異常的位置與傳感器記錄的位置剛好符合。此外，他搭乘飛機(jī)在離海面12千米的高空，也觀察到了這些湍流的痕跡。這一切意味著“化石湍流”在自然界是真實(shí)存在的。

當(dāng)然，潛艇在水下大約300米甚至更深處活動(dòng)，遠(yuǎn)比那些管道深，但潛艇體積龐大，所以吉布森認(rèn)為，他的結(jié)論外推到水下300米的潛艇應(yīng)該也不會(huì)有問(wèn)題。據(jù)他估計(jì)，一艘潛艇所產(chǎn)生的“化石湍流”可持續(xù)很多天。

這項(xiàng)研究告訴那些正在制造潛艇的人，應(yīng)該設(shè)法減少潛艇產(chǎn)生的尾跡，這個(gè)問(wèn)題不解決，未來(lái)的隱形潛艇也一樣不安全。事實(shí)上，俄國(guó)人在這方面下了很大的功夫，比如他們?cè)跐撏涎b備了渦旋衰減器和不會(huì)產(chǎn)生湍流的螺旋槳。

隨便插一句。既然潛艇的尾跡可暴露其行蹤，但為什么除俄國(guó)外，當(dāng)初沒(méi)有引起各國(guó)的重視呢？這恐怕是這種尾跡不去特別注意，不容易被發(fā)現(xiàn)的緣故吧。

德拜效應(yīng)和磁場(chǎng)檢測(cè)

我們并不確切地知道，俄國(guó)人是否真的能夠通過(guò)潛艇尾跡來(lái)跟蹤潛艇，但是無(wú)論如何，還有其他方法可以找到這些金屬龐然大物。

一種方法是探測(cè)海水的磁場(chǎng)變化。我們都知道，海水的鹽度很高，水中溶解了大量的鈉離子和氯離子，它們都帶有電荷。當(dāng)有東西攪動(dòng)海水時(shí)，由于離子的質(zhì)量不同，鈉離子和氯離子會(huì)以不同的速率運(yùn)動(dòng)。我們知道，運(yùn)動(dòng)的電荷要產(chǎn)生磁場(chǎng)。本來(lái)，正負(fù)離子若以同樣的速率朝同一方向運(yùn)動(dòng)，所產(chǎn)生的磁場(chǎng)會(huì)彼此抵消?，F(xiàn)在，盡管它們運(yùn)動(dòng)的方向相同，但氯離子由于質(zhì)量較大，運(yùn)動(dòng)得比鈉離子慢，所以磁場(chǎng)就不能抵消了。這種現(xiàn)象叫“德拜效應(yīng)”，是荷蘭物理化學(xué)家德拜于20世紀(jì)30年代發(fā)現(xiàn)的。

盡管一艘潛艇在水中留下的磁場(chǎng)，隨著時(shí)間的推移會(huì)變得非常微弱，但也并非不可檢測(cè)。英美兩國(guó)的海軍目前都在研究檢測(cè)微弱磁場(chǎng)的技術(shù)。

“冷跡”與“熱跡”

此外還有另一個(gè)選擇，這取決于海水的另一個(gè)獨(dú)特的屬性：海洋中的水，由于溫度、密度不同，是分層的。最上層的水溫度最高，密度最小。輪船、鯨魚(yú)和潛艇把水層攪拌之后，底下較冷的水就流向了表面，并在表面留下“冷跡”。

我們知道，任何物體都會(huì)發(fā)出紅外線，溫度不一樣，發(fā)出的紅外線波長(zhǎng)也不一樣。利用這一點(diǎn)，紅外線可用于成像。反映在圖像上，不同溫度的地方，顏色也不一樣。

加拿大科學(xué)家開(kāi)發(fā)了一種紅外線成像儀，用來(lái)追蹤在水下幾米深處活動(dòng)的自制小型潛艇。這些自制潛艇一般被毒品販子用于水下走私毒品。目前，這種紅外線成像儀已裝備了美國(guó)海岸警衛(wèi)隊(duì)。

當(dāng)然，一旦潛艇處在水下數(shù)百米深處，這項(xiàng)技術(shù)就鞭長(zhǎng)莫及了。不過(guò)，對(duì)于偵察核潛艇也許并非毫無(wú)希望。

核潛艇需要從其反應(yīng)堆中發(fā)散熱量，功率可達(dá)兆瓦。反應(yīng)堆需要用海水冷卻，因此潛艇會(huì)在其身后留下大量熱水。這些熱水因密度較小而緩慢升至水面。一項(xiàng)研究表明，一艘核潛艇駛過(guò)的洋面，其溫度將比周圍海水高出差不多0.005℃，而且可以持續(xù)數(shù)小時(shí)。這種“熱跡”也可以通過(guò)紅外線成像來(lái)探測(cè)。

當(dāng)然，目前的紅外線成像儀只能檢測(cè)到最低至0.02℃的差異，但一款可輕松檢測(cè)到0.001℃到0.005℃溫差的成像儀已經(jīng)在生產(chǎn)中了。

最后，隨著智能技術(shù)的發(fā)展，人們已經(jīng)研制出水下機(jī)器人。這些機(jī)器人造價(jià)低廉，可在海洋中大量投放。它們像水中的密探一樣，將讓潛艇防不勝防。

你瞧，這么多技術(shù)正在打破潛艇不可追蹤的神話。endprint