打破潛艇不可追蹤的神話

海生

在現(xiàn)代化的戰(zhàn)爭武器中，潛艇是最不易被敵人發(fā)現(xiàn)的。所以，很多國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形成核威懾。

潛艇之所以隱蔽性好，一個重要的原因是電磁波信號在水下衰減很快，因此不能用類似雷達(dá)的裝置來探尋它。事實上，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。

不是有聲納么？沒錯，目前聲納是探測潛艇的常用手段。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15千米以內(nèi)的潛艇。在這范圍之外，監(jiān)聽效果就不怎好了。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，即使未來的隱形潛艇也難保不露行蹤。

存在“化石湍流”

早在冷戰(zhàn)時期，在聲納技術(shù)落后的情況下，蘇聯(lián)曾探索過另一種跟蹤潛艇的辦法。這項技術(shù)涉及識別潛艇的尾跡。這些尾跡是潛艇駛過之后，被攪動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，甚至衛(wèi)星來跟蹤潛艇。

西方人最初對此深表懷疑。沒錯，潛艇會在其身后留下被攪動的湍流，但根據(jù)當(dāng)時科學(xué)界對湍流的理解，它們應(yīng)該在幾分鐘之內(nèi)就會消失，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幾下，產(chǎn)生的湍流難道不是分解成越來越小的水流，最終會消失不見么？

不過，在任何情況下都是這樣嗎？有沒有相反的情況呢？這在理論上卻是一個長期懸而未決的問題，因為雖然像蜂蜜這樣濃稠的流體流動時，科學(xué)家可以預(yù)測它產(chǎn)生的湍流，但一旦涉及較少粘性的流體（比如水）時，湍流就變得不可預(yù)測了。

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

隨后，科學(xué)家在電腦模擬中，也證實了其存在。

尾跡露行蹤

但在實驗室之外是不是存在？為了弄清這個問題，2002年，吉布森參加了一個環(huán)境項目，該項目研究某海灣廢棄管道對水流的影響。

研究人員在水下部署了一系列的傳感器，來測量水在XYZ三個方向的流速。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)，傳感器檢測到一些湍流，它們在上升到表面時規(guī)模會變得越來越大。

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”在自然界是真實存在的。

當(dāng)然，潛艇在水下大約300米甚至更深處活動，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)該也不會有問題。據(jù)他估計，一艘潛艇所產(chǎn)生的“化石湍流”可持續(xù)很多天。

這項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，這個問題不解決，未來的隱形潛艇也一樣不安全。事實上，俄國人在這方面下了很大的功夫，比如他們在潛艇上裝備了渦旋衰減器和不會產(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，但為什么除俄國外，當(dāng)初沒有引起各國的重視呢？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)和磁場檢測

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

一種方法是探測海水的磁場變化。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)有東西攪動海水時，由于離子的質(zhì)量不同，鈉離子和氯離子會以不同的速率運動。我們知道，運動的電荷要產(chǎn)生磁場。本來，正負(fù)離子若以同樣的速率朝同一方向運動，所產(chǎn)生的磁場會彼此抵消。現(xiàn)在，盡管它們運動的方向相同，但氯離子由于質(zhì)量較大，運動得比鈉離子慢，所以磁場就不能抵消了。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，隨著時間的推移會變得非常微弱，但也并非不可檢測。英美兩國的海軍目前都在研究檢測微弱磁場的技術(shù)。

“冷跡”與“熱跡”

此外還有另一個選擇，這取決于海水的另一個獨特的屬性：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，任何物體都會發(fā)出紅外線，溫度不一樣，發(fā)出的紅外線波長也不一樣。利用這一點，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)家開發(fā)了一種紅外線成像儀，用來追蹤在水下幾米深處活動的自制小型潛艇。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海岸警衛(wèi)隊。

當(dāng)然，一旦潛艇處在水下數(shù)百米深處，這項技術(shù)就鞭長莫及了。不過，對于偵察核潛艇也許并非毫無希望。

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。一項研究表明，一艘核潛艇駛過的洋面，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。這種“熱跡”也可以通過紅外線成像來探測。

當(dāng)然，目前的紅外線成像儀只能檢測到最低至0.02℃的差異，但一款可輕松檢測到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)研制出水下機器人。這些機器人造價低廉，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