|
中国科学院福建物质结构研究所在《中国舰船研究》上发表《自然空化下潜艇感应电磁信号的演化》一文,指出潜艇空泡产生的电磁异常以极长波形式出现,可以在远距离被探测到。这可能成为反潜探测的突破。" ]6 B8 z6 L- O- @1 I2 B3 l% I
8 d7 T5 `2 A. F; f( D在一战和二战中,潜艇绞杀战差点把英国打趴下,但那时的潜艇只是可潜水的鱼雷艇,潜航时间很有限。现在,核潜艇使得无限潜航成为可能,而且不仅速度快,静音也越来越好,几乎达到海洋背景噪声的水平。被动的水声探测越来越困难,主动的水声探测则受到复杂水声环境的影响,还容易打草惊蛇。
# m- @7 _' ?" Y
# m' g! |- j9 Q4 l1 x+ O在中美对抗的大环境下,潜艇成为美国海军最后的优势领域,航母和大型水面战舰方面已经不占优了。8 z% u7 {3 G" k& B6 X0 t9 K; e
% P, }( {3 @! Q) l: `1 j
反潜首先要搜潜。一旦发现和精确定位,潜艇就死定了,但要发现和精确定位可真是不容易。& J F F0 z; a4 Q- w$ t
: {3 B b* a( u: L& y雷达无法穿透海水,光也很难穿透海水,只有声波还行。海洋里本来就有各种水流和生物噪声,加上远近船舶噪声,这是比空气中的雷达恶劣得多的探测环境。针对复杂的水声条件,也衍生出多种多样的声纳。' p2 ?, {; U8 o- A. g; W
/ s8 s) o* i+ i
水面战舰是最传统的搜潜平台,舰上空间宽大,便于装载各式大型搜潜装备,口径为王,灵敏度高。问题是舰艇本身的机械和水流噪声较大,海面的波浪噪声也较大,影响声纳工作。主动声纳可以增加信噪比,但水温跃变层有近乎反射镜的作用,使得跃变层下的潜艇难以被探测到。/ L5 h9 B+ Z0 f0 |" Q/ r9 }
' v8 b* q- J6 d0 t/ m$ G x
航空反潜在二战中发挥巨大作用,但靠的是潜艇潜航时间有限的漏洞,在上浮或者通气管状态下充电时用雷达捕获。在核潜艇时代,这个诀窍不管用了。红外、磁异都有用处,但探测距离和深度都有限,除非直接从潜艇上方飞过,很难可靠捕捉。
) n5 a0 a0 x7 ^0 x2 D8 m' E) L8 m8 q: B
6 `1 u5 g6 R- e现代航空反潜一般用空投的声纳浮标搜潜。美国喜欢用被动声纳浮标,苏联喜欢用主动声纳浮标。在理论上,被动声纳浮标不易惊动潜艇,可以抓现行,在对方没有提防的时候就予以猎杀。实际上,投放入水时的“噗通”声可以被潜艇声纳可靠地捕获。要是距离和水声条件使得潜艇听不到声纳浮标入水的“噗通”声,声纳浮标也听不到潜艇的声音。潜艇声纳的口径可比声纳浮标大多了,灵敏度高多了,水声环境也更加安静。
2 f" j/ M2 H0 n$ ^: i" O* g3 J/ w! y. P2 }
主动声纳浮标肯定惊动对方潜艇,但探测可靠,也可能使得对方忙中出错,自投罗网。, w; r& e( v! Z0 Y; M
6 {/ o0 m' ~; O直升机反潜则以变深声纳为主。到一个点,把声纳像吊篮一样放下,沉入海中一定深度,搜索完毕后收起,直升机再到下一个搜潜点重复这一过程。但声纳的口径受到限制,也需要多点搜索才能完成三角定位,很费时间,容易被潜艇在搜潜点的间隙中溜走。! f* z" T: v8 E: m- h2 G9 d
7 h+ q& s s1 m7 g/ e: U( U
一般认为,潜艇是最好的反潜平台,因为搜索与被搜索的潜艇处于同样的环境,谁都不占优势,但这是“三岔口”式的互相摸索。, Y9 m3 a8 u8 t3 f9 j! I$ z
* e/ V" Q6 R- B/ N2 E1 Z# `
很多年来,有各种远程搜潜的尝试,最主要的就是SOSUS。
( A3 h! |+ R$ v& J4 f3 W
3 }" X: {; a9 c这是在海床上固定布设的被动声纳装置,灵敏度高,可探测几百、上千公里外的潜艇活动。美国在60年代就开始建立,现在遍布北大西洋、北太平洋。中国也在建立,首先在南海。但这也是非常粗略的探测,并不精确,远远达不到可以引导攻击的精度,只是提供远程预警。- J: r0 X% D* |6 Y9 p( z
6 k( k O" {" h卫星据说可以“看到”水下潜艇的航迹,但并不可靠,而且对光线、海况、斜距等要求很高。与其说是有用的探测手段,不如说会偶尔撞上。: r/ Y2 ~) L! v) }4 ]" ~# ?
/ E/ ^0 R9 v- H光在本质上是电磁波,水下没有多深就是漆黑一片,这意味着光线穿透海水的能力不强。所以激光搜潜在本质上也是有局限的。2 N0 p+ v+ ^ j- ?
4 b( x3 `/ T- S' J' Y E
但极长波是个例外。极长波和极低频是一回事。极长波可以在水下传播,这是战略核潜艇接收打击命令的基本手段。美苏都有极长波电台,还有专用的带有极长波设备的战略值班飞机。一旦最高统帅部决定启动海基核打击,就通过极长波系统发出预定指令。在水下的潜艇接收到后,要么按照约定上浮接收卫星通信发来的完整打击命令,要么按照对约定目标直接启动打击程序。
. Y1 J+ K7 {3 q* `; r! J# I7 E+ f5 ^4 d; U
极长波的频率极低,所以数据率极低,只能发送非常简明的命令,一啰嗦就发不过来了。' x8 w! P/ Q8 n
# E, Y' g( `. _, O! l但极长波能穿透海水这个特性,现在被中国人利用来揭示潜艇行踪了。
' G& [1 t- c/ p" d
3 y# @* N ^! t- U' b高温和低压都能导致水的气化,这是中学物理就知道的。游泳时,手划水,手掌推水形成压力,手背形成涡流,这是负压。负压强到一定程度,海水会局部气化,形成空泡。人手达不到这样的负压,但螺旋桨能。/ G9 e3 A3 J. z- @; N4 A. s& b( q8 @- Y
7 l/ E; S& M a# ?* ]+ m, ^螺旋桨在转动时,侧斜的桨叶在旋转中一面搅动水体,一面形成向船尾方向挤压的分量,桨叶背面就形成低压区和空泡。船的螺旋桨即使完全浸入水中,也会打起白沫,就是空泡的原因。潜艇螺旋桨也一样。
8 D9 n# C" L. ~* [6 r$ L. }! l) c4 W# U. L# Z- w- k% L
空泡形成的尾迹在船开过后很久还能看到,因为空泡比较稳定,要过一段时间才会破裂和被吸收。在水下,空泡破裂是潜艇非机械噪声的主要来源,一般用大侧斜、低转速桨叶来抑制,但不能消除。" T4 b$ f* e; [' t- u
" }) Q+ V D0 h# W& ]9 A空泡产生的湍流导致局部电磁异常,其信号可能比先进磁异探测器的灵敏度强3到6个数量级,完全在现有技术的探测范围内。不过磁异探测器的探测范围有限,如前所述,除非直接飞过潜艇上方或者相距很近,还是很难捕捉到。
% @6 H% v! I" {8 X" o+ u" M) P" f
' [6 y5 W* N( [9 z. S7 D不过磁异导致的极长波信号就不一样了。这是34-50赫兹之间的极长波信号。但极长波会在电离层反射,在很远的地方也能接收到。这就是天波雷达(OTH雷达)的原理:用电离层反射的电磁波信号探测几千公里以外的目标。
! g( E2 i; Q/ `( n: \) h* R8 ]4 D$ o x2 J2 d
OTH雷达有很多好处:隐身飞机对OTH雷达是现原形的,航母也一样会被抓个正着。OTH雷达有近界,襄樊建造面向太平洋的OTH雷达的话,近界在杭州到赣州一线,更近的看不到了;但远界差不多到关岛一线。
) k0 D' i$ A; O2 P% |6 C' Y
- p8 p6 v q0 k$ o6 yOTH雷达也有很多坏处。首先,天线阵巨大,像一个竖立的足球场,布满奇形怪状的金属框架和笼子。飞机上需要极长的天线才能捕获,极长波通信中继飞机是用几公里长的拖曳天线实现的,少量专用极长波反潜飞机在高空也这么拖一根几公里长的天线还行,一般反潜飞机以低空飞行为主,还要拖这样的天线不大现实。其次,OTH雷达非常不精确,不仅极长波本身就不可能有高分辨率,还有电离层风暴的问题。如果说电离层像海面,这个海面会不时有风暴。太阳黑子活动期间尤其风暴强烈,平静的电离层被搅成一锅沸腾的粥,使得反射路径不确定。OTH雷达的探测精度在几十到上百公里级。7 N) a& g. [5 l- H9 V {; Z1 o
+ }0 [+ r+ h9 m/ N3 Y' T
在空间气象实时监测高度发达后,或许能全球监测电离层风暴,对OTH的路径实时矫正,但现在还做不到。做到了也不能解决极长波的本质不精确性问题。
4 t9 ^0 U" U B* C, y1 X2 Y! t8 z% }
以空泡电磁异常为基础的极长波搜潜也有一样的问题:电离层风暴导致探测的不精确性。
) K0 f) g! u1 b) c2 j# G' w7 E" O' l! u' C# j" F
海洋里产生空泡的物体很多,快速海流都可能在水下礁石的下游方向形成空泡。但自然空泡的位置要么随机,要么固定,形成规则航迹的不多。鲸鱼游动则是不形成空泡的,其中的仿生原理现在人们还在摹仿中。通过先进数据处理和航迹追踪,应该可以鉴别潜艇空泡和自然空泡。水面舰船航行也形成空泡,但在不同的水压、水温环境下,空泡的电磁异常特征应该和水下空泡不一样,这也是区分的线索。7 `2 j$ H" b% E/ b0 }% k6 O
; P" Q3 o2 V5 Z5 M/ k
但极长波的本质不精确性没法解决。% K' o$ i" q! [& N
1 k5 O! g, I0 S好在潜艇的速度相对不快。隐身飞机有几十公里的探测误差的话,用作武器引导,那是一点戏也没有。打航母有几十公里探测误差的话,也需要赶紧派一个补充侦察手段去详查,精确定位,然后才谈得上发射远程导弹。
' H* y; t) s6 I( K/ j3 k9 i4 {7 |. X7 U6 C. w5 r/ I
潜艇在理论上可以和航母一样飙30节的航速,但机械和水声噪声都极大增加,SOSUS老远就听到了。要是有就近的舰船、飞机,或者调集舰船、飞机靠拢,什么常规手段都能精确定位,然后潜艇就没有然后了。也就是说,根本不需要极长波探测。6 {5 @ e! E3 w* |5 J: T) Y
' t: ^) Y5 L. p/ a2 | E但以低得多的“安静潜航速度”航行的话,没有引导,舰船和飞机泛泛的水声搜潜就很容易当作海洋自然噪声而漏过。有引导的话,仔细搜索,还是能捕捉到的。这和反隐身飞机一样,即使试图隐藏在环境噪声中,但被抓住蛛丝马脚的话,仔细凝视搜索,就难逃罗网。隐身不是不可见,潜艇也一样。2 U0 j, t" X- u8 R0 y
$ \+ l1 }: A% I4 J$ d! L
在这里极长波搜潜就是那个引导。而且可以保持相对连贯的监视,引导海上和空中的反潜力量靠拢目标,提高捕获概率。这和卫星的“惊鸿一瞥”不一样,后者可能在下一瞥之前的间隙中被目标溜掉。: \& f5 P4 X% A( D. c$ ?
" B% J4 m" t* P
有意思的是,通常被动探测只能侧向,不能测距。但在极长波搜潜方面,由于是基于电离层反射,测向肯定是可以的,还可以测俯仰角。入射角等于反射角,电离层、地球表面的相对关系和形状都已知,电离层反射的延长线与地球表面的相交点正好就是目标测距。当然,距离越远,角度越浅,误差越大。" J4 e! l( a" E# U2 Y. M
% Z' e& J* l9 z2 W5 J- s
在理论上,航速足够低的话,空泡几乎消失,也就是说,极长波也搜不到了。但海洋那么大,核潜艇要是这么慢慢蹭的话,一个太平洋走直线也够蹭个把月的,黄花菜都凉了。) K; Q2 j/ C8 z# B1 K& M b3 X6 R
7 l3 A/ y1 ~9 {而且低速潜航的话,核潜艇就丧失对常规潜艇的优势了。常规潜艇潜航时用电池动力,比核潜艇还要安静,但只能低速航行,否则电池电量一下子就用完了。核潜艇的“安静潜航速度”高于常规潜艇的电池巡航速度,可以围着常规潜艇打。潜艇对潜艇的战斗和一般战斗一样,在其他条件相同的时候,相对静止的一方只有挨打。; K# e t' ]" R
/ v B$ Z- b) ?* U
在这样的战斗中,常规潜艇尽管更安静,但核潜艇的声纳口径更大,双方并无太大的探测距离差别,机动和火力优势决定了战斗。常规潜艇要是提高速度,早早用尽电池,被迫上浮,就更是死路一条。& `" I! m5 t6 T% O2 ?) g
( \+ I* D7 L) \/ R. p) W! Z% L A
但要是只能低速潜航,核潜艇的手脚就捆住了,对常规潜艇也没有优势了。要是敢提高速度,形成空泡,敌人就不只是常规潜艇,还有被引导过来参加围殴的舰艇和飞机。) m& q0 a, c' @: u+ M. R
% x$ F6 ?! u% X1 D! u3 o
对于中美对抗的大设定而言,中国海军能在第一岛链以东建立反潜线,就是很大的战场优势。与中国航母、055、轰炸机、反舰弹道导弹、反舰高超音速导弹在一起,这也是可靠的反航母线。
2 O$ H3 @; b; r9 r2 T% N n
/ x5 X8 V0 U- F* ^0 v6 D( G有了这样的战场态势,台海战争就是完全不同的打法了。台海战争胜负落定的话,中美之争在军事层面上就大势已定了。2 N% o- J0 ]0 X3 \ U
6 z& [$ Y' Z- s" S当然,现在发表的只是理论研究,离实用化还有距离。不过制造业超级大国的优势就在于产品化速度也超级。理论上的路走通了,实用化还会远吗?
4 g5 x6 r; m& O8 y9 J |
评分
-
查看全部评分
|