设为首页收藏本站

爱吱声

 找回密码
 注册
搜索
查看: 1546|回复: 0
打印 上一主题 下一主题

[武器展望] 极长波搜潜意味着美国海军潜艇优势不再

[复制链接]

该用户从未签到

跳转到指定楼层
楼主
 楼主| 发表于 2023-10-4 04:30:33 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
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。
! z$ d8 \3 y: }& t7 y4 O8 ~
" {; T9 h1 U& G4 x$ H, e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。
! T6 t5 r3 U# {) ]- Q. ^5 U; |5 Q2 S/ a9 I; {
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。. b( r8 P! L. t% @9 C

: F6 t' A" j1 s* C+ U$ S8 W% c6 L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。" u8 Y0 t( ]) |- q/ E) I% N

: t  ?& ]- A* w, y6 Y6 q/ K8 u: T. z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。
, ^4 a5 d+ n2 c4 I5 ~, w
7 U7 s# b* W9 P' `2 e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。5 \' f7 [" M  O# s

! K% a: }  ~" a& Q0 q4 H" b: q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。
: J% q. G) j0 ?' Y+ ~8 z
6 P* x4 w1 O, n, u. f( \* {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。
1 m2 _% O4 Y7 r' H. y) Z+ O3 w, B+ P% b, o3 Z( @* w% Z
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。
7 }. m8 L8 c2 u2 d; o8 V, B4 r& k" ]; Z' \( h. P
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。
! e% D8 s& P8 l% c
8 \( d+ {6 X; g0 B/ _# j& F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。$ l& L0 p! ]6 i- K6 Z- O3 J  A

" D4 V) X! D" \; l) ]很多年来,有各种远程搜潜的尝试,最主要的就是SOSUS。* R& Y3 e# f6 N2 h  y1 P
. K7 J( I) [. v) N
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。* c" p) t/ k8 D2 X9 `8 s% Z

( A  p7 j# z: G5 l9 @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。
$ B  c: u9 G3 U
! I1 }1 h6 Q$ s5 Z2 [: C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。6 ?0 N$ W; ~8 _- |& s5 F2 S
/ b" h9 X- X* A  g
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。
: v/ x4 r- X+ o& _; D6 ]- A! ~
4 G, F1 n& j! I- ]% d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。! m1 T% I3 w4 \

5 M5 x* E7 M5 A  }1 L. _" t5 R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。
/ z+ b( G2 o  Z2 y. @
4 K- `+ i) W2 [) Y7 d6 S5 m; w$ k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。
8 }+ y8 H# O3 n( U1 z; q8 g3 a. R) K, E2 K' |2 I
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。
% Q8 o3 X. L+ t* ^& H
$ v, Z7 Z3 b+ a1 b+ Z$ P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。
3 Z7 J8 o0 \. H7 Q- }0 v7 F$ O$ |( E$ i$ T
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。- D3 X! z8 D5 ^$ {2 B
* b& r( n4 U& s2 j
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。3 Q6 [' B' f$ O. b7 t2 }
1 p1 [0 q. Z  j  _% F' R
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。  E+ x% P1 K7 j" w4 }5 m; q
: [8 U7 E1 r/ h, `" I  ~4 A
OTH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。0 a* P$ L& i' P& ^
& h8 `* U( b9 ]  [
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 C3 q  F7 `; _3 R& V, J* E

3 D7 O0 R3 o# }* o! w( h1 D- M, f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。( f$ m3 X) i. K1 _8 A

) p4 Q; ^1 t/ u% l! q  y3 E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。( n- T. D9 ^9 N# a( P+ k

" @' T: B8 K: P0 U, m; Q但极长波的本质不精确性没法解决。$ t' Q  \% X4 @, l/ S/ `

8 k9 W+ D3 G. Z4 v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。% K9 s7 E  V* J. G
% y( l1 u1 |0 S# l# d
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。
# t' T6 a0 [/ s; t5 ~+ p2 j  X! k, `
' J  D) {/ L1 J" R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。' @1 N; }7 ^/ b7 s' r5 z* g3 j9 ]

  P1 {. Y, C9 g- K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。# e- `) ~  m" J) }' R

0 J  K: G* c0 r5 Y( z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。
8 z7 {5 s8 v1 _# m$ K8 B  c0 j( R" S4 _4 ]& n, w
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。: o( v, ?% ^  T) `5 x5 U
% h: ]( S( e, |4 m
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。( d3 s$ v/ r2 l, K4 d8 f3 h

( C1 F6 ]! _- E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。( `6 q1 M' i! n3 P' K& _6 I
) S0 C$ U, P9 [
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。" ~: {  w4 w+ s4 k0 e3 O

* a: Y, }) c/ J. \0 r5 v; B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。- u7 L* e5 V" m# @# _# c

9 r; x9 D. G! i( m0 [5 o4 y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。$ j5 `' ?  a) w: z* Q* V) l7 o

0 ^7 @+ y, {9 p6 s$ y$ m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?
3 X& a2 m8 s$ T- e2 L( W; b* D

评分

参与人数 5爱元 +48 学识 +5 收起 理由
老票 + 18 + 5
常挨揍 + 10
住在乡下 + 4 涨姿势
pcb + 4 涨姿势
landlord + 12 涨姿势

查看全部评分

本帖被以下淘专辑推荐:

手机版|小黑屋|Archiver|网站错误报告|爱吱声   

GMT+8, 2025-7-13 06:11 , Processed in 0.045698 second(s), 19 queries , Gzip On.

Powered by Discuz! X3.2

© 2001-2013 Comsenz Inc.

快速回复 返回顶部 返回列表