从寂静中听声:声呐探测与声隐身

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潜艇可分为携带常规武器的战术型潜艇和执行二次核打击任务的战略潜艇,二者的威慑力主要来源于它们的隐蔽性。世界上所有海军大国每天在用各种声呐不停地搜索敌方潜艇的同时,也在发展自身潜艇的隐身技术。具有良好隐身能力的潜艇就像一个在黑暗中潜伏的刺客,时刻准备给出致命一击。现代声呐技术和现代潜艇隐身技术的发展就如同猎人与猎物的角逐,在一较高下的同时又彼此促进,共同成长。

从寂静中听声:声呐探测与声隐身

道高一尺:现代声呐探测技术

现代声呐在战争中用于探测包括潜艇和水雷在内的水下威胁。现代声呐基于水声条件和探测目标的不同分为多种类型,其中技术已经十分成熟的声呐包括拖拽声呐、吊放声呐、多基地声呐、岸基声呐等。

在二战结束后的冷战时期,美苏两国开展军备竞赛,苏联开始对潜艇进行大幅度降噪。随着降噪的进行,大批安静型潜艇可以实现在传统被动声呐的探测下成功隐身。由于水下威胁的增加,美军开始研发拖拽式主动声呐项目。拖拽声呐是将换能器基阵拖拽在运载平台尾后水下探测目标的声呐,装配于大、中型反潜水面舰艇和攻击舰艇,其根据结构的不同分为拖拽式拖体声呐和拖拽式线列阵声呐。在过去的很长一段时间里,我国海军都不具有远程反潜探测能力,直到21世纪初,首款国产低频拖拽式线列阵声呐加入人民海军的战斗序列,才填补了这一方面的空白。拖拽式线列阵声呐的出现实现了反潜领域的重大突破,与之前的基阵相比,线列阵具有频率低,探测距离较远等优点,是对付现代安静型潜艇的主要探测手段。

与拖拽声呐不同,吊放声呐起源于二战后期,是第一个被投入使用的军事装备。在20世纪50年代初期,它已经成为反潜直升机的主要探测手段。吊放声呐是用吊放电缆将声呐探头垂入水中探测的声呐,与其他声呐相比,吊放声呐最大的特点就是重量轻、体积小,可以由直升机携带来探测水下舰艇。由于反潜直升机的速度远大于各类舰艇,在航空反潜作战中,反潜直升机一直处于绝对的优势地位。近些年来随着潜艇技术的发展,核动力潜艇的问世,快速精准的水下探测变得尤为重要,吊放声呐也有了更多的发展方向,其中比较热门的有低频远距离探测、扩展阵结构设计、多基地联合探测等。

我国作为海洋大国,在现代国防中,海上警戒是十分重要的,其任务之一是探测有无外国潜艇入侵我国领海。随着潜艇隐身技术的不断发展,传统的单基地声呐由于主动声呐的收发合置、被动声呐探测距离有限等问题,很容易被敌方探测到并进行规避,于是双基地声呐及多基地声呐便应运而生。与单基地声呐有明显的不同,多基地声呐采用收发分置,兼具有主动声呐与被动声呐的特点,更适合大范围的水下探测与监视预警。我国的多基地声呐技术在世界上已经处于领先地位,目前正向更深层次的研发领域进军。

从寂静中听声:声呐探测与声隐身

魔高一丈:现代潜艇隐身技术

人类历史上爆发过两次世界大战,两次大战相比,二战在一战的基础上多了大规模的空战和海战,二战中最惨烈的战役“诺曼底登陆”就是由海上发起的。

在二战中,潜艇是击沉舰艇最多的作战武器,对于各国海军来说,潜艇是最重要的海上利器之一。现代各种反潜技术的发展给潜艇的水下作战带来了极大的威胁,同时也促进了潜艇隐身技术的发展。

现代声呐探测与分辨潜艇主要靠潜艇的噪音,潜艇的噪音主要来自三个方面:机械设备振动引起的机械噪音,水流流过潜艇引起的流噪音及螺旋桨工作时产生的螺旋桨噪音。潜艇想要隐身就无法忽视噪音这一大难题,现代潜艇隐身技术主要靠降噪来实现。目前减振降噪技术可分为被动式和主动式两种,主动式从源头上消除噪音,被动式通过阻断噪音的传播路径,让机械振动的噪音无法传出去。被动控制技术由于不需要外界能源,装置结构较简单,易于实现,经济与可靠性好,并且在许多场合下减振效果令人满意,目前已被广泛应用在舰船各系统中。振动噪声的被动控制技术包括隔振、动力吸振、阻尼消振及采用消声瓦、隔声罩等技术。

消声瓦与减振浮筏主要用于改善潜艇结构,阻断噪音的传播。最早的消声瓦起源于二战后期,德军为了改变海上的劣势,在潜艇外部加装一种橡胶合成材料用以降噪,这就是世界上第一种用于实艇的消声瓦。

消声瓦技术是一种有效抑制噪声振动、降低本艇声目标强度的潜艇隐身技术,其主要原理是利用分子变形具有明显的弹性滞后现象,使声能转化为热能而损耗进而降低声反射强度,实现减小敌方主动声呐探测距离的功能。目前世界上我国与美俄两国的消声瓦技术比较领先,随着吸声材料的不断发展,消声瓦技术不断提高,潜艇的隐身技术与作战能力也不断加强。其中具有代表性的浮筏隔振技术最早是美国的发明,最开始只是将机械与舰体间插满吸声材料,后发展为将潜艇内部的机械设备安装在装有减振器的基座上,减振器吸收了机械振动,有效减小了噪音。

主动降噪技术是目前较先进的降噪手段,分为很多类型。法、德、英等欧洲国家的海军力量较强,在这方面尤为突出。他们的降噪技术有着总体与声学融合设计的特点,从噪声源头上减小了噪声,并将军用与民用相结合,效果十分可观。而我国主动控制技术还处于机理及原理样机的研究阶段,离实际应用还有较大距离。基于主动减振降噪技术在舰船领域的良好的发展前景,我国正积极开展该项技术的研究,力求用最短的时间赶超发达国家的潜艇隐身技术。

现代设计潜艇的首要指标就是潜艇的隐身能力,随着潜艇隐身技术的发展,潜艇将会变得越来越安静,成为真正的海中“杀手”。

从寂静中听声:声呐探测与声隐身

对抗中的发展

潜艇作为海中利剑在水下活动,有海水作掩护,光与电磁波都很难穿透,因此常规探测手段很难捕捉它的踪影。但万物相生相克,潜艇也有它的弱点,潜艇自身会发出巨大的噪音,即使相隔很远的距离也能被声呐所捕捉。两项技术就像矛和盾,潜艇技术的发展必然促使反潜技术的进步,反过来潜艇技术也将得到进一步发展。

潜艇最早可追随到1516世纪,由达.芬奇提出构想,16世纪末第一艘真实意义上的潜艇出现。第一艘军用潜艇出现于美国独立战争,到19世纪末,潜艇由人力手动变为机械动力。对现代潜艇贡献最大的当属美国设计师约翰·霍兰,他几乎提出了现代潜艇所需要满足的所有要求。从第一次世界大战开始,潜艇被广泛用于军事战争,到第二次世界大战,潜艇的性能有了良好的提高。冷战期间,美苏军备竞争更是加快了潜艇的研发,苏联对潜艇的大规模降噪十分成功,而美国研发出了第一艘核动力潜艇。

声呐的历史则短得多,在20世纪初期,声呐由英国海军发明,最初用于探测冰山,直到第一次世界大战中潜艇出现,声呐才投入军用。声呐技术的大规模发展同样是在冷战时期,苏联潜艇降噪的成功引起了美国的重视,美国率先开启现代声呐探测技术。两项技术在竞争中相互促进不断发展,开启了海洋时代的新篇章。

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■文/毕琳,国防科工局经济技术发展中心,本文来自《国防科技工业》,用于学习与交流,版权归作者及出版社共同拥有

原文始发于微信公众号(溪流之海洋人生):海洋军事▏从寂静中听声:声呐探测与声隐身

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