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两艘潜艇之间的战斗有些类似蒙上双眼的两个男人在黑暗的屋子里进行决斗,双方都手握子弹上膛的手枪,只能凭脚踏地毯的声音、衣服的摩擦声或相互极其靠近时的呼吸声。
今年2月,英法核潜艇在大西洋中上演“三岔口摸黑夜斗”的新闻,很快在全球引起了轩然大波。两艘潜艇的总共爆炸威力可达广岛原子弹的1248倍!让人着实捏了一把汗。可这么宽的大洋,两国潜艇为何就会相撞哩?用英国海军的专业人士说,几率“也就是几百万分之一”,但事实却是,两艇在相撞瞬间甚至还没弄清对方是“什么物体”,现代潜艇的隐身性能从中略见一斑。
潜艇隐身技术出现于二战期间。当时潜艇经常要浮出水面为蓄电池充电,而这时期雷达成为其“克星”。于是以德国为首的拥有潜艇的国家纷纷寻找减小潜艇被发现几率及提高隐蔽性的方法,从此拉开了潜艇隐身技术发展的序幕。
安静,再安静
声波是在海洋中唯一能够远距离传播的能量辐射形式,即使一颗装药量只有4磅的炸弹在水中爆炸,距爆炸中心100海里外仍能接收到其声信号。据测算,噪声每降低20分贝,可使己方被动声呐探测距离增加一倍,敌方被动声呐探测距离降低50%。反潜侦察中,对潜航的潜艇,探测声场变化是最主要的方式。因此,潜艇为了达到隐身,首要就是追求安静。
世界各国为了降低潜艇的噪声水平,不惜投入巨资、人力和物力致力于潜艇降噪的研究。如苏联及俄罗斯核潜艇的降噪声成本占一艘潜艇总成本的比例有明显增加,在20世纪60年代约为5%,70年代为7%,80年代为10%,而如今高达20%以上。世界军事强国潜艇的噪声级均已达到安静型,甚至有的已经低于通常条件下的海洋自身的噪声。
目前,世界各国主要采取如下几种降噪措施:首先是改进机械和艇身设计。比如取消减速齿轮采用其他方式代替,因为潜艇减速齿轮箱噪声级可达125~145分贝,也可以将齿轮密封在隔音箱内达到目的。还可以通过一种称为减振筏座的技术减低噪音。英国核潜艇率先采用减振筏形机座,将汽轮机、齿轮箱、发电机等都安装在一个大型机械底座上,降噪可达50~60分贝。美国于60年代,苏联于70年代先后采用并发展了此技术,使整艇降噪效果出现了一个飞跃。
第二种方法是降低螺旋桨噪声。螺旋桨噪声是潜艇高速航行时辐射噪声的主要成分,伴有潜艇独特的声纹,是探测识别潜艇的最突出线索。以往潜艇侦察兵的听声训练,主要也是通过不同潜艇螺旋桨的声纹特征来判断所侦听潜艇的类型。以当前的声呐技术,已能具体识别出哪一型潜艇的哪一艘。通常通过改进螺旋桨结构,使叶片载荷均匀,尾部伴流分布均匀,以降低噪声。叶片选用新型合金材料,如英国的镍锑合金、日本的铁铬铝合金等,使减振效果提高了近20倍。
第三种方法是气幕降噪技术。就是由艇上供气,在螺旋桨工作区压进一定压力的气体,抵消螺旋桨转动产生的空泡,减少气泡在螺旋桨叶面上破裂的可能性,降低了噪音。
各国潜艇降噪最主要和常用的方法是在艇体外表加装吸声、吸波涂层以及消声瓦。在潜艇壳体上敷设吸声材料可以吸收噪声和敌主动声呐探测信号,类似于隐身飞机的吸波涂料的原理。据测算,潜艇加装吸声涂层后可使敌方声呐的探测能力降低50%~75%。潜艇敷设消声瓦,可以追溯到第二次世界大战末期。当时德国海军节节败退,为了挽回败局,减少U型潜艇的损失数量,德国海军开始在部分潜艇的外壳上加装了一层名为“阿里贝里奇”(Alberich)的合成橡胶防声材料。材料厚约30毫米,内部有直径2~5毫米的圆柱型空洞,使进入消声瓦内的声波波形发生改变,声能转化成热能被消耗掉,从而使返回的声波能量大大降低,达到减少敌声呐探测距离的目的。
目前俄罗斯在这一领域保持技术领先地位,其潜艇大都装有消声瓦。据报道,俄潜艇的吸声层可使美MK46鱼雷主动声呐探测距离缩短50%。俄罗斯955级“北风之神”,由于艇体表面敷设了厚度为150毫米的新型消声瓦,并采用了高阻尼材料制造螺旋桨、气幕降噪、钛合金钢制造艇身以及加装反音响声源系统等独特技术,隐身能力更为强悍,据说敌方无论在水中还是太空都很难发现它。美海军还发展了一种超级隐形层,其具有鱼鳞特性,既可吸收敌主动声呐波,消除某些频率声呐脉冲,也能对本艇发出的噪音进行隔声。
千方百计施诱骗
现代潜艇隐身能力的提高还得益于各种隐身技术的综合运用,如磁隐身、雷达隐身以及对敌方主动声呐施行干扰、诱骗等。
实践证明,磁隐身对于潜艇来说是生死攸关的。潜艇的磁场是暴露自己的重要特征。现代反潜飞机和反潜直升机普遍装有磁探仪,如美国的P-3C反潜巡逻机、英国的“猎迷”H型反潜巡逻机上,其磁探仪可在空中一定高度上发现水下活动的潜艇,并能对其精确定位。当前,磁隐身的主要措施是对潜艇进行消磁,以及采用低磁性材料来建造潜艇。对潜艇进行消磁主要通过线圈消磁法来实现,这种方法是在潜艇周围缠绕线圈,并通以电流来改变潜艇的永久磁场,不仅可以补偿潜艇磁性磁场的永久部分,而且还可以补偿随航向和纬度而变化的部分磁场。苏联20世纪80年代后期建造的基洛级潜艇,在指挥台围壳、尾部壳体等部位广泛地采用了新的低磁纲;在声呐导流罩部位采用了铁合金,从而有效地降低了该级艇的磁性。
气幕弹是一种利用化学制剂与海水作用发生化学反应,在水中形成气泡的水声干扰器材,有“水中烟幕”之称,主要用于水下战场掩护潜艇作战,干扰敌方的鱼雷攻击并降低敌方主动声呐探测能力。气幕对声波具有强烈的吸收、散射和反射作用,造成的声衰减可使敌方声呐发现目标的最大作用距离缩减1/2~1/5。气幕也可利用其散射和反射特征模拟潜艇目标,诱骗敌方主动声呐的探测和跟踪。气幕弹产生于二战期间,德国潜艇在世界上首先发明使用气幕弹技术,用以抗击盟军反潜兵力的攻击。当时,德国的气幕弹采用钙和锌,入水后,钙、锌与海水发生化学反应后,生成大量氢气泡,形成气幕能维持25分钟。苏联的气幕弹在二战后期也曾热极一时。在俄文中,气幕弹翻译为“模拟弹”,由此不难窥见苏联研制和使用气幕弹的主要意图,是模拟潜艇的声反射,给对方声呐制造假目标,从而达到以假乱真的目的。
当潜艇在水下高速航行时,采取通信浮标的方式进行通信,但其受到海水的阻力大,稳定性差,容易被敌发现。为了使潜艇不必到浅水处进行通信,一种称为消耗型的无线电浮标应运而生,浮标内装有一部无线电发射机和预编好程序的报文。在潜艇下潜时它可以弹出并浮至水面,天线能立刻或在设定的延迟时间之后竖立起来进行通信。现代新型潜艇都配备卫星通信设备,卫星终端可裝在一个特殊的浮标内。潜艇通过浮标天线,向通信卫星定向发射信息,通信卫星再把信息放大转发给地面站、水面舰艇或飞机。同样,这种浮标也可以接收通信卫星转发来的信息,然后由潜艇计算机进行信息处理。通信结束后,浮标自动引爆并下沉,令敌方难以察觉潜艇的行踪,从而达到保密和隐身的目的。
最高境界:
你看不见我,我能看见你
水下作战与其他作战完全不同。两艘潜艇之间的战斗有些类似蒙上双眼的两个男人在黑暗的屋子里进行决斗,双方都手握子弹上膛的手枪,只能凭脚踏地毯的声音、衣服的摩擦声或相互极其靠近时的呼吸声,即只能通过对方发出的声音来判断彼此的位置。实际上,声音是在水下唯一能够有效使用的探测手段。光、无线电波和雷达波在水中传播衰减极大,基本或完全不能用来探测。声呐的出现使反潜兵力如虎添冀,声呐成为潜艇的克星,也成为潜艇侦察的最主要的方式。看过二战潜艇电影的读者,可能都对紧张的水下战斗场景记忆犹新。尤其是主动声呐发现潜艇时,声波由“当当”声转为急促的敲击声,不断地把影片的紧张气氛推向高潮。二战期间,德国人在开战不久就发起了潜艇战,他们采取“狼群战术”,疯狂地攻击英国运输队及其护航的舰艇,致使英国运输船队遭受巨大损失,几乎濒临崩溃的边缘。1942年,声呐出现后,英国海军反潜舰艇率先使用声呐进行反潜探测,粉碎了德国海军“狼群战术”。
一般来说,在水面舰艇与潜艇的对抗中,主动声呐只能在最需要的时候使用。因为开启主动声呐,就像黑夜中打开了手电筒,一下子就暴露了自身的目标。只有当被动声呐捕获了目标,准备发起攻击之前,才会使用主动声呐。如果潜艇发现水面舰艇正在使用主动声呐,那就意味着大难临头了。除了固定声呐,目前先进潜艇多安装有拖曳声呐,与固定声呐相比,这条可以收放的“尾巴”优势很多:远离拖曳平台,受平台噪声干扰小;入水较深,深度可通过控制拖缆长度调节,可选择在有利水域工作;可随时收网于专用平台上(或舱内),维修方便。拖曳式线列阵声呐出现的时间很早,可以追溯到一战期间。20世纪60年代初,随着潜艇辐射噪声越来越低,各国开始研制大尺寸拖曳式线列阵声呐。美、英、法、俄的核潜艇上普遍装备了拖曳式线列阵被动声呐,该类系统的机电拖缆长900~2000米,线列阵长50~500米。较具代表性的如“海狼”级上的TB-16(监视型)和TB-23(战术型),探测距离可达100海里。声呐使潜艇在水下航行时耳聪目明,而拖曳阵声呐的使用,显著提高了潜艇探测的距离和搜索效率。
英法核潜艇相撞事件,显示被动声纳技术仍然存在问题。可以预计,该事件后,一些防务公司将会开发一些新兴的水下探测技术或者新型声呐,来追赶已经走在前面的“潜艇降噪”技术。
今年2月,英法核潜艇在大西洋中上演“三岔口摸黑夜斗”的新闻,很快在全球引起了轩然大波。两艘潜艇的总共爆炸威力可达广岛原子弹的1248倍!让人着实捏了一把汗。可这么宽的大洋,两国潜艇为何就会相撞哩?用英国海军的专业人士说,几率“也就是几百万分之一”,但事实却是,两艇在相撞瞬间甚至还没弄清对方是“什么物体”,现代潜艇的隐身性能从中略见一斑。
潜艇隐身技术出现于二战期间。当时潜艇经常要浮出水面为蓄电池充电,而这时期雷达成为其“克星”。于是以德国为首的拥有潜艇的国家纷纷寻找减小潜艇被发现几率及提高隐蔽性的方法,从此拉开了潜艇隐身技术发展的序幕。
安静,再安静
声波是在海洋中唯一能够远距离传播的能量辐射形式,即使一颗装药量只有4磅的炸弹在水中爆炸,距爆炸中心100海里外仍能接收到其声信号。据测算,噪声每降低20分贝,可使己方被动声呐探测距离增加一倍,敌方被动声呐探测距离降低50%。反潜侦察中,对潜航的潜艇,探测声场变化是最主要的方式。因此,潜艇为了达到隐身,首要就是追求安静。
世界各国为了降低潜艇的噪声水平,不惜投入巨资、人力和物力致力于潜艇降噪的研究。如苏联及俄罗斯核潜艇的降噪声成本占一艘潜艇总成本的比例有明显增加,在20世纪60年代约为5%,70年代为7%,80年代为10%,而如今高达20%以上。世界军事强国潜艇的噪声级均已达到安静型,甚至有的已经低于通常条件下的海洋自身的噪声。
目前,世界各国主要采取如下几种降噪措施:首先是改进机械和艇身设计。比如取消减速齿轮采用其他方式代替,因为潜艇减速齿轮箱噪声级可达125~145分贝,也可以将齿轮密封在隔音箱内达到目的。还可以通过一种称为减振筏座的技术减低噪音。英国核潜艇率先采用减振筏形机座,将汽轮机、齿轮箱、发电机等都安装在一个大型机械底座上,降噪可达50~60分贝。美国于60年代,苏联于70年代先后采用并发展了此技术,使整艇降噪效果出现了一个飞跃。
第二种方法是降低螺旋桨噪声。螺旋桨噪声是潜艇高速航行时辐射噪声的主要成分,伴有潜艇独特的声纹,是探测识别潜艇的最突出线索。以往潜艇侦察兵的听声训练,主要也是通过不同潜艇螺旋桨的声纹特征来判断所侦听潜艇的类型。以当前的声呐技术,已能具体识别出哪一型潜艇的哪一艘。通常通过改进螺旋桨结构,使叶片载荷均匀,尾部伴流分布均匀,以降低噪声。叶片选用新型合金材料,如英国的镍锑合金、日本的铁铬铝合金等,使减振效果提高了近20倍。
第三种方法是气幕降噪技术。就是由艇上供气,在螺旋桨工作区压进一定压力的气体,抵消螺旋桨转动产生的空泡,减少气泡在螺旋桨叶面上破裂的可能性,降低了噪音。
各国潜艇降噪最主要和常用的方法是在艇体外表加装吸声、吸波涂层以及消声瓦。在潜艇壳体上敷设吸声材料可以吸收噪声和敌主动声呐探测信号,类似于隐身飞机的吸波涂料的原理。据测算,潜艇加装吸声涂层后可使敌方声呐的探测能力降低50%~75%。潜艇敷设消声瓦,可以追溯到第二次世界大战末期。当时德国海军节节败退,为了挽回败局,减少U型潜艇的损失数量,德国海军开始在部分潜艇的外壳上加装了一层名为“阿里贝里奇”(Alberich)的合成橡胶防声材料。材料厚约30毫米,内部有直径2~5毫米的圆柱型空洞,使进入消声瓦内的声波波形发生改变,声能转化成热能被消耗掉,从而使返回的声波能量大大降低,达到减少敌声呐探测距离的目的。
目前俄罗斯在这一领域保持技术领先地位,其潜艇大都装有消声瓦。据报道,俄潜艇的吸声层可使美MK46鱼雷主动声呐探测距离缩短50%。俄罗斯955级“北风之神”,由于艇体表面敷设了厚度为150毫米的新型消声瓦,并采用了高阻尼材料制造螺旋桨、气幕降噪、钛合金钢制造艇身以及加装反音响声源系统等独特技术,隐身能力更为强悍,据说敌方无论在水中还是太空都很难发现它。美海军还发展了一种超级隐形层,其具有鱼鳞特性,既可吸收敌主动声呐波,消除某些频率声呐脉冲,也能对本艇发出的噪音进行隔声。
千方百计施诱骗
现代潜艇隐身能力的提高还得益于各种隐身技术的综合运用,如磁隐身、雷达隐身以及对敌方主动声呐施行干扰、诱骗等。
实践证明,磁隐身对于潜艇来说是生死攸关的。潜艇的磁场是暴露自己的重要特征。现代反潜飞机和反潜直升机普遍装有磁探仪,如美国的P-3C反潜巡逻机、英国的“猎迷”H型反潜巡逻机上,其磁探仪可在空中一定高度上发现水下活动的潜艇,并能对其精确定位。当前,磁隐身的主要措施是对潜艇进行消磁,以及采用低磁性材料来建造潜艇。对潜艇进行消磁主要通过线圈消磁法来实现,这种方法是在潜艇周围缠绕线圈,并通以电流来改变潜艇的永久磁场,不仅可以补偿潜艇磁性磁场的永久部分,而且还可以补偿随航向和纬度而变化的部分磁场。苏联20世纪80年代后期建造的基洛级潜艇,在指挥台围壳、尾部壳体等部位广泛地采用了新的低磁纲;在声呐导流罩部位采用了铁合金,从而有效地降低了该级艇的磁性。
气幕弹是一种利用化学制剂与海水作用发生化学反应,在水中形成气泡的水声干扰器材,有“水中烟幕”之称,主要用于水下战场掩护潜艇作战,干扰敌方的鱼雷攻击并降低敌方主动声呐探测能力。气幕对声波具有强烈的吸收、散射和反射作用,造成的声衰减可使敌方声呐发现目标的最大作用距离缩减1/2~1/5。气幕也可利用其散射和反射特征模拟潜艇目标,诱骗敌方主动声呐的探测和跟踪。气幕弹产生于二战期间,德国潜艇在世界上首先发明使用气幕弹技术,用以抗击盟军反潜兵力的攻击。当时,德国的气幕弹采用钙和锌,入水后,钙、锌与海水发生化学反应后,生成大量氢气泡,形成气幕能维持25分钟。苏联的气幕弹在二战后期也曾热极一时。在俄文中,气幕弹翻译为“模拟弹”,由此不难窥见苏联研制和使用气幕弹的主要意图,是模拟潜艇的声反射,给对方声呐制造假目标,从而达到以假乱真的目的。
当潜艇在水下高速航行时,采取通信浮标的方式进行通信,但其受到海水的阻力大,稳定性差,容易被敌发现。为了使潜艇不必到浅水处进行通信,一种称为消耗型的无线电浮标应运而生,浮标内装有一部无线电发射机和预编好程序的报文。在潜艇下潜时它可以弹出并浮至水面,天线能立刻或在设定的延迟时间之后竖立起来进行通信。现代新型潜艇都配备卫星通信设备,卫星终端可裝在一个特殊的浮标内。潜艇通过浮标天线,向通信卫星定向发射信息,通信卫星再把信息放大转发给地面站、水面舰艇或飞机。同样,这种浮标也可以接收通信卫星转发来的信息,然后由潜艇计算机进行信息处理。通信结束后,浮标自动引爆并下沉,令敌方难以察觉潜艇的行踪,从而达到保密和隐身的目的。
最高境界:
你看不见我,我能看见你
水下作战与其他作战完全不同。两艘潜艇之间的战斗有些类似蒙上双眼的两个男人在黑暗的屋子里进行决斗,双方都手握子弹上膛的手枪,只能凭脚踏地毯的声音、衣服的摩擦声或相互极其靠近时的呼吸声,即只能通过对方发出的声音来判断彼此的位置。实际上,声音是在水下唯一能够有效使用的探测手段。光、无线电波和雷达波在水中传播衰减极大,基本或完全不能用来探测。声呐的出现使反潜兵力如虎添冀,声呐成为潜艇的克星,也成为潜艇侦察的最主要的方式。看过二战潜艇电影的读者,可能都对紧张的水下战斗场景记忆犹新。尤其是主动声呐发现潜艇时,声波由“当当”声转为急促的敲击声,不断地把影片的紧张气氛推向高潮。二战期间,德国人在开战不久就发起了潜艇战,他们采取“狼群战术”,疯狂地攻击英国运输队及其护航的舰艇,致使英国运输船队遭受巨大损失,几乎濒临崩溃的边缘。1942年,声呐出现后,英国海军反潜舰艇率先使用声呐进行反潜探测,粉碎了德国海军“狼群战术”。
一般来说,在水面舰艇与潜艇的对抗中,主动声呐只能在最需要的时候使用。因为开启主动声呐,就像黑夜中打开了手电筒,一下子就暴露了自身的目标。只有当被动声呐捕获了目标,准备发起攻击之前,才会使用主动声呐。如果潜艇发现水面舰艇正在使用主动声呐,那就意味着大难临头了。除了固定声呐,目前先进潜艇多安装有拖曳声呐,与固定声呐相比,这条可以收放的“尾巴”优势很多:远离拖曳平台,受平台噪声干扰小;入水较深,深度可通过控制拖缆长度调节,可选择在有利水域工作;可随时收网于专用平台上(或舱内),维修方便。拖曳式线列阵声呐出现的时间很早,可以追溯到一战期间。20世纪60年代初,随着潜艇辐射噪声越来越低,各国开始研制大尺寸拖曳式线列阵声呐。美、英、法、俄的核潜艇上普遍装备了拖曳式线列阵被动声呐,该类系统的机电拖缆长900~2000米,线列阵长50~500米。较具代表性的如“海狼”级上的TB-16(监视型)和TB-23(战术型),探测距离可达100海里。声呐使潜艇在水下航行时耳聪目明,而拖曳阵声呐的使用,显著提高了潜艇探测的距离和搜索效率。
英法核潜艇相撞事件,显示被动声纳技术仍然存在问题。可以预计,该事件后,一些防务公司将会开发一些新兴的水下探测技术或者新型声呐,来追赶已经走在前面的“潜艇降噪”技术。