水下的暗战(五)

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火箭助飞式声诱饵


  前篇介绍了几种声诱饵的布设方式及水声对抗效果,下面再看看火箭助飞式声诱饵的特点。火箭助飞式声诱饵,是通过给声诱饵装置加装火箭助推器,来把声诱饵快速投放到距离发射舰艇较远的距离处,从而扩展声诱饵的作用范围。火箭助飞式声诱饵可以利用声自导鱼雷自身的制导特点来产生独特的对抗效果。现代声自导鱼雷通常都采用主动/被动复合声自导方式,在攻击时,先在较远的距离外用被动声自导方式对目标舰艇进行搜索,当发现目标后在较近的距离上转入主动声自导方式,对目标舰艇进行精确跟踪并完成最后一击。火箭助飞式声诱饵可以快速发射到距离目标舰艇较远的位置处,对还处于被动搜索状态的声自导鱼雷进行水声干扰,使来袭鱼雷在捕获目标前即遭受干扰与诱骗,从而极大地提高了目标舰艇的对抗成功率。
如果我国056护卫舰装备了火箭助飞式声诱饵后,反应会更快

  此外,火箭助飞式声誘饵的投放距离可近可远,水面舰艇在各个方向上都能快速投放,投放的区域和范围很大,不存在投放死角。这种声诱饵能够同时对抗多个方向来袭鱼雷的攻击,使用灵活、反应极快,可对不同距离、不同方向的来袭鱼雷实施多层次、多批次的水声对抗。火箭助飞式声诱饵与拖曳式声诱饵相比各有优缺点:前者反应速度快,使用灵活,可以一次大量投放,而后者则正好相反:前者是一次性消耗装备,作用时间有限,而后者可以反复使用,并且能为水面舰艇提供较长时间的不间断保护:前者可以进行远距离外的水声对抗,而后者通常用于水面舰艇的内层鱼雷防御。可见,两者有着明显的性能互补,配合使用可以取得最优的水声对抗效果,无疑给水面舰艇的鱼雷防御上了双保险。此外,火箭助飞式声诱饵还可以与其它电子对抗器材共用发射装置,从而实现共架发射能力。水面舰艇上的用于发射箔条弹、红外干扰弹的发射装置,往往也能用来发射这种诱饵,我国海军舰艇配备的新型多功能发射装置也能用于发射反鱼雷水声诱饵弹。
  不过,火箭助飞式声诱饵的缺点在于其外形尺寸和发射重量受到了严格限制,如何在严格控制诱饵弹外形尺寸的前提下还能实现最有效的干扰性能,这是火箭助飞式声诱饵在设计时不得不考虑的问题。
火箭助飞式声诱饵发射瞬间
许多军舰上配备的多用途发射装置,既能发射无源干扰弹,也能发射水声诱饵弹

  最后,由于声诱饵的主要作用原理是“诱骗”,因此非常适合通过加装战斗部和引信装置,来组成软硬结合的鱼雷诱杀手段,这就是引爆式声诱饵的概念。当来袭鱼雷被引诱到声诱饵装置附近的一定范围内时,引信引爆声诱饵装置,直接对来袭鱼雷进行杀伤或摧毁。除了自带炸药以摧毁来袭鱼雷外,声诱饵还可以采取干扰、欺骗来袭鱼雷引信装置的方式,导致来袭鱼雷的非正常引爆,从而解除鱼雷威胁。

气幕弹


  气幕弹的工作原理是利用化学物质与海水发生剧烈的化学反应,在海水中产生大量的不溶或难溶于水的气泡,迅速构成大片密度和体积都较为稳定的气泡幕或气泡云,并漂浮在一定范围的海水中,从而起到阻断声信号在水下正常传播的作用。气幕弹是目前水声对抗系统中的一种无源水声对抗器材,对于被动声呐和被动声自导鱼雷来说,气幕弹形成的气幕层可以在一定方向上屏蔽目标舰艇的自辐射噪声信号,以保护目标舰艇不被被动探测和跟踪。而对于主动声呐和主动声自导鱼雷来说,气幕层又能衰减对方的主动声探测信号,使对方主动声呐或主动声自导鱼雷的探测、跟踪距离下降。可见,气幕弹也是一种能同时对抗主动声呐和被动声呐的水声对抗器材。此外,气幕层还能反射对方声呐系统或声自导鱼雷的主动声探测信号,从而形成一个具备一定“声RCS”特征的假目标,使无目标识别能力的来袭鱼雷反复对这个假目标进行攻击,直到燃料耗尽。因此,气幕弹也可以起到一定的诱骗效果。
  气幕弹早在二战时就已经诞生了,是一种较为古老的水声对抗器材。作为一种无源水声对抗方式,气幕弹的作用原理类似于雷达/无线电干扰系统中的箔条干扰弹,也被人称为“水下烟幕弹”,具备了无源干扰器材结构简单、尺寸小、重量轻、成本低廉、使用方便等特点,是一种技术难度相对较低的水声对抗器材,尤其适用于潜艇装备。与箔条弹类似的是,气幕弹通常情况下都希望有较宽的频率对抗范围,即在对方声呐系统和声自导鱼雷的工作频率范围之内,气幕弹都能起到较好的对抗效果。这主要是通过控制生成气泡的大小来实现的。气幕弹的有效作用时间则可以通过控制发气物质的反应速度、气幕弹在水中的下沉速度以及气泡的上浮速度来实现。对于产生的气泡幕或气泡云来说,其在水中的存留时间越长,则越有利于提升水声对抗效果。另外,产生的气泡幕的尺寸与分布面应足够大,以起到掩蔽目标舰艇的目的,这也是无源干扰器材产生干扰效果的必要条件之一。
  先进气幕弹产生的气幕层对水下声信号的屏蔽与反射能力是惊人的,即使是功率非常强大的声呐系统也会被它弄的“头晕目眩”,无法正常识别目标。不过,气幕弹在面对先进鱼雷型号时,将越来越难以发挥出有效的对抗作用。首先,气幕弹最大的问题在于它在生成气幕层后就无法移动了,或者生成的气幕层只能在海水中进行不受控制的缓慢移动,对于对方的先进鱼雷来说,它将很容易识别出这种没有速度特征的目标,因此气幕层作为假目标很难实现对现代智能化鱼雷的欺骗效果。当气幕层的尺寸较小时,对方鱼雷还可以通过尺度识别能力来判断目标的真假。而对于对方的舰载声呐系统来说,对方有经验的声呐员也能将气幕层分辨出来。气幕层如果作为一种屏蔽措施使用的话,还要取决于气幕层、目标舰艇和来袭鱼雷三者之间的相对位置,气幕弹只有在被投放至合适的位置后才能对水下声信号起到有效的遮挡、屏蔽作用,目标舰艇和来袭鱼雷各自的航行和机动也会对气幕弹的干扰效果产生影响。而且气幕弹对于投放时机的选择也有很高的要求,时机选择不当气幕弹可能无法产生任何干扰效果,这使得气幕弹在实际使用中的对抗效果受到很大的限制。对于气幕弹来说,它所形成的气幕层的尺寸越大,越有利于增强对目标舰艇的声场屏蔽效果。因此单个气幕弹产生的干扰效果是有限的,目标舰艇往往需要在一定的时间间隔内连续发射多个气幕弹,才能起到有效的对抗效果。
气幕弹的作用原理
气泡幕可以阻断声信号在水下的正常传播

  此外,气幕弹在将来或许可以实现一种潜在的水声对抗功能,即对尾流自导鱼雷的对抗。尾流自导是一种比较特殊的鱼雷制导方式,传统的对抗声自导鱼雷的水声对抗器材在对付尾流自导鱼雷时,大多数情况下都难以起到有效的干扰作用。目前的水面舰艇一般只能采取机动措施或硬杀伤/拦截措施来对尾流自导鱼雷进行有限的防御。由于太难对付且威胁极大,尾流自导鱼雷甚至迫使美国海军考虑把水面舰艇的螺旋桨安装在舰体前方,以大量减少舰艇产生的尾流,从而在一定程度上降低尾流自导鱼雷的威胁。由于气幕弹可以在海水中产生气泡幕,这使得人们产生了一种设想,即利用類似气幕弹的气泡发生装置生成并模拟水面舰艇产生的尾流,以实现对尾流自导鱼雷的对抗。试验表明,气幕弹产生的气幕层与舰艇尾流在回波信号波形上是很相似的,气幕弹要有效模拟舰船尾流只在于投放气幕弹的类型与投弹量的多少,因此舰艇尾流的某些声学特性是可以由气幕弹进行模拟的。美英两国就曾在水面舰艇的鱼雷对抗试验中,用火箭发射气幕弹作为诱饵来对抗尾流自导鱼雷。
  由上可见,可以设计一种类似气幕弹的气泡发生器作为诱饵,以实现对尾流自导鱼雷的诱骗。与气幕弹类似的是,这种装置容纳了可以在海水中起反应并产生气泡的化学物质,形成的气泡特征应与舰船尾流的基本一致,比如厚度、宽度等,通过配备不同的生泡化学物质以形成不同大小的气泡,来适应不同类型的水面舰艇,尽可能逼真地模拟真实的舰艇尾流。当这种装置被投放入水后,可以在与目标舰艇航行方向成一定角度的另一个方向上,生成一条与真尾流相似的气泡痕迹,即假尾流目标。这条假尾流与真实的尾流相连接,将会使来袭的尾流自导鱼雷有很大的概率在连接点上偏转航向,进入假尾流中,此时目标舰艇则可以趁机逃脱。如果在真实尾流的航迹上形成多条这样的假尾流,则尾流自导鱼雷成功跟踪目标舰艇的概率将会大幅降低。而一旦尾流自导鱼雷丧失了对真实尾流的跟踪,将很难再进入目标舰艇的尾流范围。此外,在对抗采用了磁尾流自导技术的鱼雷时,还可以在产生气泡的药剂中加入一定量的磁性物质。这种磁性物质可以随气泡扩散到海水中,从而引起海水磁场变化,模拟舰艇尾流的磁异常特征。而且药剂在产生气泡时与水的反应是放热反应,可以引起水温的变化,因此也可以模拟舰艇尾流的热特征,来欺骗采用了热尾流自导技术的鱼雷。

潜艇的水声对抗

水面舰艇的螺旋桨推进装置通常都设置在舰体尾部,非常脆弱且缺少防护,一旦被尾流自导鱼雷命中就会导致动力受损
假尾流形成的示意图

  潜艇的主战场在水下,鱼雷无疑是其面临的最主要的威胁。对于潜艇来说,要提高水下生存能力,鱼雷防御和水声对抗技术无疑是重中之重。一般来说,潜艇在遭受对方鱼雷攻击的威胁后应立即停止其它作战任务,专心进行鱼雷防御。然而潜艇由于长时间处在水下的特殊作战环境中,其水声对抗能力受到了很大的限制。首先,潜艇的水下机动能力一般不如水面舰艇,常规潜艇的水下最高航速只有20节左右甚至更低,核潜艇的水下速度虽然较高,但在高速下无法保持静音性能,速度越高则航行时产生的噪声越大,因此通常情况下核潜艇在实际作战中只能维持在一个较低的静音航速上。水声对抗措施需要在目标舰艇的高速机动配合下才能起到应有的对抗效果,潜艇较弱的水下机动能力使其在这方面处于很大的劣势,对抗失败概率较高。其次,潜艇在作战中对隐蔽性的要求极高,导致了其在采取水声对抗措施时应格外慎重,因为水声对抗器材投放后,都会在一定程度上破坏潜艇的隐蔽性,这是事关潜艇生死存亡的大忌。因此,潜艇只有在确定自己已经被敌方反潜兵力发现并跟踪,或者已经发现敌方发动了鱼雷攻击时,才能决定使用水声干扰措施,否则一旦使用不当反而会适得其反。另外,潜艇在采取水声对抗措施时的反应时间非常少,极有可能导致对抗失败并遭受打击,比如对方反潜直升机和固定翼反潜机空投的反潜鱼雷一般会落在离潜艇仅1千米左右的范围内,鱼雷落水后在几十秒的时间内就能搜索并跟踪上目标潜艇,这对潜艇的反应决策和对抗能力提出了严峻的挑战。
潜艇面临的威胁种类十分复杂,可能遭受对方多种平台的攻击
反潜直升机发射反潜鱼雷打击水下潜艇想象图

  最后,潜艇面临的威胁种类十分复杂,攻击既可以来自水面舰艇,也可能来自航空平台,或者来自对方潜艇,并且可能遭到各种水声探测设备的侦察与跟踪,比如对方反潜平台的主动/被动声呐系统、鱼雷的声自导系统、反潜直升机的吊放声呐以及声呐浮标等等,各种探测设备的探测性能、探测方式都不尽相同,因此要求潜艇也应当配备多种水声对抗器材。然而潜艇受发射装置和储存空间的限制,不但水声对抗器材的装载量有限,配备的种类往往也受限,难以进行多批次的连续使用。潜艇可以为水声对抗器材配备专用的发射装置,也可以通过鱼雷发射管来发射,但由于发射装置的安装位置较为固定,发射方向受到限制,只能在一定的射向范围内发射,偏偏潜艇面临的威胁又来自于水下四面八方,再加上潜艇的机动能力有限,难以及时更改航向来调整射向,这也是不利于潜艇水声对抗的因素之一。此外,潜艇由于处于水下,无法使用水面舰艇常用的火箭助飞式水声对抗器材,通常采用的是悬浮式或自航式水声对抗器材,投放距离近、反应速度慢,作用范围也很有限。综上所述,潜艇在实施水声对抗时很难做到像水面舰艇那样,可以对不同距离、不同方向上的目标进行多层次、多批次的水声干扰和对抗。潜艇更多时候还是要依靠自身的声隐身/静音性能以求在对抗中占据优势。
多种型号的声呐浮标,可以用来探测水下的潜艇
自航式声诱饵
UUV技术的不断进步,对自航式声诱饵的发展也大有助益

  潜艇目前使用的水声对抗器材主要可以分为悬浮式和自航式,这两种投放方式前文已介绍过了,下面谈谈潜艇分别使用悬浮式和自航式声诱饵的战术效果。悬浮式声诱饵自身没有动力,发射距离非常有限,如果不能将声诱饵发射到更远的距离之外,仅凭潜艇自身的机动能力很难保证有充足的时间机动脱离声诱饵的作用范围,以及对方声呐系统的探测范围。以现代反潜鱼雷的水下速度要追赶潜艇这种慢速目标,潜艇是没有机会能摆脱攻击的。因此,潜艇在使用悬浮式声诱饵时将很难实现预期的对抗效果。相比而言,自航式声诱饵对于潜艇来说则是个更理想的选择。自航式声诱饵是一种装有推进系统、导航控制系统和声学对抗系统的水声对抗器材,外形和鱼雷非常相似,具有发射后与潜艇分离速度快、作为干扰源离发射潜艇距离远的优点。自航式声诱饵由于可以逼真地模拟潜艇的各种特征,能作为潜艇的替身而存在,又被称为“潜艇模拟器”,是潜艇的重要水声对抗器材,也是各国海军重点发展的一种水声对抗器材。
潜艇上的声诱饵发射模块

  自航式声诱餌的口径通常分为两种,一种小口径的,一般通过专用发射管发射,发射管的布置通常与潜艇艇身垂直,比如德国海军212型潜艇配备的防鱼雷系统,在潜艇的上层建筑容纳了4个外置箱式发射装置,每个发射装置有5个发射管,每个发射管内装1枚自航式声诱饵;另一种是大口径自航式声诱饵,通常由潜艇的鱼雷发射管发射,这种发射方式会占用潜艇上数量有限的鱼雷发射管,潜艇通常预留1~2个用于发射自航式声诱饵,声诱饵在发射管内随时待命以减少对抗时的反应时间。一般来说,小口径声诱饵使用灵活,备弹量大,但尺寸限制了性能。大口径声诱饵则具备更强的干扰性能与续航时间。与其它类型水声对抗设备相似的是,潜艇在发射自航式声诱饵时,同样需要重视对发射时机的选择,并且应保证在来袭鱼雷被声诱饵引诱后,潜艇距离鱼雷和诱饵所处区域越远越好,在潜艇和诱饵共同机动的配合下,才能对抗成功。自航式声诱饵如果速度足够快,持续工作时间足够长,那么一旦来袭鱼雷跟踪上这种诱饵后,将会很快被诱骗至离潜艇距离较远的区域。新一代的自航式声诱饵应往航行速度更快、续航时间更长、能逼真模拟潜艇机动特性的方向发展,这在水下自主式无人潜航器(UUV)技术不断发展的今天,已经是可以实现的了。
  在舰艇的水声对抗与鱼雷防御作战中,单独使用一种对抗器材时的对抗效果往往很有限,如果多种对抗器材组合使用,则有可能事半功倍。但各种对抗器材的作用原理都不尽相同,如果组合不当,也可能会起到反作用。比如,当气幕弹与噪声干扰器组合使用时,如果使用不当,气幕弹会阻断噪声干扰器发射的干扰信号。因为,不管是鱼雷还是目标舰艇都处于不断的运动中,当两者的运动导致各种水声对抗器材的相对位置发生改变时,也可能导致水声对抗器材之间的相互干扰。要解决这个问题就必须在将来重点发展网络化水声对抗系统,将“网络中心战”的作战理念延伸至水下战场,为各种水声对抗器材加入水声通信功能,实现各种对抗器材的信息共享与数据综合处理,使它们能够组网工作并发挥出整体性的对抗效能。
  [编辑/山水]
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