[科普中國]-光纖水聽器：反潛偵聽的“水下長城”

出品：科普中國

作者：璦敏工作室

策劃：白璐

監(jiān)制：光明網(wǎng)科普事業(yè)部

在今年5月初舉辦的中國國際國防電子展上，我國研究人員公開展示了光纖水聽器岸基陣列的實(shí)物圖片。光纖水聽器是一種建立在光纖傳感和光電子技術(shù)基礎(chǔ)上的水下聲信號(hào)探測器。主要利用相關(guān)檢測技術(shù)，把水聲信號(hào)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)，進(jìn)而對(duì)汪洋大海中的各種聲響進(jìn)行高靈敏度偵聽。隨著光纖水聽器工程應(yīng)用的日漸成熟，這雙洞察汪洋的“智慧之眼”，堪稱水下反潛偵聽的“鋼鐵長城”。

“無聲”戰(zhàn)場呼喚靈敏的“耳朵”

看似祥和的大海，其實(shí)從來都不平靜。游蕩在水下的潛艇仿佛水中的“隱身戰(zhàn)機(jī)”，對(duì)水下聲信號(hào)的偵聽提出了越來越高的要求。2009年2月，英國“前衛(wèi)”號(hào)核潛艇與法國“凱旋”號(hào)核潛艇在大西洋深海上演了“深情一吻”。當(dāng)時(shí)兩艘潛艇均在水下航行，碰撞發(fā)生時(shí)潛艇上共有約250名乘員，可就是沒有一個(gè)人利用聲吶裝置發(fā)現(xiàn)對(duì)方。

聲波不僅是目前人類唯一知道的能在水中遠(yuǎn)距離傳播的物質(zhì)，當(dāng)在水中遇到物體時(shí)，還會(huì)被反射回來。不同頻率的聲波，在水中被吸收和反射的程度也不同，人們于是根據(jù)聲波這一特性發(fā)明了聲吶。近年來各類“悄無聲息”的先進(jìn)潛艇先后加入現(xiàn)役，利用傳統(tǒng)聲吶裝置進(jìn)行偵聽的難度大大增加。反潛作戰(zhàn)這個(gè)“無聲”戰(zhàn)場也成為各國海軍公認(rèn)的難題之一。

光纖水聽器是一種建立在光纖傳感和光電子技術(shù)基礎(chǔ)上的水下聲信號(hào)探測器。它通過高靈敏度的光纖相干檢測技術(shù)，如同魔術(shù)師一般直接把水聲信號(hào)變換成光信號(hào)，并通過光纖傳輸至信號(hào)處理系統(tǒng)。經(jīng)過后續(xù)處理，我們就能從看似寧靜的信號(hào)中提取出海洋中“不速之客”的獨(dú)有聲響。

“光纖水聽器時(shí)代”已經(jīng)到來

早在1937年，研究人員就發(fā)現(xiàn)了深海中存在著一個(gè)能讓聲波傳輸?shù)礁h(yuǎn)距離的“深海通道”。在“深海通道”和反潛技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)上，美國海軍研究實(shí)驗(yàn)室于1977年發(fā)表了光纖水聽器的首篇論文，開啟了屬于光纖水聽器的水下偵聽新時(shí)代。此后，美國海軍研究實(shí)驗(yàn)室開始執(zhí)行光纖傳感器系統(tǒng)計(jì)劃，光纖水聽器是該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的重要內(nèi)容之一。

美國海軍在“流動(dòng)噪聲駁船”系統(tǒng)上對(duì)塑料芯軸光纖水聽器進(jìn)行了第一次海上實(shí)驗(yàn)，并于1983年7月在巴哈馬群島成功部署。其后，美國海軍相繼進(jìn)行了多次拖曳式光纖水聽器陣列的海上實(shí)驗(yàn)，并取得了重大成功。伴隨著美國海軍研究實(shí)驗(yàn)室正式制訂潛艇用“光纖水聽器系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)”，光纖水聽器也開始了向?qū)嵱梦淦飨到y(tǒng)的巨大邁步。

作為未來水下偵聽系統(tǒng)的重要發(fā)展方向，英國、法國、意大利等國也相繼開展光纖水聽器領(lǐng)域的研究。光纖水聽器能有效克服傳統(tǒng)聲吶需要大量水下電子元件、價(jià)格高、重量大、密封性不好等問題，能有效提高水聲信號(hào)的偵聽精度和系統(tǒng)的穩(wěn)定度。這也難怪有研究人員曾自豪地說：“屬于光纖水聽器技術(shù)的時(shí)代已經(jīng)到來！”

英國海軍主要聚焦利用陣列進(jìn)行淺海監(jiān)視和海岸線監(jiān)控技術(shù)，已經(jīng)成功研制出光纖海底陣系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離組建的光纖水聽器陣列技術(shù)具有巨大的應(yīng)用前景。法國、意大利與挪威合作執(zhí)行全光纖光纖水聽器線陣計(jì)劃，旨在發(fā)展靜態(tài)光纖水聽器陣列，后來繼續(xù)發(fā)展成為歐洲長期防衛(wèi)聯(lián)盟項(xiàng)目的一部分。

立體反潛“水聽網(wǎng)”呼之欲出

與傳統(tǒng)水聽器相比，光纖水聽器可謂“好處多多”。由于能把大量信號(hào)從一根光纖里傳輸，光纖水聽器具備形成大規(guī)模陣列的“特殊能力”。此外，光纖水聽器的模塊單元也可靈活設(shè)計(jì)，且響應(yīng)帶寬寬、靈敏度極高，在信號(hào)傳輸和單元布設(shè)時(shí)還無需擔(dān)心電磁環(huán)境的干擾，具備組建形成光纖水聽器大規(guī)模探測陣列的巨大潛力。

光纖水聽器與反潛巡邏機(jī)和反潛艦艇“強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合”，就能形成一張洞察汪洋的立體反潛“水聽網(wǎng)”。未來還可以把光纖水聽器與陸地地面?zhèn)陕犝竞涂仗焯綔y衛(wèi)星編織成的一張?zhí)?、地、海的綜合探測網(wǎng)，或?qū)⒊蔀椤败娛挛锫?lián)傳感網(wǎng)絡(luò)”的重要組成部分。

光纖水聽器不僅可用于反潛作戰(zhàn)和水下武器試驗(yàn)，成為水下反潛偵聽的“鋼鐵長城”，在民用領(lǐng)域也是一位“多面手”。此前美國研究人員就與英國防衛(wèi)研究局成功開發(fā)出一套海洋陸地鉆孔成像系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)依托全光光纖水聽器，可用于地下石油或天然氣勘探。檢查海洋平臺(tái)、水下儲(chǔ)油罐、海底電纜、海底輸油管線等設(shè)施是否出現(xiàn)故障，光纖水聽器也能大顯身手。此外，光纖水聽器還可用于海洋地震波檢測和海洋環(huán)境檢測，必將在軍民用領(lǐng)域發(fā)揮日益重要的作用。（以上圖片來源于網(wǎng)絡(luò)）

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