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“海狼撞山”,真是因?yàn)橹鲃?dòng)聲納沒(méi)開(kāi)嗎?

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“海狼撞山”,真是因?yàn)橹鲃?dòng)聲納沒(méi)開(kāi)嗎?

中國(guó)科普博覽2021-11-15 16:30

出品:科普中國(guó)

制作:大暉

監(jiān)制:中國(guó)科學(xué)院計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息中心

2021年10月2日,美國(guó)“海狼”級(jí)攻擊型核潛艇“康涅狄格”號(hào)發(fā)生水下碰撞事故后,美軍對(duì)事故原因一直遮遮掩掩。直到11月1日,美第7艦隊(duì)才發(fā)表事故調(diào)查聲明稱,該潛艇在南海水域相撞的物體是“未知的海底山”。


△拍攝于10月20日的“康涅狄格”號(hào)核潛艇衛(wèi)星照片(圖片來(lái)源:美國(guó)The Drive網(wǎng)站“戰(zhàn)區(qū)”欄目)

為什么最先進(jìn)的“海狼”級(jí)核攻擊潛艇會(huì)撞“海山”呢?類似的“海狼撞海山”的事故是否可以避免?潛艇水下航行時(shí),又是如何避免碰撞等航行事故的呢?

今天,我們就借著“海狼撞山”這件事,根據(jù)公開(kāi)的信息,聊一聊潛艇水下航行導(dǎo)航定位和避碰的手段。

沒(méi)開(kāi)主動(dòng)聲納,是撞山的原因嗎?

碰撞事故發(fā)生后,許多分析認(rèn)為:核潛艇為隱蔽行動(dòng),主動(dòng)聲納未開(kāi)機(jī)是導(dǎo)致撞擊事件發(fā)生的主要原因。

但是,“海狼撞海山”這個(gè)鍋真的要由主動(dòng)聲納來(lái)背嗎?

眾所周知,聲波是目前唯一可以在海水中有效遠(yuǎn)距離傳遞信息的載體。現(xiàn)在潛艇導(dǎo)航定位的主要設(shè)備聲納,就是利用聲音實(shí)現(xiàn)水下導(dǎo)航、測(cè)量和定位的。

聲納一詞“SONAR”的來(lái)源,其實(shí)就是英文“Sound Navigation And Ranging”(聲音導(dǎo)航和測(cè)距)的首字母縮寫(xiě)。

現(xiàn)代先進(jìn)潛艇通常在艇艏裝備球型聲納基陣、舷側(cè)裝備舷側(cè)陣列聲納、艇艉裝備拖曳式線列陣聲納等。特別是核動(dòng)力攻擊潛艇,可裝備多達(dá)15部左右的聲納。


△潛艇水下航行聲吶探測(cè)示意圖(圖片來(lái)源:鳳凰網(wǎng))

這些聲納按功能可分為警戒聲納、攻擊聲納、探雷聲納、通信聲納、識(shí)別聲納、被動(dòng)測(cè)距聲納和環(huán)境噪聲記錄分析、聲速測(cè)量、聲線軌跡測(cè)算聲納等。

它們?cè)跐撏弦曰镜男问较到y(tǒng)整合,用于對(duì)艦船等水面目標(biāo)和潛艇、水雷、魚(yú)雷以及冰山、海底障礙物等水下活動(dòng)或固定目標(biāo)進(jìn)行搜索、識(shí)別、跟蹤、警戒、探測(cè)、定位和水聲通信等。


△潛艇與水面艦艇、飛機(jī)水聲對(duì)抗示意圖(圖片來(lái)源:參考文獻(xiàn)1)

同時(shí),潛艇聲納系統(tǒng)還能持續(xù)對(duì)活動(dòng)海域聲傳播條件、本艇和環(huán)境噪聲等進(jìn)行監(jiān)測(cè)和分析,以便選擇最佳的戰(zhàn)術(shù)機(jī)動(dòng)和聲納使用方式。

需要著重指出的是,目前大多潛艇、包括核動(dòng)力攻擊潛艇,除在艇艏裝備“主動(dòng)聲納”外,舷側(cè)陣列和艇艉拖曳陣列聲納等大多為“被動(dòng)聲納”。

所謂主動(dòng)聲納,就是主動(dòng)發(fā)射聲波進(jìn)行水下目標(biāo)探測(cè)和通信等;

被動(dòng)聲納,就是不發(fā)射聲波,以被動(dòng)監(jiān)聽(tīng)方式、收集目標(biāo)聲響信息進(jìn)行探測(cè)、定向和跟蹤等。

為了保持隱蔽性,潛艇聲納系統(tǒng)主要以被動(dòng)工作方式為主。

主動(dòng)工作方式只是在魚(yú)雷射擊前,用以對(duì)目標(biāo)定位,為魚(yú)雷武器射擊指揮系統(tǒng)提供目標(biāo)精確坐標(biāo)數(shù)據(jù)。

可以這么說(shuō),主動(dòng)聲納主要不是用來(lái)保障潛艇航行,而是用來(lái)實(shí)施魚(yú)雷攻擊的。

根據(jù)公開(kāi)可查的消息,“海狼”級(jí)核潛艇裝備的是AN/BQQ-10 ARCI V5聲納系統(tǒng)。其中,艇艏為BQS-13DNA型主/被動(dòng)聲納,舷側(cè)為六個(gè)(每側(cè)三個(gè))BQG-5型寬孔徑陣列聲納,艇艉為兩部拖曳聲納陣列(TB-16D粗線陣和TB-29A細(xì)線陣)。另外,還裝備有BQR-20噪聲測(cè)向聲納、BQS-24探雷避碰聲納、WLR-9A偵察聲納和WQC-2通信聲納。

特別要強(qiáng)調(diào)指出的是:“海狼”級(jí)聲納系統(tǒng)極其先進(jìn),達(dá)到了攻擊型核潛艇的最高水準(zhǔn),可以在本艇機(jī)動(dòng)中使用被動(dòng)聲納精確測(cè)量目標(biāo)舷角等,精準(zhǔn)解算遠(yuǎn)距離目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)要素,并自動(dòng)生成火控諸元。

“海狼”級(jí)潛艇在南海敏感區(qū)域隱蔽活動(dòng),在沒(méi)有嚴(yán)重?cái)城楹蛯?shí)施對(duì)敵目標(biāo)攻擊的情況下,基本上沒(méi)有使用主動(dòng)聲吶的必要,依靠艇上裝備的其他導(dǎo)航定位設(shè)備和海圖,完全可以實(shí)現(xiàn)安全航行。至于這次撞上水下海山,極有可能是海圖不精準(zhǔn),或者是新增加的水下礙航物所致。與主動(dòng)聲吶開(kāi)不開(kāi)機(jī)沒(méi)有必然的因果關(guān)系。次段為修訂的時(shí)加上的內(nèi)容。文章在科普中國(guó)發(fā)出后,有細(xì)心的網(wǎng)友指出所以,別再說(shuō)“海狼”撞山是因?yàn)橹鲃?dòng)聲納沒(méi)打開(kāi)啦!”這句話與上一段銜接的太陡,易讓讀者誤解為被動(dòng)聲吶可以探測(cè)海山等水下固定礙航物。

所以,別再說(shuō)“海狼”撞山是因?yàn)橹鲃?dòng)聲納沒(méi)打開(kāi)啦!

那么,除聲納之外,為潛艇水下航行導(dǎo)航定位的手段還有哪些呢?

在水下航行的潛艇,究竟如何導(dǎo)航定位?

大家可能對(duì)水面艦船、汽車(chē)等的導(dǎo)航定位比較熟悉,只要有詳盡的海圖或地圖,再有海上航標(biāo)或公路指示牌等,就能安全、便捷地上路并準(zhǔn)確到達(dá)目標(biāo)的。

但是,潛艇水下航行,既無(wú)法看到航行標(biāo)志、也無(wú)法接收GPS信號(hào)、更不能有效接收無(wú)線電信號(hào),甚至連接收指令信息都要求在規(guī)定的時(shí)限完成。特別是核潛艇等執(zhí)行水下隱蔽航行任務(wù)時(shí),艇上連過(guò)大的聲響都不允許發(fā)出。

這種情況下,潛艇導(dǎo)航、定位和避碰是如何實(shí)現(xiàn)的呢?是不是只有聲納這一種手段呢?

實(shí)際上,現(xiàn)代潛艇還普遍裝備有先進(jìn)的電子海圖系統(tǒng)、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)、地磁場(chǎng)定位系統(tǒng)、重力場(chǎng)定位系統(tǒng)和海底地形/圖像匹配系統(tǒng)等。

其中,慣性導(dǎo)航系統(tǒng)是確保水下潛艇確定并保持航向的先進(jìn)導(dǎo)航設(shè)備。該系統(tǒng)的主要元器件是陀螺儀和加速度計(jì),它根據(jù)陀螺的輸出建立導(dǎo)航坐標(biāo)系、根據(jù)加速度計(jì)輸出解算出運(yùn)載體在導(dǎo)航坐標(biāo)系中的速度和位置。

而且,慣性導(dǎo)航系統(tǒng)是自主式導(dǎo)航系統(tǒng),抗干擾性能強(qiáng),既不依賴于外部信息、也不向外部輻射能量。非常適合需要長(zhǎng)時(shí)間在水下隱蔽航行的潛艇。

該系統(tǒng)裝載在潛艇上,通過(guò)測(cè)量潛艇的加速度,自動(dòng)進(jìn)行積分運(yùn)算,獲得潛艇瞬時(shí)速度和瞬時(shí)位置數(shù)據(jù),并顯示在導(dǎo)航坐標(biāo)系中,從而得到潛艇航行的航向、速度、偏航角和位置等信息。

潛艇的航向、速度感知問(wèn)題經(jīng)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)解決后,還要解決好潛艇自身位置、潛艇與水下各種航行障礙物(礙航物)相對(duì)位置和與水下其他運(yùn)動(dòng)目標(biāo)之間的位置感知關(guān)系,建立起全方位的相對(duì)運(yùn)動(dòng)態(tài)勢(shì),才能有效地避免碰撞,確保安全航行。

此時(shí),就需要綜合運(yùn)用地磁場(chǎng)、重力場(chǎng)定位系統(tǒng)和海底地形/圖像匹配系統(tǒng)等,與聲納系統(tǒng)一道,將潛艇自身的位置、航向、航速等信息,潛艇周邊海洋環(huán)境信息,不明潛艇、水雷、冰山和海底礙航物等信息,通過(guò)電子海圖系統(tǒng),以綜合態(tài)勢(shì)圖的形式呈現(xiàn)出來(lái)。潛艇指揮員據(jù)此操縱潛艇規(guī)避危險(xiǎn)并對(duì)敵實(shí)施攻擊等。

可以說(shuō),現(xiàn)代潛艇除了聲納系統(tǒng)外,還依靠多種系統(tǒng)相互補(bǔ)充與印證,并通過(guò)智能化顯示技術(shù),及時(shí)發(fā)現(xiàn)礙航物、準(zhǔn)確規(guī)避各類航行危險(xiǎn),確保水下航行的潛艇在既定航向、深度安全航行。

潛艇航行安全問(wèn)題一直牽動(dòng)人心,此次“海狼撞山”事件也再度引發(fā)了各方對(duì)于潛艇航行安全的關(guān)注。因此,正如我國(guó)外交部發(fā)言人汪文斌所說(shuō)的,只有詳細(xì)說(shuō)明事故相關(guān)情況,才能充分回應(yīng)各界的關(guān)切和疑慮。

參考文獻(xiàn):

杜召平等著《國(guó)外聲吶技術(shù)發(fā)展綜述》,載《艦船科學(xué)技術(shù)》2019.41-1.

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