“海狼撞山”，真是因?yàn)橹鲃?dòng)聲納沒開嗎？

出品：科普中國

制作：大暉

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

2021年10月2日，美國“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（圖片來源：美國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)公開的信息，聊一聊潛艇水下航行導(dǎo)航定位和避碰的手段。

沒開主動(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)聲納未開機(jī)是異致撞擊事件發(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。

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)工作方式只是在魚雷射擊前，用以對(duì)目標(biāo)定位，為魚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，主動(dòng)聲納主要不是用來保障潛艇航行，而是用來實(shí)施魚雷攻擊的。

根據(jù)公開可查的消息，“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。

所以，別再說“海狼”撞山是因?yàn)橹鲃?dòng)聲納沒打開啦！

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，既無法看到航行標(biāo)志、也無法接收GPS信號(hào)、更不能有效接收無線電信號(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，通過電子海圖系統(tǒng)，以綜合態(tài)勢(shì)圖的形式呈現(xiàn)出來。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，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，正如我國外交部發(fā)言人汪文斌所說的，只有詳細(xì)說明事故相關(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《國外聲吶技術(shù)發(fā)展綜述》，載《艦船科學(xué)技術(shù)》2019.41-1.