这款新型声呐,让中国反潜技术跨入国际一流梯队 - 深海探测声学设备

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出品| 网易新闻

作者| 404 not found,军事爱好者

  反潜战最关键在于掌握潜艇踪迹,没有精确的目标信息,再强大的反潜火力也将无的放矢,而搜索潜艇最重要的手段便是各种类型的声呐。

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(一)何为声呐?

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  声呐是利用水中声波对水下目标进行探测、定位和通信的电子设备,能够判断海洋中物体的存在、位置及类型,同时也用于水下信息的传输。

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声呐原理图

  水面舰艇声呐按照工作模式分为主动声呐与被动声呐,以安装部署位置又分为舰壳声呐与拖曳声呐。

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  早期声呐均采取龙骨以下安装并做成流线型的舰壳声呐部署方式,舰壳声呐最大的优点是直接固定在水线下,舰体部分阻力较低,不影响水面舰艇机动,且舰艇高速机动时仍可有效工作,直到今天舰壳声呐仍然是水面舰艇反潜探测的重要探测设备。

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  如今中国多型水面舰艇也可明显看到安装在球鼻首的主/被动中频舰壳声呐。

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现代军舰的球鼻艏直接与海水联通,内部通常安装主动声呐的中频率水声换能器,用来发射和接收超声波信号

  不过,舰壳声呐也有一些不足之处,它的探测距离近,且易受噪音影响。

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声速从海面起随水深增加时,声信号因折射作用而被水体表层的波导通道捕获,因而布设位置较浅的舰壳声呐作用距离都不远

(二)拖曳声呐:离得远听得清

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  为克服传播损耗与舰体自噪音对声呐的影响,最好的办法即是将声呐布设在远离舰体的水下,也就是拖曳声呐。

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  拖曳声呐一般长1-2千米,它并不是水平漂浮的,而是斜向下深入500米左右的水中,是潜艇所能达到的深度,以避开温跃层、盐跃层的限制更好地监听周边环境噪音。

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  拖曳声呐又可细分为拖曳体声呐与拖曳线列声呐。前者可理解为将原有的舰壳声呐拖曳于水下密封拖曳体内,从而避开各跃变层与舰体自噪音的影响。不过它与舰壳声呐一样因拖受到基阵布置空间的限制,声阵孔径难以进一步增大,工作频率继续降低。

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  而拖曳线列声呐则是将一定间隔的水听器,以线列阵型式布置到具有中性浮力的透声保护导管内,由于摆脱了舰壳与拖体的束缚,线列阵声呐要提高水听器数量只需增长拖体长度即可获得更长的基线长度与更大的基阵,从而利于探测远程目标。

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拖曳线列声呐在柔性软管里布满了十分灵敏的水听器,图为国产SJG-206拖曳线列阵声呐

  拖曳线列阵声呐的另一个优势则是因工作深度较深,在深海区域可充分利用水声汇聚区效益提高探测距离。

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  这是因为由于海水中跃变层的存在,声音在海洋中基本不是按照直线传播的,由于海水中跃变层的存在使得海洋声速分布的垂直不均匀性导致了“声线”的传播路径基本都是曲线的,声音也非严格按照近处大远处小的几何比例衰减的,也就是水声信道的“汇聚区"效应,对于海面附近发射的声源在海面附近接收会存在多组组汇聚区,在汇聚区内声衰减远小于其他区域甚至小于几何衰减,在这些区域内的声呐会很容易探测到发射的声源。

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中国南海平均水深1212米,中部深海平原的最大水深达到5567米,其深度有利于拖曳声呐利用水声汇聚区效益实现远程探测

(三)SJG-206型拖曳声呐:21世纪初中国水声行业的骄傲

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优点1:“超深水”探测,同时追踪5个以上目标

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  SJG-206型拖曳声呐便是拖拽线列声呐的“代表作”。

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  这款声呐2003年被研制成功,并于当年获得国家科技进步二等奖,可谓是21世纪初中国水声行业的骄傲。它全长300米,最大作用距离100海里,最大工作深度接近1000米,性能和美国海军主力拖曳线列阵声呐AN/SQR-19A接近。其对核潜艇等目标的探测距离在80千米左右,可同时跟踪5个以上目标。

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优点2:让舰艇不改航向也能快速判断目标位置

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  SJG-206型拖曳声呐的另一个特点便是通过水听器模块在横截面上呈正三角形排列的布局。

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  水听器的安装架上有三个安装孔,这三个孔分布在同一个圆周上、形成等边三角形,水听器固定在安装架的三个孔中间,构成一个三元水听器组,根据声波到达各单元时间的差别来判断左右舷,而克服由传统的单个全向水听器构成的拖曳线列阵存在目标左右舷模糊等缺点,使得舰艇不用改变航向,便能在极短的时间内判断出目标左右位置。

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SJG-206工作时如根尾巴一般远远拖曳与舰尾,通过放线长度与航速来控制工作深度

  只是被动工作模式的线列阵声呐,也有很多先天不足。

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缺点1:探测安静型潜艇,性能下降

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  前面提到,噪音对被动声呐影响极大。而现代潜艇随着降噪技术的改进,整体噪音水平一直处于快速下降中。加上中国周边海区近海环境下航行船只等较多,声学环境复杂,用被动声呐探测相当困难。这使得SJG-206和其他国家的线列阵声呐一样在近海环境下面对安静型潜艇的探测性能均会有明显下降。

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缺点2:易受舰艇机动与洋流的影响,甚至无法工作

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  另外拖线线列阵的声学段是柔性的,所以在水下拖曳时,易受舰艇机动与洋流的影响,出现阵型畸变后探测性能下降,甚至无法工作的状态。而水面舰艇在反潜作战中时常需要机动占位以限制敌方潜艇的活动范围并避免其能进入潜射重型线导鱼类与反舰导弹的有利发射位置。而机动过程中水面舰艇被动拖曳线列阵无法有效工作无疑会使负责机动占位的水面舰艇处于险境。

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(四)主被动复合拖曳声呐:让中国水面反潜世界领先

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  虽说SJG-206型声呐优异的战术性能使得中国海军水面舰艇搜潜能力已处于西方海军现役主流水平,但客观环境威胁的不断提升也让中国军工业界不止步于此。

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  纯被动工作模式的声呐探测性能在面对采取各种降噪措施的安静型潜艇效能下降,但是靠声音回波来确定目标的主动声呐就没有此问题;原有的柔性拖曳线列阵机动时工作易受影响,那么就增加安装于拖曳体内的声呐基阵。将这几种思路融合在一起即构成一种新型声呐——主被动拖曳线列阵声呐。

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  在后续批次的052D型驱逐舰、054A/056A护卫舰上,可看到舰尾增设了新的水声设备舱口,其内是一种收发分置的轻量级战术低频主/被动复合声呐,由水面舰艇拖曳使用。

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  这种声呐将作为低频发射阵拖曳变深声呐和低频被动拖曳线列阵声呐结合起来,采用大型拖体发射低频声波,采用长拖曳线列阵对潜艇回波实施接收探测,同时线列阵也可以单独的以被动方式工作。

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  这种声呐还利用了变深声呐可以调节声呐基阵所处深度,避免声速跃层影响的优点、距离自身噪声源远的优点,以及拖曳线列阵大孔径、阵基阵长、高增益的优势。

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056A护卫舰的主/被动复合型低频拖曳线列阵声呐的发射源与接收阵列分离设置,左方形小开口内为复合型拖曳声呐主动发射机,右长方形开口为复合型拖曳声呐收听阵列投放口

1、不必担心因主动工作模式暴露自身位置

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  在多艇双基站或多基站模式下,主动信号发射源的角色可以交给高速冲刺占位、噪音水平较高易于暴露且接收阵列工作环境恶劣的舰只,且探测距离远至第一水声汇聚区(30-40海里)的主动声呐能让负责占位的舰艇仍具有一定探测能力而保持在潜射重型线导鱼雷射程之外,而不必担心因主动工作模式暴露自身位置。

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2、让反舰导弹无处遁形

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  即便潜艇使用潜射导弹在更远距离企图攻击前出以主动模式声呐搜潜舰艇,采取低速漂航,几乎寂静无声进行监听的其他战舰,也可通过潜射导弹发射时暴露出的巨大声学噪音,立刻发现远达两个水声汇聚外的发射艇位置,并进行打击。(相较隐蔽发射的鱼雷,目标明显的反舰导弹也更易拦截)。编队各舰还可分享声呐图像以消除覆盖盲区,通过三角定位等战术提高定位精度。

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  通过搭载该声呐的水面作战舰艇可充分发挥中国各型反潜导弹射程优势。特别是水下高速续航力不足的常规潜艇(包括配AIP的日本“苍龙”级)难以通过高速三维机动穿透低频主动声呐探测环,遇上唯有“闻声”远遁。

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结语

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  中国海军“黄冈”号导弹护卫舰是中国第一艘装备拖曳式变深主/被动声呐(VDS)的护卫舰。中国水面舰艇在配备主/被动复合型低频拖曳线列阵之后,加上反潜直升机、反潜鱼雷,可以构成比较齐全的反潜体系,有效的提高中国海军在近海对抗新型常规潜艇的能力,探测能力、打击能力进一步增强。反观美国海军水面战舰,因各方原因至今未能跨入主被动复合型低频拖曳声呐时代。

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  然而水面战舰的移动速度毕竟有限,无法对远距离上的疑似潜艇目标及时做出反应,今后仍有必要进一步建立美日类似的航空反潜系统以充分发挥新型声呐探测性能。

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编辑| 于冉帝

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蕙兰心质
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