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声纳是一种利用声波在水中的传播和反射探测水下物体,如潜艇、水雷、冰山、暗礁等,并可用于导航和测距、定位的装备,现在已广泛装备水面舰艇、潜艇、反潜机,以及无人作战平台。虽然现在雷达、红外、激光等非声探测设备有了长足的进步,但由于海水特性和潜艇潜深等原因,声纳仍然是反潜战中对潜探测最重要的,不可替代的装备。
一战期间,德军潜艇在大西洋肆虐,无差别地攻击英法等国的海上运输船队和军舰,致使英法等国遭受重大损失。因为当时几乎没有对潜探测设备,只能靠目视观测,只有在潜艇上浮到海面时,水面舰艇才能发现它。后来,英法海军的水面舰艇装备回声探测仪,形成了对德国潜艇的压倒优势,在战争发挥了重要作用。
二战期间,声纳技术已经基本成熟,美国海军舰艇凭借较为先进的声纳,压制了德国和日本的潜艇,声纳成为发现潜艇最重要的手段。二战后期,美国海军潜艇利用先进的声纳,准确避开日本布设的水雷,在日本近海成功地攻击了日本海军的军舰。
冷战时期是声纳技术快速发展的一个阶段,为了搜索、攻击苏联潜艇,以美国为首的西方国家发展了多类声纳,装备各类作战平台,并且持续改进,在几十年的发展过程中,形成了功能各异、用途不同、适用各种平台的系列声纳装备,到今天,声纳已形成了一个庞大的家族。
笼统地说,声纳主要有主动声纳、被动声纳两大类。按工作原理可分为有源声纳、无源声纳、合成孔径声纳等;按基阵形状可分为球形、柱形、平板形、线列、U型、心形等;按部署空间可分为岸基声纳、舰(艇)载声纳、机载声纳、海底声纳等;按作战任务可分为探测声纳、通信声纳、水下制导声纳、避碰声纳、探雷声纳、水声对抗系统等;按安装部位可分为艏部声纳、舰壳声纳、舷侧声纳、变深声纳、拖曳阵声纳等。
现在的声纳系统已由模拟信号改为数字信号,随着信息技术和网络技术的发展,现役舰艇普遍装备由多部声纳构成的综合声纳系统,舰艇上的多部声纳统一控制、运用,进一步提高了探测水平。例如美国海军弗吉尼亚级潜艇装备的BQQ-10综合声纳系统由十几部声纳构成,是集主/被动、多频段、多功能于一体的综合声纳系统,具备目标探测、跟踪、识别,水文情报收集,水下通信、导航,信息综合处理和显示,鱼雷控制,水声对抗等多种功能。
现在综合声纳系统已成为舰艇指控系统的重要组成部分,对潜探测、跟踪、定位等目标数据经计算机处理后,直接传送给指控系统和火控系统,供指挥员决策和对目标实施精准打击。
舰载声纳方面,为了弥补固定式水下监视系统的不足,美国海军发展了舰载拖曳阵列传感器系统(SURTASS),装备海洋监视船,主要承担战略反潜预警任务;近些年在水面舰艇拖曳阵声纳的基础上又发展了多功能拖曳阵列,装备新建造的驱逐舰和星座级护卫舰,以进一步提升战术反潜能力。
日本的日向级直升机母舰借助庞大的船体,不但装备了舰艏声纳、拖曳阵声纳,还在船体两侧装备了巨大的舷侧阵声纳,多部声纳同时工作,可准确定位目标,获取目标的方位、距离等数据。国外一些驱护舰装备变深声纳,与拖曳阵声纳协同工作,由前者发射声波,后者接收回波,降低了本舰噪声对声纳系统的影响,可以获得更准确的目标距离和深度等数据。
日本还在朝日级驱逐舰和最上级护卫舰上装备了最新的双/多基地声纳,这样,可以在多艘反潜平台中,指定一艘舰的声纳作为声源,发射声波,其他平台只是被动地接收回波,以此提高探测精度,同时降低被潜艇探测到的概率。
今天的微课就到这里,谢谢观看。下节课我们介绍机载探潜装备。
科普主讲人:侯建军(海军专家)
科学审核:费伯禹(军事内容资深编审)
监制:战钊
导演:金赫
摄影:小鹏
后期:珞岩
出品:中国科协科普部 光明网传媒有限公司