這款新型聲吶,讓中國反潛技術跨入國際一流梯隊

這款新型聲吶,讓中國反潛技術跨入國際一流梯隊

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出品| 網易新聞

作者| 404 not found,軍事愛好者

  反潛戰最關鍵在於掌握潛艇蹤跡,沒有精確的目標信息,再強大的反潛火力也將無的放矢,而搜索潛艇最重要的手段便是各種類型的聲吶。

(一)何為聲吶?

  聲吶是利用水中聲波對水下目標進行探測、定位和通信的電子設備,能夠判斷海洋中物體的存在、位置及類型,同時也用於水下信息的傳輸。

聲吶原理圖

  水面艦艇聲吶按照工作模式分為主動聲吶與被動聲吶,以安裝部署位置又分為艦殼聲吶與拖曳聲吶。

  早期聲吶均採取龍骨以下安裝並做成流線型的艦殼聲吶部署方式,艦殼聲吶最大的優點是直接固定在水線下,艦體部分阻力較低,不影響水面艦艇機動,且艦艇高速機動時仍可有效工作,直到今天艦殼聲吶仍然是水面艦艇反潛探測的重要探測設備。

  如今中國多型水面艦艇也可明顯看到安裝在球鼻首的主/被動中頻艦殼聲吶。

現代軍艦的球鼻艏直接與海水聯通,內部通常安裝主動聲吶的中頻率水聲換能器,用來發射和接收超聲波信號

  不過,艦殼聲吶也有一些不足之處,它的探測距離近,且易受噪音影響。

聲速從海面起隨水深增加時,聲信號因折射作用而被水體表層的波導通道捕獲,因而布設位置較淺的艦殼聲吶作用距離都不遠

(二)拖曳聲吶:離得遠聽得清

  為克服傳播損耗與艦體自噪音對聲吶的影響,最好的辦法即是將聲吶布設在遠離艦體的水下,也就是拖曳聲吶。

  拖曳聲吶一般長1-2千米,它並不是水平漂浮的,而是斜向下深入500米左右的水中,是潛艇所能達到的深度,以避開溫躍層、鹽躍層的限制更好地監聽周邊環境噪音。

  拖曳聲吶又可細分為拖曳體聲吶與拖曳線列聲吶。前者可理解為將原有的艦殼聲吶拖曳於水下密封拖曳體內,從而避開各躍變層與艦體自噪音的影響。不過它與艦殼聲吶一樣因拖受到基陣布置空間的限制,聲陣孔徑難以進一步增大,工作頻率繼續降低。

  而拖曳線列聲吶則是將一定間隔的水聽器,以線列陣型式布置到具有中性浮力的透聲保護導管內,由於擺脫了艦殼與拖體的束縛,線列陣聲吶要提高水聽器數量只需增長拖體長度即可獲得更長的基線長度與更大的基陣,從而利於探測遠程目標。

拖曳線列聲吶在柔性軟管裡布滿了十分靈敏的水聽器,圖為國產SJG-206拖曳線列陣聲吶

  拖曳線列陣聲吶的另一個優勢則是因工作深度較深,在深海區域可充分利用水聲匯聚區效益提高探測距離。

  這是因為由於海水中躍變層的存在,聲音在海洋中基本不是按照直線傳播的,由於海水中躍變層的存在使得海洋聲速分布的垂直不均勻性導致了「聲線」的傳播路徑基本都是曲線的,聲音也非嚴格按照近處大遠處小的幾何比例衰減的,也就是水聲信道的「匯聚區"效應,對於海面附近發射的聲源在海面附近接收會存在多組組匯聚區,在匯聚區內聲衰減遠小於其他區域甚至小於幾何衰減,在這些區域內的聲吶會很容易探測到發射的聲源。

中國南海平均水深1212米,中部深海平原的最大水深達到5567米,其深度有利於拖曳聲吶利用水聲匯聚區效益實現遠程探測

(三)SJG-206型拖曳聲吶:21世紀初中國水聲行業的驕傲

優點1:「超深水」探測,同時追蹤5個以上目標

  SJG-206型拖曳聲吶便是拖拽線列聲吶的「代表作」。

  這款聲吶2003年被研製成功,並於當年獲得國家科技進步二等獎,可謂是21世紀初中國水聲行業的驕傲。它全長300米,最大作用距離100海里,最大工作深度接近1000米,性能和美國海軍主力拖曳線列陣聲吶AN/SQR-19A接近。其對核潛艇等目標的探測距離在80千米左右,可同時跟蹤5個以上目標。

優點2:讓艦艇不改航向也能快速判斷目標位置

  SJG-206型拖曳聲吶的另一個特點便是通過水聽器模塊在橫截面上呈正三角形排列的布局。

  水聽器的安裝架上有三個安裝孔,這三個孔分布在同一個圓周上、形成等邊三角形,水聽器固定在安裝架的三個孔中間,構成一個三元水聽器組,根據聲波到達各單元時間的差別來判斷左右舷,而克服由傳統的單個全向水聽器構成的拖曳線列陣存在目標左右舷模糊等缺點,使得艦艇不用改變航向,便能在極短的時間內判斷出目標左右位置。

SJG-206工作時如根尾巴一般遠遠拖曳與艦尾,通過放線長度與航速來控制工作深度

  只是被動工作模式的線列陣聲吶,也有很多先天不足。

缺點1:探測安靜型潛艇,性能下降

  前面提到,噪音對被動聲吶影響極大。而現代潛艇隨著降噪技術的改進,整體噪音水平一直處於快速下降中。加上中國周邊海區近海環境下航行船隻等較多,聲學環境複雜,用被動聲吶探測相當困難。這使得SJG-206和其他國家的線列陣聲吶一樣在近海環境下面對安靜型潛艇的探測性能均會有明顯下降。

缺點2:易受艦艇機動與洋流的影響,甚至無法工作

  另外拖線線列陣的聲學段是柔性的,所以在水下拖曳時,易受艦艇機動與洋流的影響,出現陣型畸變後探測性能下降,甚至無法工作的狀態。而水面艦艇在反潛作戰中時常需要機動佔位以限制敵方潛艇的活動範圍並避免其能進入潛射重型線導魚類與反艦導彈的有利發射位置。而機動過程中水面艦艇被動拖曳線列陣無法有效工作無疑會使負責機動佔位的水面艦艇處於險境。

(四)主被動複合拖曳聲吶:讓中國水面反潛世界領先

  雖說SJG-206型聲吶優異的戰術性能使得中國海軍水面艦艇搜潛能力已處於西方海軍現役主流水平,但客觀環境威脅的不斷提升也讓中國軍工業界不止步於此。

  純被動工作模式的聲吶探測性能在面對採取各種降噪措施的安靜型潛艇效能下降,但是靠聲音回波來確定目標的主動聲吶就沒有此問題;原有的柔性拖曳線列陣機動時工作易受影響,那麼就增加安裝於拖曳體內的聲吶基陣。將這幾種思路融合在一起即構成一種新型聲吶——主被動拖曳線列陣聲吶。

  在後續批次的052D型驅逐艦、054A/056A護衛艦上,可看到艦尾增設了新的水聲設備艙口,其內是一種收發分置的輕量級戰術低頻主/被動複合聲吶,由水面艦艇拖曳使用。

  這種聲吶將作為低頻發射陣拖曳變深聲吶和低頻被動拖曳線列陣聲吶結合起來,採用大型拖體發射低頻聲波,採用長拖曳線列陣對潛艇回波實施接收探測,同時線列陣也可以單獨的以被動方式工作。

  這種聲吶還利用了變深聲吶可以調節聲吶基陣所處深度,避免聲速躍層影響的優點、距離自身雜訊源遠的優點,以及拖曳線列陣大孔徑、陣基陣長、高增益的優勢。

056A護衛艦的主/被動複合型低頻拖曳線列陣聲吶的發射源與接收陣列分離設置,左方形小開口內為複合型拖曳聲吶主動發射機,右長方形開口為複合型拖曳聲吶收聽陣列投放口

1、不必擔心因主動工作模式暴露自身位置

  在多艇雙基站或多基站模式下,主動信號發射源的角色可以交給高速衝刺佔位、噪音水平較高易於暴露且接收陣列工作環境惡劣的艦隻,且探測距離遠至第一水聲匯聚區(30-40海里)的主動聲吶能讓負責佔位的艦艇仍具有一定探測能力而保持在潛射重型線導魚雷射程之外,而不必擔心因主動工作模式暴露自身位置。

2、讓反艦導彈無處遁形

  即便潛艇使用潛射導彈在更遠距離企圖攻擊前出以主動模式聲吶搜潛艦艇,採取低速漂航,幾乎寂靜無聲進行監聽的其他戰艦,也可通過潛射導彈發射時暴露出的巨大聲學噪音,立刻發現遠達兩個水聲匯聚外的發射艇位置,並進行打擊。(相較隱蔽發射的魚雷,目標明顯的反艦導彈也更易攔截)。編隊各艦還可分享聲吶圖像以消除覆蓋盲區,通過三角定位等戰術提高定位精度。

  通過搭載該聲吶的水面作戰艦艇可充分發揮中國各型反潛導彈射程優勢。特別是水下高速續航力不足的常規潛艇(包括配AIP的日本「蒼龍」級)難以通過高速三維機動穿透低頻主動聲吶探測環,遇上唯有「聞聲」遠遁。

結語

  中國海軍「黃岡」號導彈護衛艦是中國第一艘裝備拖曳式變深主/被動聲吶(VDS)的護衛艦。中國水面艦艇在配備主/被動複合型低頻拖曳線列陣之後,加上反潛直升機、反潛魚雷,可以構成比較齊全的反潛體系,有效的提高中國海軍在近海對抗新型常規潛艇的能力,探測能力、打擊能力進一步增強。反觀美國海軍水面戰艦,因各方原因至今未能跨入主被動複合型低頻拖曳聲吶時代。

  然而水面戰艦的移動速度畢竟有限,無法對遠距離上的疑似潛艇目標及時做出反應,今後仍有必要進一步建立美日類似的航空反潛系統以充分發揮新型聲吶探測性能。

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編輯| 於冉帝


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