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“海狼撞山”,真是因为主动声纳没开吗?

时间:2021-11-18 10:47:20 | 来源:新浪科技综合

2021年10月2日,美国“海狼”级攻击型核潜艇“康涅狄格”号发生水下碰撞事故后,美军对事故原因一直遮遮掩掩。直到11月1日,美第7舰队才发表事故调查声明称,该潜艇在南海水域相撞的物体是“未知的海底山”。

(图片来源:美国The Drive网站“战区”栏目)

为什么最先进的“海狼”级核攻击潜艇会撞“海山”呢?类似的“海狼撞海山”的事故是否可以避免?潜艇水下航行时,又是如何避免碰撞等航行事故的呢?

今天,我们就借着“海狼撞山”这件事,根据公开的信息,聊一聊潜艇水下航行导航定位和避碰的手段。

Part.1

没开主动声纳,是撞山的原因吗?

碰撞事故发生后,许多分析认为:核潜艇为隐蔽行动,主动声纳未开机是异致撞击事件发生的主要原因。

但是,“海狼撞海山”这个锅真的要由主动声纳来背吗?

众所周知,声波是目前唯一可以在海水中有效远距离传递信息的载体。现在潜艇导航定位的主要设备声纳,就是利用声音实现水下导航、测量和定位的。

声纳一词“SONAR”的来源,其实就是英文“Sound Navigation And Ranging”(声音导航和测距)的首字母缩写。

现代先进潜艇通常在艇艏装备球型声纳基阵、舷侧装备舷侧阵列声纳、艇艉装备拖曳式线列阵声纳等。特别是核动力攻击潜艇,可装备多达15部左右的声纳。

(图片来源:凤凰网)

这些声纳按功能可分为警戒声纳、攻击声纳、探雷声纳、通信声纳、识别声纳、被动测距声纳和环境噪声记录分析、声速测量、声线轨迹测算声纳等。

它们在潜艇上以基站的形式系统整合,用于对舰船等水面目标和潜艇、水雷、鱼雷以及冰山、海底障碍物等水下活动或固定目标进行搜索、识别、跟踪、警戒、探测、定位和水声通信等。

(图片来源:参考文献1)

同时,潜艇声纳系统还能持续对活动海域声传播条件、本艇和环境噪声等进行监测和分析,以便选择最佳的战术机动和声纳使用方式。

需要着重指出的是,目前大多潜艇、包括核动力攻击潜艇,除在艇艏装备“主动声纳”外,舷侧阵列和艇艉拖曳阵列声纳等大多为“被动声纳”。

所谓主动声纳,就是主动发射声波进行水下目标探测和通信等;

被动声纳,就是不发射声波,以被动监听方式、收集目标声响信息进行探测、定向和跟踪等。

为了保持隐蔽性,潜艇声纳系统主要以被动工作方式为主。

主动工作方式只是在鱼雷射击前,用以对目标定位,为鱼雷武器射击指挥系统提供目标精确坐标数据。

可以这么说,主动声纳主要不是用来保障潜艇航行,而是用来实施鱼雷攻击的。

根据公开可查的消息,“海狼”级核潜艇装备的是AN/BQQ-10 ARCI V5声纳系统。其中,艇艏为BQS-13DNA型主/被动声纳,舷侧为六个(每侧三个)BQG-5型宽孔径阵列声纳,艇艉为两部拖曳声纳阵列(TB-16D粗线阵和TB-29A细线阵)。另外,还装备有BQR-20噪声测向声纳、BQS-24探雷避碰声纳、WLR-9A侦察声纳和WQC-2通信声纳。

特别要强调指出的是:“海狼”级声纳系统极其先进,达到了攻击型核潜艇的最高水准,可以在本艇机动中使用被动声纳精确测量目标舷角等,精准解算远距离目标的运动要素,并自动生成火控诸元。

所以,别再说“海狼”撞山是因为主动声纳没打开啦!

那么,除声纳之外,为潜艇水下航行导航定位的手段还有哪些呢?

Part.2

在水下航行的潜艇,究竟如何导航定位?

大家可能对水面舰船、汽车等的导航定位比较熟悉,只要有详尽的海图或地图,再有海上航标或公路指示牌等,就能安全、便捷地上路并准确到达目标的。

但是,潜艇水下航行,既无法看到航行标志、也无法接收GPS信号、更不能有效接收无线电信号,甚至连接收指令信息都要求在规定的时限完成。特别是核潜艇等执行水下隐蔽航行任务时,艇上连过大的声响都不允许发出。

这种情况下,潜艇导航、定位和避碰是如何实现的呢?是不是只有声纳这一种手段呢?

实际上,现代潜艇还普遍装备有先进的电子海图系统、惯性导航系统、地磁场定位系统、重力场定位系统和海底地形/图像匹配系统等。

其中,惯性导航系统是确保水下潜艇确定并保持航向的先进导航设备。该系统的主要元器件是陀螺仪和加速度计,它根据陀螺的输出建立导航坐标系、根据加速度计输出解算出运载体在导航坐标系中的速度和位置。

而且,惯性导航系统是自主式导航系统,抗干扰性能强,既不依赖于外部信息、也不向外部辐射能量。非常适合需要长时间在水下隐蔽航行的潜艇。

该系统装载在潜艇上,通过测量潜艇的加速度,自动进行积分运算,获得潜艇瞬时速度和瞬时位置数据,并显示在导航坐标系中,从而得到潜艇航行的航向、速度、偏航角和位置等信息。

潜艇的航向、速度感知问题经惯性导航系统解决后,还要解决好潜艇自身位置、潜艇与水下各种航行障碍物(碍航物)相对位置和与水下其他运动目标之间的位置感知关系,建立起全方位的相对运动态势,才能有效地避免碰撞,确保安全航行。

此时,就需要综合运用地磁场、重力场定位系统和海底地形/图像匹配系统等,与声纳系统一道,将潜艇自身的位置、航向、航速等信息,潜艇周边海洋环境信息,不明潜艇、水雷、冰山和海底碍航物等信息,通过电子海图系统,以综合态势图的形式呈现出来。潜艇指挥员据此操纵潜艇规避危险并对敌实施攻击等。

可以说,现代潜艇除了声纳系统外,还依靠多种系统相互补充与印证,并通过智能化显示技术,及时发现碍航物、准确规避各类航行危险,确保水下航行的潜艇在既定航向、深度安全航行。

潜艇航行安全问题一直牵动人心,此次“海狼撞山”事件也再度引发了各方对于潜艇航行安全的关注。因此,正如我国外交部发言人汪文斌所说的,只有详细说明事故相关情况,才能充分回应各界的关切和疑虑。

参考文献:

1。杜召平等著《国外声呐技术发展综述》,载《舰船科学技术》2019.41-1。

出品:科普中国

本文首发于中国科普博览

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