“海狼撞山”，真是因為主動聲納沒開嗎？

中國科普博覽2021-11-15 16:30

出品：科普中國

制作：大暉

監(jiān)制：中國科學(xué)院計算機網(wǎng)絡(luò)信息中心

2021年10月2日，美國“海狼”級攻擊型核潛艇“康涅狄格”號發(fā)生水下碰撞事故后，美軍對事故原因一直遮遮掩掩。直到11月1日，美第7艦隊才發(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”級核攻擊潛艇會撞“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，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，主動聲納未開機是導(dǎo)致撞擊事件發(fā)生的主要原因。

但是，“海狼撞海山”這個鍋真的要由主動聲納來背嗎？

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?，F(xiàn)在潛艇導(dǎo)航定位的主要設(shè)備聲納，就是利用聲音實現(xiàn)水下導(dǎo)航、測量和定位的。

聲納一詞“SONAR”的來源，其實就是英文“Sound Navigation And Ranging”（聲音導(dǎo)航和測距）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、識別聲納、被動測距聲納和環(huán)境噪聲記錄分析、聲速測量、聲線軌跡測算聲納等。

它們在潛艇上以基站的形式系統(tǒng)整合，用于對艦船等水面目標(biāo)和潛艇、水雷、魚雷以及冰山、海底障礙物等水下活動或固定目標(biāo)進(jìn)行搜索、識別、跟蹤、警戒、探測、定位和水聲通信等。

△潛艇與水面艦艇、飛機水聲對抗示意圖（圖片來源：參考文獻(xiàn)1）

同時，潛艇聲納系統(tǒng)還能持續(xù)對活動海域聲傳播條件、本艇和環(huán)境噪聲等進(jìn)行監(jiān)測和分析，以便選擇最佳的戰(zhàn)術(shù)機動和聲納使用方式。

需要著重指出的是，目前大多潛艇、包括核動力攻擊潛艇，除在艇艏裝備“主動聲納”外，舷側(cè)陣列和艇艉拖曳陣列聲納等大多為“被動聲納”。

所謂主動聲納，就是主動發(fā)射聲波進(jìn)行水下目標(biāo)探測和通信等；

被動聲納，就是不發(fā)射聲波，以被動監(jiān)聽方式、收集目標(biāo)聲響信息進(jìn)行探測、定向和跟蹤等。

為了保持隱蔽性，潛艇聲納系統(tǒng)主要以被動工作方式為主。

主動工作方式只是在魚雷射擊前，用以對目標(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，主動聲納主要不是用來保障潛艇航行，而是用來實施魚雷攻擊的。

根據(jù)公開可查的消息，“海狼”級核潛艇裝備的是AN/BQQ-10 ARCI V5聲納系統(tǒng)。其中，艇艏為BQS-13DNA型主/被動聲納，舷側(cè)為六個（每側(cè)三個）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。

特別要強調(diào)指出的是：“海狼”級聲納系統(tǒng)極其先進(jìn)，達(dá)到了攻擊型核潛艇的最高水準(zhǔn)，可以在本艇機動中使用被動聲納精確測量目標(biāo)舷角等，精準(zhǔn)解算遠(yuǎn)距離目標(biāo)的運動要素，并自動生成火控諸元。

“海狼”級潛艇在南海敏感區(qū)域隱蔽活動，在沒有嚴(yán)重敵情和實施對敵目標(biāo)攻擊的情況下，基本上沒有使用主動聲吶的必要，依靠艇上裝備的其他導(dǎo)航定位設(shè)備和海圖，完全可以實現(xiàn)安全航行。至于這次撞上水下海山，極有可能是海圖不精準(zhǔn)，或者是新增加的水下礙航物所致。與主動聲吶開不開機沒有必然的因果關(guān)系。次段為修訂的時加上的內(nèi)容。文章在科普中國發(fā)出后，有細(xì)心的網(wǎng)友指出“所以，別再說“海狼”撞山是因為主動聲納沒打開啦！”這句話與上一段銜接的太陡，易讓讀者誤解為被動聲吶可以探測海山等水下固定礙航物。

所以，別再說“海狼”撞山是因為主動聲納沒打開啦！

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、更不能有效接收無線電信號，甚至連接收指令信息都要求在規(guī)定的時限完成。特別是核潛艇等執(zhí)行水下隱蔽航行任務(wù)時，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現(xiàn)的呢？是不是只有聲納這一種手段呢？

實際上，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)、地磁場定位系統(tǒng)、重力場定位系統(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，它根據(jù)陀螺的輸出建立導(dǎo)航坐標(biāo)系、根據(jù)加速度計輸出解算出運載體在導(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，既不依賴于外部信息、也不向外部輻射能量。非常適合需要長時間在水下隱蔽航行的潛艇。

該系統(tǒng)裝載在潛艇上，通過測量潛艇的加速度，自動進(jìn)行積分運算，獲得潛艇瞬時速度和瞬時位置數(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）相對位置和與水下其他運動目標(biāo)之間的位置感知關(guān)系，建立起全方位的相對運動態(tài)勢，才能有效地避免碰撞，確保安全航行。

此時，就需要綜合運用地磁場、重力場定位系統(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)避危險并對敵實施攻擊等。

可以說，現(xiàn)代潛艇除了聲納系統(tǒng)外，還依靠多種系統(tǒng)相互補充與印證，并通過智能化顯示技術(shù)，及時發(fā)現(xiàn)礙航物、準(zhǔn)確規(guī)避各類航行危險，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人心，此次“海狼撞山”事件也再度引發(fā)了各方對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.