不可或缺的“鼓包”

郝朝霞 杨王诗剑

上一期杂志的封面展示了瑞典皇家海军A19型“哥特兰”级常规动力潜艇的照片，许多读者朋友来信表达了同一个疑问：理论上，为了降低在水中行进的阻力，潜艇表面应该越光滑越好，可现实中，包括“哥特兰”级在内的所有潜艇外壳上都有各种“鼓包”，这些凸起到底是什么？有什么办法能够消除？读完本文，上述疑惑或许将迎刃而解。

潜艇身上的“鼓包”是怎么来的

现代潜艇外壳上零散分布的“鼓包”，大多是因为艇内空间不足同时又为了容纳某些核心武器或电子系统造成的。目前，这些“鼓包”主要是声呐系统。问题来了：为什么不把声呐做的小一点，使其融合在艇身内？答案很简单：不是不想而是不能。

瑞典海军“哥特兰”级常规动力潜艇

众所周知，潜艇的内部空间十分有限，即便是世界上最大的潜艇——水下排水量近5 万吨的俄罗斯海军941 型“台风”级潜艇，指挥舱里也“无法再容纳一张新的写字桌”。然而，随着人类对海洋的深度开发，水下噪声愈趋复杂多变，同时，潜艇的静音性却在不断发展，这就要求潜用声呐系统要有更强的探测能力。满足这种作战需求的可行途径一般是改进声呐构型、优化声呐布局、增大声呐基阵，于是只能额外“制造空间”来安装，这既是因为技术所限，也源于潜用声呐的独特性。

一个世纪的发展成果

在水下，光波和电磁波的传播变得极为困难，相反，声波却有比空气中近5倍的传播速度。于是，利用声信号进行水下通信导航便成为各国的共识，这也是声呐的基本用途。

具体到潜用声呐，来自第一次世界大战中深受德国海军U 型潜艇“破交行动”之苦的英国，当时称之为水下听音器（以下简称“水听器”），操作人员通过调节设备方向，并利用医用听诊器监听潜艇周围的水声环境，从而判断敌情。

到了二战期间，纳粹德国将潜用声呐技术发扬光大。根据1945年美国缴获的纳粹德国声学手册，早在20世纪20年代，也就是一战结束后不久，德国人已开始了潜用声呐基阵的研究。1941年，英国皇家海军俘获了纳粹德国海军U570潜艇，该艇装备了由48个水听阵元组成“德国监听基阵”。简单来说，就是将多个水听器排列组合，以实现对更广阔海情进行更准确的监听，初步具备了现代潜用声呐的技术雏形。

二战期间建造的美国海军“鲈鱼”号潜艇声呐作战室。早期的声呐操作主要依靠手动调节水听器方向和人工监听识别

美国海军“弗吉尼亞”级攻击型核潜艇声呐控制站。现代潜用声呐已基本实现自动化控制、图形化展示，准确性、可用性、时效性比早期声呐有了质的提高

战后，潜用声呐技术在冷战期间激烈的水下对抗中得到长足进步。经过一个世纪的发展，如今的潜用声呐已经由当初的功能单一、单机单控的电子设备，发展成为高效多能、集中控制的综合系统，包括大型声呐基阵、发射机、接收系统、信号调节器、信号处理系统等，能够实施噪声警戒、搜索、侦察，探测、跟踪、识别、定位目标，武器制导等，声呐性能已是衡量一型潜艇技术水平的核心指标。

潜艇最重要的依靠

事实上，潜艇技术发展的中心思想就是围绕改进声学性能，通过持续降低噪音输出、提高噪音输入，来强化水下作战能力。因此，潜艇在水下的一切行动都要依靠声呐。毫不夸张地说，潜艇可以没有鱼雷、潜射导弹等武器，但不能没有声呐。

日本“苍龙”号常规潜艇在上浮时与一艘商船相撞，导致右侧围壳和围壳舵受损，事后分析称是因为操作避碰声呐（红框处）失误导致

一艘现代潜艇装备的声呐少则近10部，多的有近20部。尽管同属一类装备，但用途却截然不同，探测声呐、导航声呐、通信声呐和侦察声呐占主要地位。

探测声呐主要有3种类型，分别是艇艏导流罩内安装的综合声呐，舷侧艇壳上安装的舷侧阵声呐，艇艉伸出的拖曳阵声呐，用于搜索、判断、定位目标。导航声呐由安装在指挥台围壳前端的探雷、避碰声呐和潜艇底部的海底回声探测仪组成，用于引导潜艇在水下安全行进。通信声呐一般安装在指挥台顶部，用于潜艇之间、潜艇与水面舰艇之间的通联。侦察声呐一般位于前甲板靠近艇艏处，主要担负截获水下声呐信号的任务。

此外，潜艇周身还会安装噪声监测装置，也可理解为一种独特的声呐，主要用于监测自身噪声水平，以便指挥员判断情况、作出决策。

从工作模式上区分，上述声呐有主动和被动两种。主动模式是依靠自身发出的声信号探测周围环境，被动模式则是通过监听周围的声信号分析判断环境。如果将主动模式比作在漆黑的环境中打开手电筒搜寻目标，那么被动模式就是睁大眼睛时刻紧盯哪里有手电的光亮。

英制“奥伯龙”级常规潜艇艇艏的巨大球状凸起， 是西方潜艇早期在安装了声呐基阵后外部最典型的特征， 该艇装备了柱面阵构型的187 型艇艏综合声呐，鱼雷发射管在其下部

显然，视隐蔽性为头等大事的潜艇一般不会轻易使用主动声呐，只有确认目标且需要打击时才会暂时开机定位。目前，各国在声呐领域发展的重点之一就是如何提高被动声呐的定位精度。当然，潜艇遇紧急情况时也会打开主动声呐，及时表明方位。

足够完善但不够完美

在所有潜用声呐中，最关键的是探测声呐，潜艇对战场态势的感知和执行作战任务全在于它，其体系最庞大、结构最复杂、技术最先进。

最早的探测声呐是艇艏综合声呐。可以说，声呐应用到潜艇上的第一个也是首选位置就是艇艏导流罩内。这么安排的原因在于艇艏空间相对充裕，离动力系统较远，工作环境最好，所以艇艏综合声呐承担着潜艇水下探测的重头戏，是现代潜艇的标配。

苏联海军641型F级常规潜艇的艇艏上部有明显凸起，这是因为它采用了柱状声呐基阵的缘故，但艇体的流线造型比同期西方潜艇要好得多

俄罗斯海军677型“拉达”级常规潜艇尾部特写，红框处为拖曳线阵列声呐放出口，西方潜艇则大多从艇侧靠近尾部的位置放出

随着潜艇静音水平的不断提高，潜艇需要增大声呐探测功率，来捕获目标发出的低频水声信号。增大功率就必须加大声呐阵元的声学孔径，这就会增大声呐体积。但艇首综合声呐已经发展到无法扩容，考虑到综合声呐对艇艉还有部分探测盲区，从1950年代后期，拖曳线列阵声呐首先被美国提上议事日程，并在1970年研制出BQR-15型拖曳线列阵声呐并开始列装。

顾名思义，拖曳线列阵声呐就像一条从艇艉（实际上一般是艇侧后方）伸出的“尾巴”。由于摆脱了艇体容积限制，它的基阵可以长达几十甚至成百上千米。得益于远离潜艇，受艇体噪声干扰较少，精确度更佳。更重要的是，拖曳线列阵声呐的探测深度可以调整，从而可利用良好的海洋传播条件，提高探测距离。英国皇家海军称，其装备在“机敏”级攻击型核潜艇上的拖曳线列阵声呐，探测距离最远可达1000千米。

美国海军“弗吉尼亚”级攻击型核潜艇（第一代）艇艏透视图，它率先采用了BQQ-10球面型艇艏综合声呐（红框），直径超6 米，重达100多吨。因为该声呐所占空间较大，因此将鱼雷发射管“挤”到了两侧（蓝框）

澳大利亞海军“柯林斯”级常规潜艇，蓝框部分为侦察声呐，舷侧阵声呐由两部分构成，一是三段式平面阵构型（绿框），用于警戒、测距;二是一体式共形阵构型（红框），主要用于警戒。大量的大面积舷侧阵声呐应用，反映了澳海上作战环境和拓展远海的战略目标

英国皇家海军“机敏”级攻击型核潜艇，装备了大名鼎鼎的2076型综合声呐系统，红框部分为两段平面阵构型舷侧阵列声呐，注意声呐处标示的白色虚线，主要用于警示防撞。此外，由于艇艏声呐采用柱面阵构型，因此艏部比“弗吉尼亚”级小得多

印度海军引进的法制“鲉鱼”级常规潜艇，采用了共形阵构型的TSM2253舷侧阵列声呐（红框部分）

在解决探测距离的同时，各国海军也在研究如何利用被动声呐准确定位目标，尽量规避开启主动声呐的风险，于是，舷侧阵声呐应运而生。

1960年代中期，美国研制出新型声呐阵，采取平面布局，沿艇侧布置，奠定了舷侧阵声呐的技术基础，但其仍需与主动阵结合才能精准测距。到1980年代中期，首款具备被动测距功能的舷侧阵声呐BGQ-5研制成功，1987年7月，美国海军在“奥古斯塔”号核潜艇上成功进行了海试。1995年，先后下水的美国海军“洛杉矶”级攻击型核潜艇“夏延”号、“海狼”级攻击型核潜艇“海狼”号都安装了舷侧阵声呐，标志着实用的舷侧阵声呐正式问世。

法国海军“凯旋”级弹道导弹核潜艇，红框部分为平面阵构型的舷侧阵列声呐。与英美不同，该型声呐采用了一体式布局，面积较大，探测性能好，适合在远洋深海作战，与该艇定位相符

俄罗斯海军“拉达”级常规潜艇采用了共形阵构型的艇艏综合声呐，该阵列一直延伸到两侧，既节约了空间，又有良好的探测能力

三种探测声呐各有优势。综合声呐功能全面，性能平衡，兼顾主被动功能，覆盖频段较宽，使用方便，艇艉有一定盲区。舷侧阵声呐主要覆盖中低频段，被动探测为主，探测距离较远，有的具有测距功能，使用方便，艏艉有一定盲区。拖曳阵声呐主要覆盖低频频段，被动探测为主，探测距离远，但需要保持一定航速拉直，高速下性能可能下降且影响潜艇机动，收放线阵时可能会产生额外噪声。

可以说，潜用声呐体系已经比较完善，但单类声呐还不够完美。

探测声呐的“体型”

在潜用探测声呐种类不断丰富的过程中，每一类声呐的基阵构型也在不断优化改进。目前，潜用声呐基阵构型主要有柱面阵、球面阵、平面阵、共形阵和线列阵5种。艇艏部综合声呐一般有柱面阵、球面阵、平面阵、共形阵4种选择，舷侧阵声呐采取共形阵或线列阵设计，艇艉拖曳线阵列声呐则采取线列阵。

1950年代中期，美苏开始研制采用柱面阵设计的声呐，即水声阵元排列组合成为一个中空圆柱体，从而基本实现多波束全向探测。美国海军研制了从BQR-2至BQR-7共6型综合声呐，苏联海军则研制了MGK-100、MGK-300、MGK-400系列综合声呐。相对而言，苏联对综合声呐的体积形状控制得更佳，潜艇造型自然更加流畅，而同时期的美英法制潜艇均有一个高大突兀的艇艏声呐导流罩。

球面阵由柱面阵发展而来，顾名思义，该构型声呐的声学阵元成球面排布。相对于柱面阵，球面阵重量更大、占用空间更大、功率更大，因此，只有拥有相当排水量的核动力潜艇才能为其提供足够的空间和能源，这也是美国海军潜艇核动力化进程中的技术产品。事实上，在很长一段时间内，球面阵都是美国海军的专利，“海狼”级和“弗吉尼亚”级攻击型核潜艇装备的BQQ-6、BQQ-10球面阵综合声呐，直径超过6米，重量达100多吨。俄罗斯海军直到1977年才开始这方面研究，885型“亚森”级攻击型核潜艇和955型“北风之神”弹道导弹核潜艇上装备的MGK-600球面阵声呐直径也达到了6米。

韓国海军引进的德制214型常规潜艇KSS-2型，红框部分为FAS-3舷侧阵列声呐，考虑到主要用于近海作战，因此采用了实惠简单的线列阵构型

平面阵声呐的声学阵元呈平面排列，面积大但体积小，定向波束较为集中，一般作为主动声呐构型用于精确定位目标，或者安装在舷侧作为被动声呐。

共形阵在平面阵基础上发展而来，即声学阵元沿声呐导流罩形状排布，空间利用率较柱面和球面阵更高。共形阵代表着潜用声呐构型的先进水平，多用于舷侧部位，同时也是艇艏综合声呐的发展趋势，俄罗斯海军677型“拉达”级常规动力潜艇等采用了共形阵艇艏综合声呐。

线列阵即声学阵元呈线状排布，是所有声呐构型中最简单的，安装方便、造价较低。但在阵列垂直方向上探测范围有限、精度不高，主要职责是远程预警。

一门大学问

不同声呐各有优势，不同构型各有特点，而一艘潜艇显然不可能将采用不同构型设计的各类声呐全部安装。因此，如何配置和使用声呐是一门大学问。

根据本国海军的主要作战任务和可能的作战海域情况，综合技术和经济实力，来合理确定声呐配置。以德国海军现役212A型常规动力潜艇为例，该型潜艇主要作战海域是平均深度仅55米的波罗的海，因此在舷侧阵列声呐构型设计上采用了FAS-3型线列阵，既实惠又实用。而日本海上自卫队“苍龙”级常规动力潜艇装备的大型舷侧平板阵声呐折射出日本发展远洋作战能力的野心。

除了研制阶段需要考虑声呐配置外，在实际使用过程中，还应根据敌情和战场环境，科学制定潜艇战术，以充分发挥不同声呐的优势。例如，潜艇在近海、浅海作战，应注重舷侧阵列声呐使用;在远海、深海作战，则应更加倚重拖曳线列阵声呐。

对于水下作战，绝大多数准备工作都围绕声呐展开，比如积累记录声纹、噪音等水声信息，了解作战海域的海洋水声环境等。这里面涉及到两个非常重要的概念：汇聚区和声影区。

声波在海洋中不是按直线传播，声音也并非严格按照“近处大、远处小”的几何比例衰减。通俗地讲，汇聚区就是同一声波经多个途径向同一方向集中传播的区域，声衰减远小于其它区域，在这些区域内的声呐会很容易探测到发射的声源。声影区则是多个声波经多个途径向不同方向发散传播的区域，由于存在声波相互抵消的情况，因此声衰减极大，有时距离很近也探测不到声源。如果有效利用汇聚区效应，那么将能够大幅延伸声呐探测距离，相反，没有把握好声影区效应，很可能被击沉都不知道怎么回事。

努力实现“一艇知全局”

纵观全球，除美俄两国外，英法德等老牌军事强国在潜用声呐领域也拥有较为雄厚的实力，英国研制的2076型、法国研制的TSM2233型和德国研制的CSU90型潜用声呐系统，都是大名鼎鼎、畅销全球的“抢手货”。潜艇在作战体系中的独特作用决定了各国不会停止潜用声呐研发的脚步，谁能抢先一步实现重大技术突破，谁就能在未来水下作战进而在海战中占据先机。

目前来看，潜用声呐大致有四个明确的发展方向。一是研制全艇共形阵声呐。俄海军“拉达”级潜艇已做到从艇艏到舷侧一体共形，但距离全艇共形还有较大差距。二是实现自适应智能化认知，引入人工智能技术，根据对工作环境和目标信息的深度学习，不断更新接收机和自适应调整发射机，在实践中自动优化提升探测水平。三是声呐系统集成化、模块化、标准化。这与武器系统发展趋势并无二致，本质上是为了加快研发进度、便于使用维护。四是开发水声阵元新材料，有效增大孔径的同时减小重量体积，以提升换能器工作效率。

抛开装备技术本身，潜用声呐未来发展更重要的还是深化体系作战思想，综合利用岸基水声站、空海反潜平台、固定水声探测设备等来保持多维感知，使潜用声呐不仅是一个具备探测能力的单纯信号采集设备，而是成为战场态势感知网络中的一个节点，进而逐步构建分布式网络化水下警戒探测体系，真正实现“一艇知全局”。或许，这才是潜用声呐的终极归宿。