探潜技术发展新方向的研究

王堂屹

（海军大连舰艇学院，辽宁大连 116001）

0.引言

由于水下环境的复杂性，对潜作战长久以来都是世界上各个国家的难题。自第一次世界大战以来声纳被用于听测潜艇，探潜、搜潜、反潜装备与潜艇降噪静音技术在对抗中迅速发展。目前美国核潜艇（如“弗吉尼亚”级、“哥伦比亚”级）的自噪声甚至能做到仅有几十分贝，这个强度的自噪声仅仅略高于环境噪声，甚至有可能低于环境噪声。而过去的探潜方法主要是声学探测，在以后人类活动会使海洋环境噪声不断增大、潜艇声隐身技术越来越成熟的趋势下，潜艇变得越来越难以探测。所以为了提高对潜作战实力，发展新型探潜手段十分重要，甚至能颠覆当前水下作战体系。近年来，美国、俄罗斯等军事强国正在加速发展新型探潜装备，在某些方向已经取得了突破性进展。我国对潜相关技术起步较晚，力量不足，面对长达18000m的海岸线，时刻存在着来自水下的威胁，目前探潜技术虽然已经处于一个高速发展的时期，但是我国水下国门大开的现状还是存在的，如果我国能够率先在探潜领域取得突破性的进展，我海军的反潜作战水平将大幅提升。

1.新型对潜技术发展

1.1 声学探测－－双/多基地声纳

双/多基地声纳不采用传统声纳的收发合置结构，而是选择收发分置结构，这样可以以舰壳声纳、拖曳线列阵声纳、岸基声纳、直升机吊放声纳、声纳浮标等多种声纳为载体。双/多基地声纳不会暴露平台位置，灵活性好、隐蔽性高并具有足够的探测距离。美国国防高级研究计划局2016年发布了“舷外移动指控”项目公告，计划投入1200万美元研发双基地声纳，该项目将无人潜航器作为声纳发射端，潜艇作为接收端，在打通数据链后可实现远距离的无人潜航器-潜艇联合探测。2020年，DARPA签署合同，计划在投入数千个声纳浮标作为基地节点，形成一个庞大的海洋监听系统。

1.2 非声探测

1.2.1 磁探测

潜艇是一种结构复杂的、由强磁性材料建造而成的水下舰艇，并且随着武器的不断发展，装备在潜艇上的强磁性武器越来越多。而地球实际上是一个磁场，能够磁化其上的所有物体。潜艇在地球的磁场中运动，受到地球磁化的影响，周围产生了一定强度的舰艇磁场。舰艇磁场和地球磁场在空间中共存，潜艇在运动时，周围空间的磁场发生变化，产生磁异现象，强磁性武器越多，舰艇磁场强度就越强，就越可以通过磁测量传感器探测磁场中的磁异现象搜索潜艇。

其中在反潜中主要使用的磁传感器是低强度磁场传感器，由这种传感器英、美等强国设计装备了磁探仪系统用于反潜作战。航空磁探仪（MAD）是目前主要的非声探测设备，目前美国研发的 AN/ASQ 系列磁探仪（如AN/ASQ-81、AN/ASQ-208先进数字化磁探仪、AN/ASQ-508先进磁探仪等）装备广泛应用于英、日、印、等多个国家的反潜机。目前，美国正研究将德拜效应用于新型磁探仪进行反潜作战，这将使目前各个国家潜艇普遍采取的低磁材料、临时线圈等方法失去用武之地。以后还可能运用超导领域以及量子领域的科技，实现对低强度磁信号的探测。这种新型技术一但实现，当前探潜技术产生重大突破。

1.2.2 生物探测

海洋中存在一种分布极广并且在正常生理条件下能发射450nm～490nm波长（近紫外波段）可见光的发光细菌。一方面，发光细菌发光强度受到潜艇在水下航行会引起周围空间电磁场的变化影响，能够产生一条明显的荧光路线。另一方面，潜艇航行中螺旋桨的转动在艇后产生空化等现象，也会使发光细菌产生一条可被探测到的荧光尾流，而且这种荧光尾流可以持续15min左右才会衰减消失。生物探测就是利用光学设备探测这种荧光尾流从而完成探潜任务。反潜机利用紫外线光束照射海水，海水中发光细菌发散的可见光被接收器接收，就可以探测到潜艇的位置或航线。

1.2.3 激光探测

激光探测已在猎扫雷等领域表现优异。光在海水中衰减很大，但其实光受到海水温度和密度的影响很小，且处于0.47μm～0.58μm波段内的蓝绿光在海水中的衰减远小于其他波段。所以反潜机通过携带蓝绿激光发射器和接收器，发射功率大、脉冲窄的蓝绿激光就可以实现对潜探测。其工作原理就是装在反潜机上的激光发射器向海面发射激光，一部分激光被反射，接收机先接收到由海面反射回来的激光，再接收到海底或水下物体反射回来的激光，通过技术处理就可以得到水深或水下物体的深度。如果此时潜艇在水下航行潜艇，反潜机就可以发现潜艇并获得潜艇的潜深。较早将激光探测技术应用到实际中的是美国的“魔灯”和俄罗斯的“紫水晶”系统。

此外，激光雷达探潜技术也是目前各国炙手可热的研究热点。激光雷达采用和传统雷达工作原理相似，它能够分离海面反射杂波对水下物体反射回波的干扰，探测精度很高。瑞典已经成功实现了利用空中平台进行了激光雷达探潜；美国国防部下属的“先进防御研究项目机构”曾开发并测试了用于水下探测的激光雷达系统，结果这种系统最大探测深度能达到200m；澳大利亚也启动了关于激光雷达探潜的项目，使用波长为532nm的蓝绿激光进行水下目标探测。

1.2.4 尾流探测

潜艇尾流分为气泡尾流、水动力尾流和热尾流。

（1）气泡尾流。传统潜艇在水下航行依靠螺旋桨推进时，螺旋桨转动对海水的搅拌致使潜艇尾部产生许多气泡，出现空化现象，这就是气泡尾流。声探测手段可以进行气泡尾流的探测。尤其是潜深较浅的潜艇高速运动时可供探测利用的气泡尾流尺度很大，有利于探测。

（2）水动力尾流。水动力尾流主要包括伯努利“水丘”（由潜艇水下运动产生的近场表面波产生的潜艇上方水面的突起）、开尔文尾流（由潜艇水下运动对远场水面产生的影响产生的潜艇航行方向的后方呈现V字形尾流，由横波和散波组成）、湍流尾流、内波尾流等。水动力尾流可通过反潜机雷达、卫星雷达等手段探测。但伯努利“水丘”和开尔文尾流随着潜艇深度的增加和航速的减小而迅速减小，所以并不适合作为探测的对象。而潜艇在水中的尾流和运动产生的扰动对海洋的原有分层结构影响产生的内波尾流是一种良好的探测对象。内波是能够使海水呈周期性振荡的运动，使能量以波的形式向深层传播，能够调制水中波的图像，并使声速发生变化、影响海面入射波的性质。当使用合成孔径雷达探测时，得出的图像产生显著变化。当潜艇经过密跃层内某点时，在几十分钟的时间内，依旧存在潜艇运动所引起的内波，水面上的内波尾流可达几公里。所以，反潜机可以运用合成孔径雷达对海面进行扫描，如果图像出现显著变化，初步判断发现了内波尾流，在确认后即可实时监测潜艇的运动态势。目前，美国、俄罗斯等国家已具备此能力。

（3）热尾流。热尾流是指处于水下航行状态的潜艇在上浮过程中扩散到海水中的带有很大热量的排水所形成的尾流，这种热尾流自然消散需要很长时间，当潜艇深度较浅或处于水面时，热尾流会迅速扩散至水面并形成长达几百米的“热水带”，反潜机携带红外探测设备或蓝绿激光雷达即可对热尾流进行探测，从而达到探潜的目的。

1.2.5 电场探测潜艇和潜艇上的装备由不同种类的金属材料制成，而不同种类的金属因其金属元素的活泼程度不同，浸泡海水中产生了不同的电极电位，形成了原电池，这会对潜艇产生强烈的腐蚀。目前绝大多数潜艇都采用了阴极保护法避免腐蚀，无法避免的形成舰艇电场，包括稳恒电场、轴频电场等。电场探测就是利用航行中潜艇的轴频电场无法避免特性和传播距离远特性实现的。

2.对潜装备技术新方向

2.1 辐射探测

核潜艇在航行时，依靠核潜艇反应堆工作产生动力，在其周围会产生一定强度的核辐射和放射性物质，这些产物与海水中各种元素反应。相互作用产生的高速带电粒子的传播速度大于光在水中传播的速度时，产生可见蓝色光，而且还会使海水发生活化反应，产生感生放射性物质。辐射探测就是利用光学探测设备来探测这种可见蓝色光或利用核辐射探测设备来探测海水中核辐射和放射性产物的辐射强度探测核潜艇。

2.2 红外探测

常规动力潜艇大多采用柴油发电机发电，而在水下航行时需要蓄电池提供动力驱动螺旋桨转动。当蓄电池电量低于一定值后，潜艇需要上浮进行充电。充电时发电机会排放高温废气和加热的金属管道表面，形成明显的的红外信号。反潜机红外吊舱上的探测设备可以探测到处于通气管状态或水面状态的常规潜艇暴露的红外信号实现探潜。

2.3 无人机探测

无人技术是当前的热门技术，无人机的快速发展也带动了相关探潜装备的发展。无人机探测将传统航空搜潜的装备与无人机装备技术相结合，利用无人机携带适配战斗载荷进行探测。新型的反潜无人机主要分为单旋翼无人机、多旋翼无人机和固定翼无人机。与有人空中反潜平台不同的是，无人机凭借其造价较低、操作简便、体积较小但平台携带载荷能力不足、续航能力差的特点形成了无人机集群作战的作战样式。无人机集群探潜主要分为异构无人机集群探潜和“有人-无人”系统合同探潜两个研究方向。异构无人机集群探潜是将不同结构、搭载不同任务载荷的无人机组成任务编队执行任务，“有人-无人”系统合同探潜是借由无人机集群进行探测，载人航空器进行信息汇总后执行进攻。

美国早在2000年就开始相关研究，包括“小精灵”“山鹑”低成本无人机蜂群作战、进攻性蜂群使能战术、拒止环境中协同作战等项目，其中拒止环境中协同作战（CODE）项目已经于2019年试验完毕，成功完成；“小精灵”项目在2020年10月28日的飞行测试中，成功验证了无人机编队的飞行位置与安全特性，但9次对接回收系统均以失败告终。我国的无人机集群相关研究起步较国外相比相差不远，目前许多大专院校和科研院所都参与其中，出现了一些优秀的研究成果。

2.4 航空重力梯度探测

重力梯度属于重力场的重要特征，其反映了重力的变化程度。重力梯度具有很高的分辨率，并且处于同一空间的目标具有多个方向的重力梯度分量可以进行分析利用。航空重力梯度测量属于被动探测，除了具有很强的隐蔽性和抗干扰能力之外，还具有灵活性好、精度高、效率高、可以和磁探测等手段联合使用以提高发现目标的概率的特点。美国凭借其拥有的高精度重力梯度仪已经开始了相关研究，但成果并不显著，而国内航空重力梯度探测困于仪器，目前还停留在理论阶段。

3.结语

除了本文介绍的一些探潜技术，还有许多探潜技术也在发展中，例如废气探测技术等，这些技术也值得我们去探索。并且将诸多探潜技术、攻潜手段进行协作运用、数据融合以提高对潜作战效率、打通作战信息链也是相关领域的重中之重。反潜作战被称作海战三大难题之一，反潜问题也一直是世界上各个国家力求突破的难题，如今潜艇降噪技术不断发展，探潜新技术上的突破可能引起革命性的变化。