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盾和弹之间的那点事(三十)

来源:《兵器知识》 编辑:涂林峰 时间:2019-12-03

浅谈声制导方式

声制导也被称为声寻的制导,是利用声波作为目标辐射或反射信号的一种制导方式,分为主动声制导和被动声制导两大类型。我们知道,不管采取了哪种寻的制导方式,制导武器都要靠目标辐射或反射的某种信号能量未进行跟踪和导引。声波也是一种信号能量的传输,不过声波传输的是一种机械能,而电磁波传输的是电磁能,两者在物理上属于两种不同性质的能量传播。一般情况下,声制导不会用于对空导弹,因为声波在空气中的传播速度很慢,无法对高速目标进行跟踪和制导,也很难传输制导指令。声波在空气中的传播速度只有340米/秒左右,而现代飞机的飞行速度极快,巡航速度已经达到或超过音速,一些导弹类目标的飞行速度甚至远远超过了音速。很显然,利用声波去引导对空拦截导弹时,导弹只能瞄准高速运动目标身后的一个点,这种弹道模式也被称为“后置跟踪”弹道。这样,在导弹对付超音速目标时,它将永远无法击中目标,不管从哪个方向发动攻击,最终都会被目标甩在身后。当用于拦截弹道导弹时,还由于弹道导弹一般都会出现在大气层外,而声波无法在真空中传播,此时就只有电磁波可用了。

虽然声制导在空中的应用价值较小,却可以在水下大展身手。因为海水是电的导体,使电磁波在水下传输时的衰减速率非常高,难以用作信号的傳播媒介。而声波则正好相反,其在水中的传播衰减要小得多,频率越低衰减就越小,传播距离也越远。而且作为机械波,声波在液体介质中的传播比在气体介质中更有优势,它在水中的传播速度就比在空气中更快。声波在海水中的传播效率丝毫不亚于空气中的电磁波,如在深海中爆炸一个几千克的炸弹,在几万千米外还能接收到声信号。冷战时期,美国部署的海底固定声呐监听系统可以追踪到1000海里外的苏联潜艇。正是因为声波的这一特性,使其在军事领域的应用包括了水下探测、导航、通信、制导等多个方面,尤其在水面/空中反潜作战和潜艇攻防作战领域,声波更是可以大展身手。本篇主要针对声制导领域的相关话题进行探讨,其余如水下的“神盾”——声呐系统等话题以后再重点加以分析。

美国“无暇”号水声监听船
水面舰艇的声呐探测潜艇的示意图

由于海洋环境的复杂性和特殊性,声波在传播途中受到海水介质的不均匀分布和海面、海底的影响,会产生折射、散射、反射和干涉等现象,造成传播途径的改变,导致声波在海水中的传播特性与电磁波在空中的传播特性有很大的区别。声制导最主要的应用就是水中的兵器——鱼雷。自从鱼雷问世以来,各国海军都非常重视鱼雷的发展,并根据作战需求和各自的战术思想,选择了不同的技术道路对鱼雷进行发展。事实上,现代先进鱼雷无论是研发难度还是制造成本,非但不比导弹要低,反而要更胜一筹,能够设计制造鱼雷的国家数量远少于能够设计制造导弹的国家,原因就在于海洋水声环境的复杂性以及水下声制导的特殊性。虽然由于导弹技术的不断发展,使得鱼雷对于水面舰艇的重要性有所下降,但鱼雷仍然是各国海军最重要的武器之一,并且鱼雷在潜艇上的作用与地位目前仍然无可撼动。鱼雷的攻击全程基本上都在水下,对于隐蔽性要求极高的潜艇来说,从水下发射和制导的鱼雷是其进攻和自卫的主要武器。除老式的直航鱼雷外,现代鱼雷的制导方式主要可以分为4种:主动声自导、被动声自导、有线指令制导和尾流自导。先进的鱼雷型号往往采用这4种制导方式组成复合制导系统,比如尾流自导+声自导、线导+声自导或主/被动复合声自导等等。

反潜直升机上配备的声呐浮标
声自导鱼雷头部的感应基阵

主动/被动声自导鱼雷

声自导是一种最常见的鱼雷制导方式,它是利用水声技术自动搜索、跟踪和攻击目标,可以通过主动、被动声信号未实现对目标舰艇的探测与跟踪,并且可以在鱼雷的航程范围内对目标舰艇进行反复的搜索与跟踪,目标舰艇一旦被“缠”上,就很难摆脱攻击。声自导鱼雷可以分为被动声自导鱼雷(靠被动接收目标的噪声信号进行制导)、主动声自导鱼雷(通过鱼雷自身发射的脉冲声信号被目标反射后产生的回波进行制导)和主动/被动复合声自导鱼雷(主动、被动制导方式交替使用或同时使用)。其中主动声自导方式是通过鱼雷主动发射声信号以实现对目标的探测,而鱼雷由于自身的尺寸重量限制,难以配备大型低频声自导系统,因此其声自导系统的工作频段较高,而太高的频率会导致声波在水中的传播损耗增大,进而影响到鱼雷主动声自导系统的探测距离(频率越高则在介质中的传播损耗越大,这一点无论是对空中的电磁波还是水中的声波来说都是如此)。因此主动声自导鱼雷对目标的探测距离较近,比被动声自导鱼雷更近,其作用距离一般在几千米以内,而且还要受到外部水声环境因素的干扰与影响,导致作用距离进一步缩水。而被动声自导鱼雷则是利用了大部分舰艇(包括水面舰艇和水下潜艇)在航行时都会产生的噪声,而且航行速度越快,则噪声也就越大,而航行速度与机动性是大多数舰艇都追求的一个重要指标,因此其产生的噪声是很难完全避免的,除非是发动机停止工作并且抛锚不动的舰艇。尤其对水面舰艇来说,其航行噪声要远大于水下的潜艇,而且水面舰艇通常更重视水面以上的隐身技术(如雷达隐身和光学隐身),但对水下的声学隐身可以采取的控制措施却非常有限。对于潜艇类目标来说,其自身发出的噪声包括螺旋桨转动噪声、艇体与水流摩擦产生的噪声,以及潜艇发动机机械振动引起的噪声等多种类型的辐射噪声,因此需要同时采取多种噪声控制措施,多管齐下以提高潜艇整体的“声隐身”能力。

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