不可或缺的“鼓包”

郝朝霞 楊王詩劍

上一期雜志的封面展示了瑞典皇家海軍A19型“哥特蘭”級常規動力潛艇的照片，許多讀者朋友來信表達了同一個疑問：理論上，為了降低在水中行進的阻力，潛艇表面應該越光滑越好，可現實中，包括“哥特蘭”級在內的所有潛艇外殼上都有各種“鼓包”，這些凸起到底是什么？有什么辦法能夠消除？讀完本文，上述疑惑或許將迎刃而解。

潛艇身上的“鼓包”是怎么來的

現代潛艇外殼上零散分布的“鼓包”，大多是因為艇內空間不足同時又為了容納某些核心武器或電子系統造成的。目前，這些“鼓包”主要是聲吶系統。問題來了：為什么不把聲吶做的小一點，使其融合在艇身內？答案很簡單：不是不想而是不能。

瑞典海軍“哥特蘭”級常規動力潛艇

眾所周知，潛艇的內部空間十分有限，即便是世界上最大的潛艇——水下排水量近5 萬噸的俄羅斯海軍941 型“臺風”級潛艇，指揮艙里也“無法再容納一張新的寫字桌”。然而，隨著人類對海洋的深度開發，水下噪聲愈趨復雜多變，同時，潛艇的靜音性卻在不斷發展，這就要求潛用聲吶系統要有更強的探測能力。滿足這種作戰需求的可行途徑一般是改進聲吶構型、優化聲吶布局、增大聲吶基陣，于是只能額外“制造空間”來安裝，這既是因為技術所限，也源于潛用聲吶的獨特性。

一個世紀的發展成果

在水下，光波和電磁波的傳播變得極為困難，相反，聲波卻有比空氣中近5倍的傳播速度。于是，利用聲信號進行水下通信導航便成為各國的共識，這也是聲吶的基本用途。

具體到潛用聲吶，來自第一次世界大戰中深受德國海軍U 型潛艇“破交行動”之苦的英國，當時稱之為水下聽音器（以下簡稱“水聽器”），操作人員通過調節設備方向，并利用醫用聽診器監聽潛艇周圍的水聲環境，從而判斷敵情。

到了二戰期間，納粹德國將潛用聲吶技術發揚光大。根據1945年美國繳獲的納粹德國聲學手冊，早在20世紀20年代，也就是一戰結束后不久，德國人已開始了潛用聲吶基陣的研究。1941年，英國皇家海軍俘獲了納粹德國海軍U570潛艇，該艇裝備了由48個水聽陣元組成“德國監聽基陣”。簡單來說，就是將多個水聽器排列組合，以實現對更廣闊海情進行更準確的監聽，初步具備了現代潛用聲吶的技術雛形。

二戰期間建造的美國海軍“鱸魚”號潛艇聲吶作戰室。早期的聲吶操作主要依靠手動調節水聽器方向和人工監聽識別

美國海軍“弗吉尼亞”級攻擊型核潛艇聲吶控制站?，F代潛用聲吶已基本實現自動化控制、圖形化展示，準確性、可用性、時效性比早期聲吶有了質的提高

戰后，潛用聲吶技術在冷戰期間激烈的水下對抗中得到長足進步。經過一個世紀的發展，如今的潛用聲吶已經由當初的功能單一、單機單控的電子設備，發展成為高效多能、集中控制的綜合系統，包括大型聲吶基陣、發射機、接收系統、信號調節器、信號處理系統等，能夠實施噪聲警戒、搜索、偵察，探測、跟蹤、識別、定位目標，武器制導等，聲吶性能已是衡量一型潛艇技術水平的核心指標。

潛艇最重要的依靠

事實上，潛艇技術發展的中心思想就是圍繞改進聲學性能，通過持續降低噪音輸出、提高噪音輸入，來強化水下作戰能力。因此，潛艇在水下的一切行動都要依靠聲吶。毫不夸張地說，潛艇可以沒有魚雷、潛射導彈等武器，但不能沒有聲吶。

日本“蒼龍”號常規潛艇在上浮時與一艘商船相撞，導致右側圍殼和圍殼舵受損，事后分析稱是因為操作避碰聲吶（紅框處）失誤導致

一艘現代潛艇裝備的聲吶少則近10部，多的有近20部。盡管同屬一類裝備，但用途卻截然不同，探測聲吶、導航聲吶、通信聲吶和偵察聲吶占主要地位。

探測聲吶主要有3種類型，分別是艇艏導流罩內安裝的綜合聲吶，舷側艇殼上安裝的舷側陣聲吶，艇艉伸出的拖曳陣聲吶，用于搜索、判斷、定位目標。導航聲吶由安裝在指揮臺圍殼前端的探雷、避碰聲吶和潛艇底部的海底回聲探測儀組成，用于引導潛艇在水下安全行進。通信聲吶一般安裝在指揮臺頂部，用于潛艇之間、潛艇與水面艦艇之間的通聯。偵察聲吶一般位于前甲板靠近艇艏處，主要擔負截獲水下聲吶信號的任務。

此外，潛艇周身還會安裝噪聲監測裝置，也可理解為一種獨特的聲吶，主要用于監測自身噪聲水平，以便指揮員判斷情況、作出決策。

從工作模式上區分，上述聲吶有主動和被動兩種。主動模式是依靠自身發出的聲信號探測周圍環境，被動模式則是通過監聽周圍的聲信號分析判斷環境。如果將主動模式比作在漆黑的環境中打開手電筒搜尋目標，那么被動模式就是睜大眼睛時刻緊盯哪里有手電的光亮。

英制“奧伯龍”級常規潛艇艇艏的巨大球狀凸起， 是西方潛艇早期在安裝了聲吶基陣后外部最典型的特征， 該艇裝備了柱面陣構型的187 型艇艏綜合聲吶，魚雷發射管在其下部

顯然，視隱蔽性為頭等大事的潛艇一般不會輕易使用主動聲吶，只有確認目標且需要打擊時才會暫時開機定位。目前，各國在聲吶領域發展的重點之一就是如何提高被動聲吶的定位精度。當然，潛艇遇緊急情況時也會打開主動聲吶，及時表明方位。

足夠完善但不夠完美

在所有潛用聲吶中，最關鍵的是探測聲吶，潛艇對戰場態勢的感知和執行作戰任務全在于它，其體系最龐大、結構最復雜、技術最先進。

最早的探測聲吶是艇艏綜合聲吶?？梢哉f，聲吶應用到潛艇上的第一個也是首選位置就是艇艏導流罩內。這么安排的原因在于艇艏空間相對充裕，離動力系統較遠，工作環境最好，所以艇艏綜合聲吶承擔著潛艇水下探測的重頭戲，是現代潛艇的標配。

蘇聯海軍641型F級常規潛艇的艇艏上部有明顯凸起，這是因為它采用了柱狀聲吶基陣的緣故，但艇體的流線造型比同期西方潛艇要好得多

俄羅斯海軍677型“拉達”級常規潛艇尾部特寫，紅框處為拖曳線陣列聲吶放出口，西方潛艇則大多從艇側靠近尾部的位置放出

隨著潛艇靜音水平的不斷提高，潛艇需要增大聲吶探測功率，來捕獲目標發出的低頻水聲信號。增大功率就必須加大聲吶陣元的聲學孔徑，這就會增大聲吶體積。但艇首綜合聲吶已經發展到無法擴容，考慮到綜合聲吶對艇艉還有部分探測盲區，從1950年代后期，拖曳線列陣聲吶首先被美國提上議事日程，并在1970年研制出BQR-15型拖曳線列陣聲吶并開始列裝。

顧名思義，拖曳線列陣聲吶就像一條從艇艉（實際上一般是艇側后方）伸出的“尾巴”。由于擺脫了艇體容積限制，它的基陣可以長達幾十甚至成百上千米。得益于遠離潛艇，受艇體噪聲干擾較少，精確度更佳。更重要的是，拖曳線列陣聲吶的探測深度可以調整，從而可利用良好的海洋傳播條件，提高探測距離。英國皇家海軍稱，其裝備在“機敏”級攻擊型核潛艇上的拖曳線列陣聲吶，探測距離最遠可達1000千米。

美國海軍“弗吉尼亞”級攻擊型核潛艇（第一代）艇艏透視圖，它率先采用了BQQ-10球面型艇艏綜合聲吶（紅框），直徑超6 米，重達100多噸。因為該聲吶所占空間較大，因此將魚雷發射管“擠”到了兩側（藍框）

澳大利亞海軍“柯林斯”級常規潛艇，藍框部分為偵察聲吶，舷側陣聲吶由兩部分構成，一是三段式平面陣構型（綠框），用于警戒、測距;二是一體式共形陣構型（紅框），主要用于警戒。大量的大面積舷側陣聲吶應用，反映了澳海上作戰環境和拓展遠海的戰略目標

英國皇家海軍“機敏”級攻擊型核潛艇，裝備了大名鼎鼎的2076型綜合聲吶系統，紅框部分為兩段平面陣構型舷側陣列聲吶，注意聲吶處標示的白色虛線，主要用于警示防撞。此外，由于艇艏聲吶采用柱面陣構型，因此艏部比“弗吉尼亞”級小得多

印度海軍引進的法制“鲉魚”級常規潛艇，采用了共形陣構型的TSM2253舷側陣列聲吶（紅框部分）

在解決探測距離的同時，各國海軍也在研究如何利用被動聲吶準確定位目標，盡量規避開啟主動聲吶的風險，于是，舷側陣聲吶應運而生。

1960年代中期，美國研制出新型聲吶陣，采取平面布局，沿艇側布置，奠定了舷側陣聲吶的技術基礎，但其仍需與主動陣結合才能精準測距。到1980年代中期，首款具備被動測距功能的舷側陣聲吶BGQ-5研制成功，1987年7月，美國海軍在“奧古斯塔”號核潛艇上成功進行了海試。1995年，先后下水的美國海軍“洛杉磯”級攻擊型核潛艇“夏延”號、“海狼”級攻擊型核潛艇“海狼”號都安裝了舷側陣聲吶，標志著實用的舷側陣聲吶正式問世。

法國海軍“凱旋”級彈道導彈核潛艇，紅框部分為平面陣構型的舷側陣列聲吶。與英美不同，該型聲吶采用了一體式布局，面積較大，探測性能好，適合在遠洋深海作戰，與該艇定位相符

俄羅斯海軍“拉達”級常規潛艇采用了共形陣構型的艇艏綜合聲吶，該陣列一直延伸到兩側，既節約了空間，又有良好的探測能力

三種探測聲吶各有優勢。綜合聲吶功能全面，性能平衡，兼顧主被動功能，覆蓋頻段較寬，使用方便，艇艉有一定盲區。舷側陣聲吶主要覆蓋中低頻段，被動探測為主，探測距離較遠，有的具有測距功能，使用方便，艏艉有一定盲區。拖曳陣聲吶主要覆蓋低頻頻段，被動探測為主，探測距離遠，但需要保持一定航速拉直，高速下性能可能下降且影響潛艇機動，收放線陣時可能會產生額外噪聲。

可以說，潛用聲吶體系已經比較完善，但單類聲吶還不夠完美。

探測聲吶的“體型”

在潛用探測聲吶種類不斷豐富的過程中，每一類聲吶的基陣構型也在不斷優化改進。目前，潛用聲吶基陣構型主要有柱面陣、球面陣、平面陣、共形陣和線列陣5種。艇艏部綜合聲吶一般有柱面陣、球面陣、平面陣、共形陣4種選擇，舷側陣聲吶采取共形陣或線列陣設計，艇艉拖曳線陣列聲吶則采取線列陣。

1950年代中期，美蘇開始研制采用柱面陣設計的聲吶，即水聲陣元排列組合成為一個中空圓柱體，從而基本實現多波束全向探測。美國海軍研制了從BQR-2至BQR-7共6型綜合聲吶，蘇聯海軍則研制了MGK-100、MGK-300、MGK-400系列綜合聲吶。相對而言，蘇聯對綜合聲吶的體積形狀控制得更佳，潛艇造型自然更加流暢，而同時期的美英法制潛艇均有一個高大突兀的艇艏聲吶導流罩。

球面陣由柱面陣發展而來，顧名思義，該構型聲吶的聲學陣元成球面排布。相對于柱面陣，球面陣重量更大、占用空間更大、功率更大，因此，只有擁有相當排水量的核動力潛艇才能為其提供足夠的空間和能源，這也是美國海軍潛艇核動力化進程中的技術產品。事實上，在很長一段時間內，球面陣都是美國海軍的專利，“海狼”級和“弗吉尼亞”級攻擊型核潛艇裝備的BQQ-6、BQQ-10球面陣綜合聲吶，直徑超過6米，重量達100多噸。俄羅斯海軍直到1977年才開始這方面研究，885型“亞森”級攻擊型核潛艇和955型“北風之神”彈道導彈核潛艇上裝備的MGK-600球面陣聲吶直徑也達到了6米。

韓國海軍引進的德制214型常規潛艇KSS-2型，紅框部分為FAS-3舷側陣列聲吶，考慮到主要用于近海作戰，因此采用了實惠簡單的線列陣構型

平面陣聲吶的聲學陣元呈平面排列，面積大但體積小，定向波束較為集中，一般作為主動聲吶構型用于精確定位目標，或者安裝在舷側作為被動聲吶。

共形陣在平面陣基礎上發展而來，即聲學陣元沿聲吶導流罩形狀排布，空間利用率較柱面和球面陣更高。共形陣代表著潛用聲吶構型的先進水平，多用于舷側部位，同時也是艇艏綜合聲吶的發展趨勢，俄羅斯海軍677型“拉達”級常規動力潛艇等采用了共形陣艇艏綜合聲吶。

線列陣即聲學陣元呈線狀排布，是所有聲吶構型中最簡單的，安裝方便、造價較低。但在陣列垂直方向上探測范圍有限、精度不高，主要職責是遠程預警。

一門大學問

不同聲吶各有優勢，不同構型各有特點，而一艘潛艇顯然不可能將采用不同構型設計的各類聲吶全部安裝。因此，如何配置和使用聲吶是一門大學問。

根據本國海軍的主要作戰任務和可能的作戰海域情況，綜合技術和經濟實力，來合理確定聲吶配置。以德國海軍現役212A型常規動力潛艇為例，該型潛艇主要作戰海域是平均深度僅55米的波羅的海，因此在舷側陣列聲吶構型設計上采用了FAS-3型線列陣，既實惠又實用。而日本海上自衛隊“蒼龍”級常規動力潛艇裝備的大型舷側平板陣聲吶折射出日本發展遠洋作戰能力的野心。

除了研制階段需要考慮聲吶配置外，在實際使用過程中，還應根據敵情和戰場環境，科學制定潛艇戰術，以充分發揮不同聲吶的優勢。例如，潛艇在近海、淺海作戰，應注重舷側陣列聲吶使用;在遠海、深海作戰，則應更加倚重拖曳線列陣聲吶。

對于水下作戰，絕大多數準備工作都圍繞聲吶展開，比如積累記錄聲紋、噪音等水聲信息，了解作戰海域的海洋水聲環境等。這里面涉及到兩個非常重要的概念：匯聚區和聲影區。

聲波在海洋中不是按直線傳播，聲音也并非嚴格按照“近處大、遠處小”的幾何比例衰減。通俗地講，匯聚區就是同一聲波經多個途徑向同一方向集中傳播的區域，聲衰減遠小于其它區域，在這些區域內的聲吶會很容易探測到發射的聲源。聲影區則是多個聲波經多個途徑向不同方向發散傳播的區域，由于存在聲波相互抵消的情況，因此聲衰減極大，有時距離很近也探測不到聲源。如果有效利用匯聚區效應，那么將能夠大幅延伸聲吶探測距離，相反，沒有把握好聲影區效應，很可能被擊沉都不知道怎么回事。

努力實現“一艇知全局”

縱觀全球，除美俄兩國外，英法德等老牌軍事強國在潛用聲吶領域也擁有較為雄厚的實力，英國研制的2076型、法國研制的TSM2233型和德國研制的CSU90型潛用聲吶系統，都是大名鼎鼎、暢銷全球的“搶手貨”。潛艇在作戰體系中的獨特作用決定了各國不會停止潛用聲吶研發的腳步，誰能搶先一步實現重大技術突破，誰就能在未來水下作戰進而在海戰中占據先機。

目前來看，潛用聲吶大致有四個明確的發展方向。一是研制全艇共形陣聲吶。俄海軍“拉達”級潛艇已做到從艇艏到舷側一體共形，但距離全艇共形還有較大差距。二是實現自適應智能化認知，引入人工智能技術，根據對工作環境和目標信息的深度學習，不斷更新接收機和自適應調整發射機，在實踐中自動優化提升探測水平。三是聲吶系統集成化、模塊化、標準化。這與武器系統發展趨勢并無二致，本質上是為了加快研發進度、便于使用維護。四是開發水聲陣元新材料，有效增大孔徑的同時減小重量體積，以提升換能器工作效率。

拋開裝備技術本身，潛用聲吶未來發展更重要的還是深化體系作戰思想，綜合利用岸基水聲站、空海反潛平臺、固定水聲探測設備等來保持多維感知，使潛用聲吶不僅是一個具備探測能力的單純信號采集設備，而是成為戰場態勢感知網絡中的一個節點，進而逐步構建分布式網絡化水下警戒探測體系，真正實現“一艇知全局”?；蛟S，這才是潛用聲吶的終極歸宿。