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金沙国际唯一官网:水下Great沃尔,中国在黄海建

文章作者:军事资讯 上传时间:2019-05-02

  出品:科普中国

  6月上旬,在北京展览馆举行的国家“十二五”科技创新成就展上,中船工业集团展出了一套名为“海底观测网”的系统。这对于外行来说也许并不起眼,却让在场的专业人士眼前一亮。因为,这是中国官方首次公开外媒炒作多时的“中国版SOSUS”——海底反潜水声监测系统。

金沙国际唯一官网 1 资料图:中国海军潜艇编队

  韩国"天安"号事件的发生,再次引发了各国海军对潜艇等水下目标探测能力的关注。据外电报道,美国海军为了加强反潜能力,准备在未来声纳上运用一种新技术,那就是连续主动声纳技术(CAS)。美国埃莱恩科公司正在开发的这种探测系统,可以不间断地发射信号,声纳操作员也能同步听到潜艇的声音,从而使水面舰艇能够更快地探测到敌舰艇。这种新型装备会对未来反潜作战将会产生什么样的影响?新华军事专访了海军某研究所曹卫东研究员。

  据《中国科学报》近日报道,不久前在海南省陵水县,建成了国家级海洋声学研究基地——中国科学院声学研究所南海声学与海洋综合观测实验站。这是中国首个建设的南海海底观测网试验系统,该项目明确为军民两用项目,将主要用于对南海海底的监控和探测,尤其是对中国南海地区威胁较大的主要国家的潜艇进行监视。这是中国第一次公开报道建设海底声呐阵,将对未来的南海局势带来很大的变化。

  作者:瑷敏工作室

  英国《简氏防务周刊》网站在5月17日的报道中将其称为“水下长城”,认为其能大大削弱美国和俄罗斯核潜艇所垄断的水下作战优势。美国“国家利益”网站则认为,中国构筑水下观测系统的雄心,将适用于触及中国国家利益的所有海洋,包括“近海、深远海、边远海岛、战略通道”等。

  日本《外交学者》杂志网站6日报道称,中国正在加紧打造自己海洋水声监听系统,以满足未来在太平洋地区遂行反介入区域拒止的作战需求。文章称,通过建立海洋水声监听系统,不仅能够显著提升中国军队的反潜作战能力,使他国潜艇在这一海域的活动受到极大限制,而且海洋水声监听系统所收集到的情报信息还有助于提升中国潜艇,特别是导弹核潜艇的作战效能。

  曹卫东: 我也看到了该报道。声纳是英文"Sound navigation and ranging"的缩写译音,汉语意即"声音导航与测距"。后来,变成水下声波导航与定位设备的简称。目前,几乎所有水下声学仪器和设备都称为声纳。

  构建中国的水下反潜网

  策划:白璐

  钱报智库、海军军事学术研究院的曹卫东研究员接受本报连线时表示,这套海底观测系统体现了军民融合发展的精神,适合在南海和渤海湾大面积布设,我国将能有效掌控周边国家潜艇在这两个区域的活动,大大提高了中国海军舰艇和民船的行动自由度,甚至成为中国的反潜“主场”。

  美专家关注中国海底监听系统建设

  由于人们发现了声音在水中可以传播,而且速度为每秒1435米。于是研究制造了声纳这种在水中发射声波去控测目标的设备。当潜水艇问世后,声纳就成了主要的探测设备。海军常见的反潜声纳有舰壳声纳、拖曳声纳、吊放声纳三种,其结构原理相近,只是携带者不同。舰艇上常使用舰壳声纳、拖曳声纳,而反潜飞机上常用拖曳声纳,直升飞机上常用拖曳声纳、吊放声纳。

  自1996年开始,中国将海洋领域纳入863计划,积极推动海洋监测高技术的发展。其中,水声监测技术取得了巨大进展,先后建成了东海站、北海站和南海站三个研究平台,技术力量十分雄厚。2005年,中国在青岛附近海域布建完成了“水下光纤综合探测系统”项目实验。但由于青岛所处的黄海海水浅、地质较为平坦而无法发挥其最佳效用。专家最终确认陵水县黎安镇是中国距离大陆斜坡海域最近的海岸,该基地附近海域海深过渡合理、底质类型多样、海洋水文环境丰富,是得天独厚的天然海洋及水声实验场。

  监制:光明网科普事业部

  海底固定水声监听阵列是捕捉神秘水下潜艇的“神器”

  该网站援引上月发表在美国海军学院学报上的一篇文章的部分内容称,该文章的两名美国作者通过翻阅和查证许多中国国内学术期刊后认为,中国已经在近海海域部署了能用于大洋监听的大型固定式水声监听阵列系统。

  潜艇航行有两种状态,一是在水面,二是在水面以下。当潜艇在水面航行时,探测它与探测水面舰艇是一致的,可使用雷达、望远镜等。但潜艇在水下航行时,探测起来比水面要复杂得多,常用的探测设备有声纳、噪音仪、声纳浮标、磁异探测仪、红外探测仪等。在目前各国所使用的声纳中,以被动式声纳为主,就是依靠接收潜艇发出的声音来探测潜艇。而采用连续主动技术的声纳确实是很大的创新。现在出现的这种连续主动声纳技术(CAS)使用的能量更低,更加的"环保",因为这种低能量声纳对水下鲸鱼、海豚等生物的伤害较小。相对于现有的中频主动声纳,CAS声纳更容易从海洋背景噪声中分辨出潜艇等"非自然"物体的动作。

  2009年4月,“中国科学院声学研究所南海声学与海洋综合观测实验站”正式挂牌成立。不久后,开始布放“863”重点项目“岸基光纤线列阵水声综合探测系统”。直到2010年1月4日,系统成功布放完毕。整个系统建成后,将组成由岸基光纤线列阵水声综合探测系统、陆地地面卫星接收站,以及空天探测卫星编织成的一张循天、遁地、潜海的网,形成大纵深方式涵盖整个被探测区域的各个角度新格局。

  在今年5月初举办的中国国际国防电子展上,我国研究人员公开展示了光纤水听器岸基阵列的实物图片。光纤水听器是一种建立在光纤传感和光电子技术基础上的水下声信号探测器。主要利用相关检测技术,把水声信号转换成光信号,进而对汪洋大海中的各种声响进行高灵敏度侦听。随着光纤水听器工程应用的日渐成熟,这双洞察汪洋的“智慧之眼”,堪称水下反潜侦听的“钢铁长城”。

  “在海水里,雷达、红外、光学等陆地上的探测手段统统失效,而空气中传不远的声音,在水中传播却特别快、特别远。因此,声呐几乎是探测潜航状态潜艇的唯一有效手段。”

  文章最后称,随着中国军队水下监听和作战能力的不断增强,打造出新的水下反介入区域拒止作战网络,美国将不得不慎重考虑中国军队在这方面的最新建设成就。

  新华军事:美国人称,"在反潜战中,这是一项改变游戏规则的技术,是一次飞跃,令我们能够有效地定位和跟踪对手。"是否说明美国又开始关注反潜战了?

  这个系统的要点就是“岸基光纤线列阵水声综合探测系统”,也就是“水下声音侦查评估分析系统”。美国军事专家认为,中国的这种系统就如同美国在中国海军进出第一、二岛链的航道上布设的“水声声呐阵”一样,是一种专门用来对付敌对国家静音潜艇的侦察系统。这种系统是由分布在关键海域的多个固定水声感应器阵组成水下侦查网络,它们分别将自己侦测到的声音数据通过海底光纤传输到基地的中央电脑处理器上,有专门的经验丰富的声呐分析人员进行认真地分析比对,从而精确确定水下目标的方位、型别、国别和各类动态参数,随后就可以通知己方的反潜力量执行准确的跟踪或者攻击任务。

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  曹卫东解释说,“如果把数以千计的水听器(即被动声呐)安装在海底声音传播最佳的位置,然后用电缆把他们串联起来,任何水下的声波只要进入到这个阵列范围,都会被察觉。根据不同水听器报警的先后顺序和安装位置,即可判断声源方位和大致距离,然后引导反潜飞机和舰艇到目标区域进行更精确的搜索,以跟踪、锁定敌潜艇。”

  美水下监听系统所用电缆能绕地球一圈

  曹卫东:其实美国海军一直没有间断对反潜战的关注。他们舰艇上装备的声纳都是最先进的。美国海军"洛杉叽"级核潜艇上装备的是TB-23/BQ细线拖曳线列阵声纳系统。该声纳实质上是一个用长线连接的水听器和防震隔离装置,它能够探测并跟踪极低频声音,而普通的舰壳声纳是做不到的。用该阵列探测常规潜艇与核潜艇都非常有效。TB-23拖曳线列阵声纳通过绞盘收放,不用时,收在潜艇的压载舱内,能够在潜艇后部布放,长度约2570米。

  这套系统能够精确锁定在南海及其附近海域水下秘密运行的代表世界最高水平的美国海军核动力潜艇的行踪,如果这套系统再结合中国海军近年专门建立的至少五个海岸远程和中程海洋监视雷达站组成的水面情报系统,以及中国前几年发射的海洋监视卫星组成海洋监视网络,则中国海军就具有了立体监控黄海、东海和南海的能力。

  “无声”战场呼唤灵敏的“耳朵”

  可见,水声监听系统在反潜战中扮演了类似于防空雷达警戒网的关键角色,只是把雷达改成了声呐。

  美国从上世纪60年代起,就开始在其本土东西两侧的大西洋和太平洋分别建设两套针对苏联潜艇的固定式海洋水声监听系统。通过几十年的建设和发展,目前美国的两套海洋水声监听系统各有3条深水声呐阵列组成的警戒线,其通信电缆总长度超过3万海里。美国的大西洋水声监听系统第一条警戒线是从斯匹次卑尔根群岛到挪威;第二条自纽芬兰经格陵兰、法罗群岛、法国到西班牙;第三条在美国东海岸大陆架大约150海里处。

  而美国海军新型攻击核潜艇"弗吉尼亚"级装备的是轻型大孔径阵列(LWWAA)光纤声学传感器系统,轻型大孔径阵列系统是一套安装在潜艇两侧的巨大的基阵,它为潜艇的作战系统提供主要的声纳传感器输入。轻型大孔径阵列取代了传统的压电陶瓷水听器,它利用光纤和激光技术把一个目标潜艇在水中的声能量转化为信息,使"弗吉尼亚"级潜艇能够识别和跟踪目标。

  可有效保卫南海的安全

  看似祥和的大海,其实从来都不平静。游荡在水下的潜艇仿佛水中的“隐身战机”,对水下声信号的侦听提出了越来越高的要求。2009年2月,英国“前卫”号核潜艇与法国“凯旋”号核潜艇在大西洋深海上演了“深情一吻”。当时两艘潜艇均在水下航行,碰撞发生时潜艇上共有约250名乘员,可就是没有一个人利用声呐装置发现对方。

  与飞机、军舰使用的舰体声呐、拖曳式声呐、吊放式声呐及声呐浮标“从上往下”的探测不同的是,海底固定监听阵列是“从下往上”地“仰望”潜艇。据曹卫东介绍,由于海洋中各类温度、密度跃变层大多靠近海面,后者比前者受水体折射的影响要小得多,因此对低速航行的安静型潜艇有更高的捕获概率。

  美国的太平洋水声监听系统的三条警戒线分别是:第一条由俄罗斯的堪察加外海经日本列岛向南延伸到菲律宾和马六甲海峡;第二条由阿留申群岛到夏威夷群岛;第三条设在美国西海岸大陆架200海里外。同时,美海军还在世界各主要海峡地带部署有大、中型的深水声呐阵列。中国互联网上有一种说法称,“美国核潜艇刚离开本土基地,就可以听到马六甲海峡船只航行的声音,并能够从航行的声音分辨出是哪一型船只”。 这一说法不只是炫耀美国海军核潜艇的单艇探测能力,而是因为在马六甲海峡美军早已建有一套固定于大洋底的阵列式潜艇探测系统。

  新华军事:声纳是否都是用于探测潜艇的?

  二战以来,布设在海底的水下声呐就成为海军探测敌方水下目标的有效手段。冷战结束以后,美日以前苏联潜艇为作战对象的“反潜链”非但没有随着苏联的解体而瓦解,反而继续加强。

  声波不仅是目前人类唯一知道的能在水中远距离传播的物质,当在水中遇到物体时,还会被反射回来。不同频率的声波,在水中被吸收和反射的程度也不同,人们于是根据声波这一特性发明了声呐。近年来各类“悄无声息”的先进潜艇先后加入现役,利用传统声呐装置进行侦听的难度大大增加。反潜作战这个“无声”战场也成为各国海军公认的难题之一。

  据湖北卫视报道,十二五科技创新成就展展出的海底观测网,由水下声呐阵列、岸基分析处理中心和通信光纤等组成,如果信号质量够好,对潜艇的定位精度可达10公里。而且,这套系统还配备有无人潜航器和深海滑翔器,如“海燕”无人深潜器,最大潜深达1500米。

金沙国际唯一官网:水下Great沃尔,中国在黄海建水下监听网。  海洋水声监听系统对中国有什么用

  曹卫东:声纳在海军不仅用于反潜,而且还用于"猎雷"。比如英国海军舰艇上装备的2193型声纳,是一种高分辨率宽带"猎雷"声纳,因为使用了QinetiQ公司研发的一种新颖复合材料,该声纳不但可以探测普通水雷,还可探测隐身水雷。由于可以对水雷和海底岩石进行鉴别,所以宽带声纳的回声信号构成显著提高了该型声纳在远距离对目标的分类能力。

  目前,美国在日韩全力配合下,已利用第一岛链完成了在东海和黄海的反潜声呐基阵建设,但是菲律宾至印尼、印尼至新加坡的南海海域仍是美军反潜的薄弱环节。美国急于寻求周边国家配合,在这里部署声呐。中国军事专家则分析称,东南亚对美国有了更新层次的军事意义,这里已成为美国围堵中国潜艇的“最后一条缝隙”,同时还是战时疏散前线海空力量的“避难所”,中国需高度注意美国在南海的军事动作。

  光纤水听器是一种建立在光纤传感和光电子技术基础上的水下声信号探测器。它通过高灵敏度的光纤相干检测技术,如同魔术师一般直接把水声信号变换成光信号,并通过光纤传输至信号处理系统。经过后续处理,我们就能从看似宁静的信号中提取出海洋中“不速之客”的独有声响。

  根据现场模型标示的深度,这套系统的水听器阵列可以布设在1500-2000米深的海底。

  有报道显示,我国从上世纪六七十年代就开始发展水声监听技术,经过数十年刻苦攻关和发展,目前已发展出以光纤水听器为代表的具有世界先进水平的海洋水声监听设备。在2012年的第8届国际国防电子展上,我国曾公开展出了光纤水听器阵列演示系统,标志着我国固定式水声监视系统进入了具体应用的阶段,也标志着我国新一代反潜体系进入了关键实施阶段。

  美国海军也在研发水雷战声纳,比如目前使用的AQS-20A声纳系统,它是通过将5个声纳传感器集成在一个直径21英寸的壳体中,因而能够提供比一般的探雷系统高出3倍的区域搜索率。该声纳系统能够识别沉底雷,探测、定位和分辨沉底雷、短索锚雷和悬浮雷。

  此前,中国在海军的三大舰队周边曾布设了一些浅海型的侦听声呐阵,但是由于以地形和水声背景复杂的近海海岸为载体,其实际侦测效果并不理想。而美国静音效果良好的各类核动力潜艇以及日本的最新型AIP潜艇,正是看到中国反潜信息的相对落后,因而频频潜航到中国海岸边来侦察和战略威吓。

  “光纤水听器时代”已经到来

  根据军事科普作家张明的设想,一旦系统捕捉到可疑潜艇的踪迹,无人深潜器可以迅速出动,向其靠近,紧紧地跟在该潜艇身后长时间“盯梢”,并收集其详细声学信号。这足以逼退某些国家心怀鬼胎的潜艇。

  有消息称,我国已经开始在南海建设光纤水听器阵列,这表明我国在相关海域布置大型水下声呐基阵的工作可能已经开始,它表明我国海洋水声监听系统建设已经进入实施阶段。2013年5月,有国内媒体报道称,我国首个水下监听系统和海底观测系统在海南省三亚市建成。

  新华军事:根据报道,美方认为由于"电子和计算机的进步,连续主动声纳技术的可行性不再是问题。"你对它的前景怎么看?

  据美国军事专家研判,中国新建成的“岸基光纤线列阵水声综合探测系统”,不但能够使得中国海军的反潜能力获得数十倍的提高,也增加了国外潜艇跟踪和侦察中国潜艇的难度,更重要的是这种系统能够帮助中国海军的水面和水下舰艇反过来发现和追踪外国潜艇,这种水下声纳-远程岸基雷达-太空海洋监视卫星网络系统能够为中国海军提供实时的动态海洋情报信息侦察能力,特别是在竞争激烈的西太平洋地区,这种能力对中国海军来说,尤为重要。

  早在1937年,研究人员就发现了深海中存在着一个能让声波传输到更远距离的“深海通道”。在“深海通道”和反潜技术发展的基础上,美国海军研究实验室于1977年发表了光纤水听器的首篇论文,开启了属于光纤水听器的水下侦听新时代。此后,美国海军研究实验室开始执行光纤传感器系统计划,光纤水听器是该实验系统的重要内容之一。

  中国海底观测网使用光纤水听器美国静音核潜艇将无法在南海隐匿行踪

  中国军事专家刘江平6日接受《环球时报》记者采访时表示,该系统通常由水下声呐阵列、岸基或水面分析处理组件以及连接水下和水上设备的通信电缆等部件组成。

  曹卫东:通过对军用声纳研发使用的情况,我们看到了当代武器装备发展的几个特点:一是渐进性,新式武器装备研究制造的过程在逐渐缩短,一种新装备问世不久,很快就有了升级换代产品。二是武器装备的对抗性越发突出,装备在对抗中不断发展。比如传统声纳向水中发射脉冲信号,由于是种不连续的过程,脉冲间的空隙常导致探测不到目标。于是就研发连续主动声纳。当你研究连续主动声纳之时,对手也在研究如何施放干扰信号等措施。所以游戏规则并非单方面制定的,是对抗的双方制定的。三是技术综合性增强,不同技术领域的相互渗透更为广泛。正如你上面提到的,"由于电子和计算机的进步,连续主动声纳技术的可行性不再是问题。"因为连续主动声纳技术对声学信号的处理能力要求非常高。一种新装备融入了多领域的技术,系统对抗将在未来战争中更加突出。

  如果中国如期建立起自己的水下监视系统,那么,一切就正好反过来,不但中国自己的潜艇在什么位置能够准确掌握,就是敌方的潜艇也了如指掌,这样在南海的对抗中中国就会占据主动。

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  相对于美国从1950年代起开始针对苏联潜艇设置的SOSUS系统,中国的“海底观测网”采用了一系列全新的尖端技术。

  他介绍说,中国在自己的领海和专属经济区建设海底监听系统是完全符合有关海洋公约的,是一种正当的防卫性措施。这与在自身国土上建设各种防空预警雷达站性质和作用是一样的,可在敏感海域探测、跟踪、识别与中国海防安全相关的潜艇和水面舰船的声音信号。中国在这方面与西方国家相比是有不小差距的,应该加快这方面的建设以提高中国海军反潜能力,也为我国核潜艇、常规潜艇和水面舰艇执行巡逻防卫任务提供可靠的海洋环境信息。

  美国海军在“流动噪声驳船”系统上对塑料芯轴光纤水听器进行了第一次海上实验,并于1983年7月在巴哈马群岛成功部署。其后,美国海军相继进行了多次拖曳式光纤水听器阵列的海上实验,并取得了重大成功。伴随着美国海军研究实验室正式制订潜艇用“光纤水听器系统标准”,光纤水听器也开始了向实用武器系统的巨大迈步。

  根据本次展会的公开展示,我国固定海底水声阵列使用了先进的光纤水听器技术。

 

  作为未来水下侦听系统的重要发展方向,英国、法国、意大利等国也相继开展光纤水听器领域的研究。光纤水听器能有效克服传统声呐需要大量水下电子元件、价格高、重量大、密封性不好等问题,能有效提高水声信号的侦听精度和系统的稳定度。这也难怪有研究人员曾自豪地说:“属于光纤水听器技术的时代已经到来!”

  “声波会对光传输造成干扰,被干扰后的光信号被接收后,经过调制解调变成数字信号,通过分析光波传导变化,就能得知声波的状态,从而探测到潜艇等水下航行物。”据张明透露,与采用压电水听器的传统被动声呐相比,光纤水听器最大的优点是灵敏度非常高,在海洋背景噪声条件下分辨目标的能力非常突出,对低频信号特别敏感,因此可以探测到现代化安静型潜艇。

  英国海军主要聚焦利用阵列进行浅海监视和海岸线监控技术,已经成功研制出光纤海底阵系统,可实现远距离组建的光纤水听器阵列技术具有巨大的应用前景。法国、意大利与挪威合作执行全光纤光纤水听器线阵计划,旨在发展静态光纤水听器阵列,后来继续发展成为欧洲长期防卫联盟项目的一部分。

  还有个重大的优点是传输距离远,由于采用光纤作为传输介质,信号能传到1000公里左右,加上光纤可以传输多个信号,可以形成庞大的基阵,提高控制范围。

  立体反潜“水听网”呼之欲出

  此外,光纤水听器没有金属部件,对方不容易探测和破坏,不受电磁干扰,而且不易被海水腐蚀,使用寿命和可靠性都要高于传统声呐。

  与传统水听器相比,光纤水听器可谓“好处多多”。由于能把大量信号从一根光纤里传输,光纤水听器具备形成大规模阵列的“特殊能力”。此外,光纤水听器的模块单元也可灵活设计,且响应带宽宽、灵敏度极高,在信号传输和单元布设时还无需担心电磁环境的干扰,具备组建形成光纤水听器大规模探测阵列的巨大潜力。

  光纤水听器如此优越,已成为世界反潜探测技术的一大热点,2003年美国和英国首先联合完成了一个数千个水下光纤水听器阵列的布置。

  光纤水听器与反潜巡逻机和反潜舰艇“强强联合”,就能形成一张洞察汪洋的立体反潜“水听网”。未来还可以把光纤水听器与陆地地面侦听站和空天探测卫星编织成的一张天、地、海的综合探测网,或将成为“军事物联传感网络”的重要组成部分。

  曹卫东认为,如果在出入南海的巴士、巴林塘及巴布延等各海峡布设这种先进高效的水听器阵列,即使是美国最先进的弗吉尼亚级核潜艇也不敢保证能“神不知鬼不觉”溜进南海中央深海区,能够有力保障中国战略核潜艇和航母编队的行动安全与自由。(钱江晚报)

  光纤水听器不仅可用于反潜作战和水下武器试验,成为水下反潜侦听的“钢铁长城”,在民用领域也是一位“多面手”。此前美国研究人员就与英国防卫研究局成功开发出一套海洋陆地钻孔成像系统,这个系统依托全光光纤水听器,可用于地下石油或天然气勘探。检查海洋平台、水下储油罐、海底电缆、海底输油管线等设施是否出现故障,光纤水听器也能大显身手。此外,光纤水听器还可用于海洋地震波检测和海洋环境检测,必将在军民用领域发挥日益重要的作用。(以上图片来源于网络)

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