潜艇的耳目

潜艇有眼睛和耳朵吗？你觉得这眼睛和耳朵实际上是声纳很奇怪吗？我们都知道声音可以在固体、液体和气体中传播，遇到障碍物时会被反射回来。蝙蝠的回声定位利用了这一特征。声纳是一种电子设备，利用声波在水中传播的特性，通过电声转换和信息处理来完成水下探测和通信任务。它是水声学中应用最广泛、最重要的装置。它可以接收从被检测物体发射的声波以确定物体的信息，并且还可以通过利用回声的特征向被检测物体发射声波以确定另一方的信息。在这方面，声纳可以分为主动声纳和被动声纳。因为当目标在水中或水面上移动时会产生机械振动和噪音，所以被动声纳可以接收到这样的信号来探测对方的信息。这种被动声纳隐蔽性好，目标识别能力强。它的缺点也很明显，它不能探测静止的目标。主动声纳可以解决这个问题，但主动声纳容易暴露自身，探测距离比被动声纳短。

你可能会问，为什么声波在水中被用来进行相应的探测？光波或其他波不能工作吗？这是因为在水中观察和测量时，声波具有独特的优势，而其他检测方法的检测距离较短。让我们谈谈光。它在水中的穿透力非常有限。即使在最清澈的海水中，人们也只能看到十几米到几十米深的物体。电磁波在水中的传播损耗也很大，即使用大功率低频电磁波只能准确传输几十米。然而，声波在水中传播的衰减要小得多。一些科学家做过这样的实验:当几公斤炸弹在深海爆炸时，20，000公里外就能接收到信号。因此，没有比声波更有效的方法来测量和观察液体。声纳技术已经有100多年的历史了。事实上，早在1490年，意大利著名艺术家和工程师达？芬奇曾经说过:“如果船停了，把一根长管子的密封端插入水中，把开口放在耳朵旁边，你就能听到船在远处航行。”你能说吗，爸爸？芬奇的听力计是现代声纳的原型。这种方法类似于中国古代的谚语“在地面上听声音”。然而，这种听力计非常原始。它只能被动接收发射的信号，不能探测水下目标的方位，灵敏度低。它属于被动声纳。严格地说，第一个声纳是由英国海军的刘易斯在1906年开发的。尼克松发明了它。他发明了一种被动监听装置，属于被动声纳，主要用于探测远处的冰山。历史上著名的“泰坦尼克号”事件真正促进了声纳的迅速发展和成熟。1912年4月14日，英国豪华邮轮泰坦尼克号在第一次前往美国的航行中，在北大西洋与冰山相撞后沉没。历史上最大的一次海难引起了巨大的震动，促使科学家们研究冰山的位置。英国科学家理查森在沉船后五天零一个月申请了两项专利。其中一个建议使用声波来探测空气和水中的障碍物，并使用定向发射换能器。换能器是声纳中的重要设备(如图所示)。它是一种转换声能和其他形式能量的装置，如机械能、电能和磁能。它有两个用途:首先，它在水下发射声波，称为“发射换能器”，相当于空气中的扬声器；第二种是在水下接收声波，称为“接收换能器”，相当于空气中的麦克风(麦克风)。1913年，美国科学家费森登制造了第一个由他自己设计的带有动圈换能器的回声测深仪。1914年4月，他成功地用这台设备发出的500-1000赫兹的声波探测到了超过2海里(约3.7公里)的冰山。

接着，1914年第一次世界大战爆发，极大地推动了水声定位技术的发展。第一次世界大战期间，德国人使用新发明的U型潜艇击沉了盟军的大量战舰和商船。有一段时间，他们是不可战胜的，对盟国和其他国家的海上运输构成了巨大威胁，几乎中断了跨大西洋运输。盟国和其他国家非常愤怒，决心开发水下声学设备来探测隐藏在水下的潜艇。当时，许多著名科学家参与了这项工作，使声纳技术迅速发展。这包括年轻的俄罗斯电气工程师奇洛夫斯基和著名的法国物理学家朗之万。朗之万和奇洛夫斯基使用了高频超声波。1915年底和1916年初，在塞纳河两岸进行的间作繁殖试验取得了成功。实现了两公里的单向传播，并接收到来自海底和200米以外的钢板的反射信号。在第二次世界大战和战后的几年里，所有国家都意识到了声纳技术的重要性，声纳技术得到了更加全面的发展。在此期间，声纳探测的范围不断扩大，分辨目标的能力不断提高。各种类型的声纳相继出现，如核潜艇上的巨型声纳和鱼雷头上的制导声纳。最初，大力发展声纳的主要目的是探测敌人的潜艇，所以它也有一个非常响亮的名称“水下侦察”。然而，随着技术的发展，声纳已经发展到第五代，即数字声纳，其性能得到了很大的提高。它不仅被用于军用潜艇搜索、水雷探测、潜艇监视、水下导航、水下(鱼雷、水雷等)。)的指导和对策，还用于探测、研究和开发海洋资源，如探测鱼虾群、探测海洋深度、海底暗礁、沉船、油管、海底电缆和水下障碍物，以及海底石油和天然气等。事实上，声纳也不是人类专利。许多动物都有自己的“声纳”。如果你是一个游戏爱好者，你一定玩过流行的红色警报。在游戏中，美国军方有一种水下武器——海豚，它利用超声波攻击潜艇，超声波也是一种攻击性的声纳系统。蝙蝠可以用它们的“主动声纳”来探测非常小的昆虫和0.1毫米厚的铁丝网障碍物。像飞蛾这样的昆虫也有“被动声纳”，它能清楚地听到40米以外的蝙蝠超声波，所以它们经常能逃脱攻击。中国长江中下游的白鳍豚拥有更完善的“声纳”系统和更清晰的“分工”，具有定位、通信、报警和调频调相等特殊功能。许多鲸鱼使用声纳来探测和交流。其他海洋哺乳动物，如海豹和海狮，也发射声纳信号进行探测。现在回头看看文章开头提到的潜艇碰撞。美国全球安全网络主管兼国防专家约翰？派克在接受新华社采访时说，潜艇相撞可能与双方关闭主动声纳和只使用被动声纳有关。潜艇在低速时噪音很小，很难探测到。如果使用主动声纳，它可能会暴露行踪。因此，在事故发生之前，两艘潜艇可能都只使用了被动声纳。它可能无法探测到移动缓慢的潜艇，这也可能是英法潜艇相撞的真正原因。