论文部分内容阅读
近一个多月来，中国周边海域水下动静不小。继“南海战略态势感知”计划平台报道美国海军“无暇”号水声测量船被发现自2月26日起在中国西沙群岛附近“瞎晃悠”了半个多月后，日本共同社3月4日报道称，日本海上自卫队最新一艘“响”级水声测量船“安艺”号于当天服役。美日“不约而同”地强化水声信号监测力量的行为，再次引发了外界对水声测量船这类特种舰船的热议。小众、低调、另类，充满神秘感的水声测量船到底有哪些“不能说的秘密”？请往下看。
秘密的职能任务
根据《中国军事百科全书》中的定义，水声测量船是指用于测量声波在不同海区的水中传播特性和参数的勤务舰船。作业内容主要包括声波在海洋不同水层的传播规律和声速分布，海底、沉积层和海底岩层对声波传播的影响，不同水文条件下海水对各声波频段的吸收、散射和传播衰减，海洋噪声的强度和分布，各种舰艇的声反射特性和水下噪声辐射强度等。
如果从军事角度解读上述作业内容，那么水声测量船的任务就是探测作战海区海底地形、地貌、浅层剖面、表层底质等战场要素，建立海战场环境数据库;搜集潜在对手的舰艇特别是潜艇声学信息，建立反潜和水下预警系统;对声呐等各种水声设备作用距离和声学特征进行预报，为提高舰艇隐蔽性而实施的减振、降噪措施提供海洋声学参数。
不难发现，军用水声测量船的核心职能主要是服务保障水下作战。
一方面，潜艇的地位作用越来越重要，需要专业化保障。搭载弹道导弹的战略潜艇是任何国家都不能忽视的强大威慑力量。美国海军1艘“俄亥俄”级战略核潜艇携带的20枚“三叉戟”2D5潜射洲际弹道导弹，足以摧毁一个小国。战术级潜艇则具备越来越灵活的作战功能。以俄海军636.3 型常规潜艇为例，其不仅能利用鱼雷和反舰导弹攻击舰艇，还能发射巡航导弹打击陆上纵深目标。如今，潜艇已成为各国海军的重要战略资产。为了保证潜艇安全同时促使其发挥最大效能，必须提供专业完善的勤务保障。
另一方面，反潜作战的难度越来越大，需要专门力量辅助。众所周知，反潜、反导和反水雷作战是现代海战的三大难题。其中，反潜是难中最难，而发现潜艇则是最难中的“第一难”。这不仅是因为水下杂物、海洋生物、海洋山脉回声等背景噪音较大，而且还在于现代潜艇的静音性越来越好。如俄罗斯海军677型“拉达”级常规潜艇的噪音已低至90分贝，与海洋背景噪音水平几无二致。不过，潜艇是无法彻底消除自身噪音的，而且不同潜艇发出的噪音是各不相同的，就像人的指纹一样，因此也被称为声纹。从复杂的海洋背景噪音中采集、分析、识别潜艇声纹必须依靠专门的水声探测设备。
最初是“替补队员”
水声测量船源于冷战时期北约对苏联海军核潜艇的监视需求。上世纪50年代初，舰载声呐技术还处于起步阶段，当时各国海军在探测潜艇方面主要依靠潜艇艏部声呐，水面舰艇反潜能力还未完全形成，对水下作战态势的常态化监视能力较差。为了防范苏联海军核潜艇从北冰洋进入北大西洋，美国主导发展了固定监视系统（FSS），核心组件是被称为“音响监测系统”（SOSUS）的声呐阵列，于1959年首次列装。该系统的基本思路是将大量大型声呐布设在苏联海军潜艇可能经过的航线上，类似于固定式雷达网络，最著名的当属沿格陵兰岛、冰岛和英国构建的GIUK防线。
尽管监视效果不错，但SOSUS的缺陷也很突出。它的工作流程一般是：将追踪到的苏联海军潜艇方位及距离资料通过海上巡逻机传送至陆上基地，基地经过分析研判后再通知海军派遣潜艇进行跟踪。很明显，这种方式的时效性较差，所以冷战初期，美国海军核潜艇经常是到达目标海域后一无所获。另外，固定式的声呐在战时的抗毁性也不足。
美国人不会认识不到这个问题，在发展FSS的同时，也在推进可移动的反潜监视系统，也就是移动监视系统（MSS）和快速部署监视系统（RDSS）。前者创造了舰载拖曳式聲呐，后者则创造了反潜巡逻机投放的声呐浮标。FSS与MSS以及相关的通信网络和其它基础设施一道，构成了美海军综合水下监视系统（IUSS）的雏形。 MSS包括两类技术成果：战术拖曳阵列声呐系统（TACTASS）和监视拖曳阵列声呐系统（SURTASS）。TACTASS直接促成了SQR-18及SQR-19型声呐。这两型声呐是美海军水面舰艇装备的首型拖曳式声呐，广泛应用于“诺克斯”级护卫舰、“斯普鲁恩斯”级驱逐舰、“佩里”级护卫舰和“提康德罗加”级导弹巡洋舰上。而SURTASS则促成了UQQ-2型声呐，成为T-AGOS（T表示这些舰艇是由隶属于军事海运司令部具有平民身份的船员操作，AGOS是“一般性辅助海洋监视”的缩写）计划的基础，成就了世界上首个水声测量船计划。
世界上一共没几艘
美海军T-AGOS系列水声测量船于1980年开始研制，共发展了“坚强”级、“胜利”级、“无暇”级3种型号，分别建造了18艘、4艘和1艘。满排水量从2285吨一路上涨至5270吨，以获得更强的自持力和容纳更多的侦测设备。“坚强”级的“坚强”号于1984年服役，最新的“无暇”级是在2001年服役。目前，18艘“坚强”级均已退役。
实际上，世界各国海军和政府部门所属舰艇中，水声测量船不少，但像“胜利”级和“无暇”级这样的大型远洋水声测量船却不多，比较著名还有日本海上自卫队的“响”级。
日本海自于上世纪80年代末开始研制“响”级水声测量船，除了反潜作战需求，其中也有用于测量评估本国舰艇噪声以改进优化的考量。“响”级水声测量船设计灵感和部分技术来源于美海軍“胜利”级，原计划建造5艘，首舰“响”号、2号舰“播磨”号分别于1991、1992年服役，后由于苏联解体，暂停了建造计划，直至此次“安艺”号服役。
此外，据媒体报道，中国正在建造927型远洋水声测量船，已下水2艘，满载排水量超过5000吨。
外媒判断，该型舰船整体性能将超过美海军“无暇”号。不难发现，远洋水声测量船是名副其实的小众产品，世界上一共也没几艘。
不一样的声呐
事实上，世界各国海军和政府部门下辖的海洋调查船、水文测量船等科考类船只都具备测量水下声波传输特性和参数的能力，但水声测量船的探测完整性、广泛性、精确性更强，这主要是因为后者搭载了多样化和专业化的设备。
一般来说，一艘大型水声测量船会搭载拖曳阵列声呐、浅海回声测深仪、深海回声测深仪、海底浅层剖面仪、浅海多波束系统、深海多波束系统、多普勒声学测流仪、侧扫声呐、全球定位系统、遥控潜水器、重力仪、磁力仪等20多种海洋测量设备和多个测量工作站。其中，拖曳阵列声呐远超一般军舰携带的相同声呐规模。
以美海军T-AGOS系列水声测量船为例，它们搭载了“监视拖曳阵列传感器系统”（SURTASS）。该系统的核心组件是UQQ-2被动拖曳阵列声呐，仅拖缆长度就达1800米，声学基阵更是长达2000米以上。即便是“胜利”级、“无暇”级采用改进后的双线接收阵布局的被动拖曳阵列声呐，其声学基阵也长达500米，单次收放至少需要两小时。超大的体积规模带来了惊人的探测能力。据美媒报道，SURTASS对以15节左右速度航行的美海军“洛杉矶”级攻击型核潜艇，可靠探测距离可达到100千米以上，如使用汇聚区作用甚至可达到1000千米。
值得一提的是，“无暇”号在SURTASS基础上还额外增加了一部重达百吨的低频主动阵列声呐，长度近100米，由18元甚低频发射换能器组成发射阵，从船底中央垂直伸入水中。凭借主/被动声呐互相补充，“无暇”号能够在300千米距离上探测到以静音性著称的美海军“海狼”级攻击型核潜艇。
显然，如果不是采取专门设计的大型舰船，仅仅是上述规模的声呐就无法完整携带使用。事实上，为了充分发挥声呐效能，水声测量船具有许多与众不同的设计。
“非主流”军用舰艇
与普通作战舰艇追求高速机动性能不同，水声测量船比较“非主流”，它需要的是低速、稳定、安静，以保证探测的准确性。有鉴于此，现代水声测量船从外到内都很有特点。
船体设计上，小水线面双体船型成为首选。该船型大多用于半潜式海面作业平台，与水面接触面小，兴波阻力较小，抗风浪能力较强。尤其是在拖曳阵列声呐工作所需的低速条件下，其稳定性远好于单体船型，客观上为降低声呐表面的流体噪声提供了必要条件。
动力系统上，综合全电力推进方式是主流。该方式因减少了机械传动装置，自噪声比采用传统推进方式的同等吨位舰船低10分贝以上。此外，例如“无暇”号、“响”级水声测量船都取消了螺旋桨，采取喷水推进，进一步降低了拖曳阵列声呐工作区域的环境噪声。
当然，技术先进性与难度始终成正比。对于大多数国家海军而言，大型舰艇的综合全电推进技术都是难题一道。并且，水声测量船时常要以3节以下的低速航行，这也对柴电复合动力系统提出了特殊要求，毕竟，长期超低速航行对动力系统损害巨大。
从信号到资料要经历什么
受限于独特的船体结构和作业要求，水声测量船一般不会在战时与作战舰队共进退，它的规定运用场景大多是常态游弋于本国海军未来可能的作战海域。那么，水声测量船采集的各类数据如何转化为指挥员的作战参考呢？
从水声测量船本身来讲，其声呐工作站同作战舰艇大同小异，只是数据采集、存储、分析能力更强。在定期对采集的信号作初步处理后，水声测量船会通过卫星通信系统将其发送给地面数据中心或节点，对信号作进一步分析，形成供作战部队使用的直观情报，尔后分发给战区内各反潜和水下作战单位。
以日本“响”级水声测量船为例，其首先依靠UQQ-2拖曳阵列声呐系统探测水下环境和侦听、测定潜艇的噪声，然后使用舰载设备对收集到的各种水声数据进行处理，并通过WSC-6卫星数据中继设备发往横须贺湾的数据采集站。采集站将这些信息发往海上执行任务的水面舰艇、潜艇及P-3C反潜巡逻机，同时分门别类存档，形成反潜作战数据库，供今后对新数据的比对分析和辅助参考用。
光有船是不够的
凭借超强的水下信号探测能力，水声测量船当之无愧地占据了一国海军水下作战体系的核心地位。特别是在反潜体系中，水声测量船是重要的源头发现和持续跟踪节点，与是否拥有海洋监视卫星一样，是大国全面反潜体系和小国局部反潜体系的标志性区别之一。当然，日本这种近乎狂热追求反潜能力的国家除外。
不过，几无武备、行驶缓慢的水声测量船目标太大、非常脆弱，尤其是在独立执行远洋任务时，一艘几百吨的巡逻艇可能就会让它无处可逃。因此，如何保证在平时更加隐蔽地执行水声测量任务，是今后水下作战预警体系建设的重要发展方向。目前来看，采取机动分布式策略，在预设海战场广泛布设水下声信号监测点位是比较理想的做法。
据美国theDrive网站“战争地带”专栏去年2月21日报道，美海军正在开发一种机动反潜战监视系统（AMASS）。该系统将由大型声呐阵列组成，这些阵列连接到浮标上，船舶可以直接将其装入标准运输集装箱内，部署到海洋的特定位置。此前，美海军研究办公室在美国政府中央合同网站上发布的一项通知指出，希望浮标能够自动部署有源声呐阵列，并能够在较长时间内将整个系统固定在特定区域内。该阵列还必须足够坚固，以“避免变形，损害声呐性能”。AMASS的目标是最终开发一个“持久的、深水的、主动的反潜战系统，可以在广阔的范围内检测新出现的潜艇威胁”。
当然，无人潜航器也是一个非常好的选择。有的国家已经开始投入水下声学信号监测实践，例如媒体曾报道，我国南海地区渔民曾多次打捞到美海军无人潜航器。这类装备具有易投放、目标小、潜深大、续航时间长的优点，较固定式声呐阵生存性更好，探测更灵活。