大海是个魔术师,为咱们制作了无量幻象。咱们仰视天空,太空望远镜能看到几百亿光年之外;咱们俯视大海,却对几千米深的水下知之甚少。
深海稀有不清的鱼,有史前怪兽,有连绵不绝的山峰和峡谷。当然,也有人类制作的恐惧核潜艇,还有一张追捕它的深海巨网!
这张巨网一天24小时,一年365天不间断作业,力求监督大洋中的每一艘潜艇——它便是美国暗斗时期制作的SOSUS水声监测体系。
SOSUS体系自上世纪50年代开工,累计投入上百亿美元,在太平洋、大西洋海底连绵3万多公里。4000多人围着它持续作业了近半个世纪,肯定是超级工程!
伟大工程的诞生,历来都是根底理论先行。就像核武器呈现,是原子物理展开的成果相同,SOSUS体系也是如此。
早在第一次国际大战,跟着潜艇许多参战,反制声呐也同步诞生。其时的声纳还很原始,用高频声波勘探敌人。
海水对高、低频声波吸收不同很大。高频声波在海水中传达几千米就丢失殆尽,低频声波却能传达很远,能量损耗仅为高频声波的几十分之一。
在研讨声呐过程中,人们对海洋地质越来越感爱好。许多科学家投身到深海声响研讨中,掀开了探究海洋的新篇章。
利哈伊大学的莫里斯 尤因博士也是其间之一。他热心研讨声响在海水中传达规则,原本意图是地质勘探,发现有用资源。
他常年在各大洋奔走,在不同海域展开声波实验。1937年,尤因和搭档在北大西洋海域将一个爆破设备沉到水下4800米引爆,发现一个惊人成果——声波在海底和海面间不断反射行进,水平方向传达间隔远超预期!
尤因发现,深海中好像有一条“奥秘通道”。声波在其间能量丢失很小,低频声波特别如此。他揣度声波被锁在“通道”中,避免与海底、海面磕碰损耗,所以才传达很远。
他们持续实验。1944年美国 “巴克利”号驱逐舰出海远航,每隔一段间隔就向不同深度海中投一个爆破物。它航行了近1500公里,尤因博士和搭档在基地仍能清楚的听到爆破声!
本来海水温度并非上下一致,表层海水受日晒影响温度高;100-1000米深度水温急剧下降;再往下水温趋于稳定,保持在6~8℃之间。
水温越高,声响传达速度越快。在温度、压力、盐分影响下,声速在笔直剖面上构成一个先慢后快,相似闪电的图画。
声波穿越不同介质时,向声速慢的一面曲折。它在温跃层两个鸿沟不断曲折折射,构成水声通道。声速最低点为声道轴。
为赞誉尤因博士的巨大贡献,人们以他姓名树立科学奖项,又在月球上命名了一座环形山。
深海水声通道发现时正值二战,美军觉得对救援飞行员很有协助。若飞行员坠海后,向海中抛掷特制小型爆破物。爆破声波进入水声通道,几千公里外的救援站听到后用三角定位确认方位,就能立刻解救,抢救许多飞行员的生命。
二战后不久,国际进入暗斗时期。苏联水兵以潜艇为要点,投入许多资源,在潜深、航速方面获得严重前进。
美国被影响得忐忑不安,一方面互不相让研发新潜艇,一方面方案开发长途监听配备,为SOSUS体系奠定根底。
其时潜艇仍是惯例动力,柴油机作业声、螺旋桨旋转声、空泡噪声、水流过艇体的声响都很大,有显着特征。
1950年头,美国水兵与国家科学院水下作战委员会一起树立“哈特维尔”委员会,展开反潜作战研讨。委员会由麻省理工学院主导,水兵研讨办公室联络,向国内顶尖组织广发英豪帖,期望找到监督苏联潜艇的方法。
第五次研讨会时,哈佛大学水下声响实验室前负责人弗雷德里克亨特博士提议用尤因发现的“深海水声通道”监督潜艇,引起广泛爱好。
一是迈克尔(Michael)方案,由哥伦比亚大学哈德逊实验室、伍兹霍尔海洋研讨所、斯克里普斯海洋研讨所持续展开有关水声传达方面的理论研讨。
二是耶洗别(Jezebel) 方案,由美国电话电报公司(AT &T)、贝尔实验室、西部电气制作公司联合研发根据海底水听器阵列的长途监测体系。
美国电话电报公司(AT &T)前身是贝尔电话公司,是老牌电信商、手握核心技能的高科技公司,家中宝物天然不少。
接到研发合同后,AT &T从百宝箱中翻出一件语音剖析的宝物,将其改构成记载、剖析水下低频声波的声谱仪,叫洛法(LOFAR)声谱绘图仪。
和人的指纹相同,每艘潜艇也有自己共同的声纹特征。其发动机作业、螺旋桨旋转声响都是绝无仅有的,只要在深海布景声响中找到特定声纹信号,便能确认那个方位有潜艇。
当某一频率声响响起时,绘图仪上相应频率的弹簧片共振,带动一个静电指针在特别灵敏纸上打一个点。纸带不断向下翻滚,时刻长了一个个点连成一条条频谱线。剖析人员剖析线谱,就能发现潜艇噪声,从而确认方位。
就这样,深海通道理论、水听器和声谱绘图仪结合,变成了水兵需求的远洋反潜网。Jezebel方案和Michael方案合而为一,改称SOSUS水声监测体系。为保密起了个代号:凯撒方案。
先进设备出炉,美国水兵如获至珍,很快开端技能验证。1950年前后,水兵在波士顿外海布下多个水听器,监听到几十公里外的潜艇。
不久后,又在条件更好的圣尼古拉斯岛实验,SOSUS明晰听到几百公里外的潜艇噪声。比其时声呐10-20公里监听间隔高了几十倍。
1951年,第一个6单元水听器阵列在西印度群岛伊柳塞拉岛铺设。后来又铺了一条304.8米长、40单元水听器阵列。
监听信号滨海底电缆传到陆地上的信号处理中心(NAVFAC),几百名剖析人员在这里日夜不停的剖析图纸。剖析成果上签到分担大西洋、太平洋的两大国家反潜指挥中心,构成一张掩盖全球大半个海洋的反潜巨网。
1952年,第一个信号处理中心在巴巴多斯——加拿大新斯科舍半岛之间建成。它和水听器阵列组成一个巨大半圆,俯视大西洋西部的宽广水域。
后来,美国又在加拿大、冰岛、英国、波多黎各、萨尔瓦多建造更多的信号处理中心和水听器基阵。1954年5月,又向太平洋进发。
到70年代中期,美国已在全球树立20个信号处理中心,铺设了上千套水听器。
GIUK缺口是两条至关重要的北大西洋航道,西起格陵兰群岛(Greenland),途径冰岛(Iceland),东至英国(United Kingdom),简称GIUK。
从地图上能够精确的看出,苏联潜艇进出大西洋必经GIUK缺口狭隘水道。美国SOSUS体系均匀监测间隔500公里,每一艘从缺口穿过的苏联潜艇都会被监听到。
而现实也确实如此。1960年,美国“乔治·华盛顿”号核潜艇横穿大西洋到英国,几千公里航程都被SOSUS监听,而潜艇自己毫不知情。
SOSUS一开端针对惯例潜艇。后来潜艇进入核动力年代,咱们曾忧虑它是否有用,后来发现对核潜艇也有很好作用。
SOSUS技能抢先苏联多年,美国天然藏得结结实实,一向打着民用海洋学幌子展开研讨。
苏联人不知道,可潜艇进出大西洋、太平洋屡次被发现,还认为美军加强了反潜军力。
直到1968年,美军潜艇通讯专家——约翰沃克在利益唆使下向苏联出售许多情报,SOSUS才从重重迷雾中现出金身。
苏联人敏捷反响,大幅度减少潜艇从GIUK缺口进出频率,一起尽力更新技能下降噪声。后来的德尔塔IV、阿库拉级核潜艇噪声都低的难以想象,大大限制了SOSUS监听才能。
再后来,射程8000多公里的潜射弹道导弹研发成功。苏联潜艇在北冰洋就能震慑美国,再不必冒险进大西洋了。
SOSUS十分依靠潜艇声纹特征作业。假如对方是新潜艇,声纹库里没记载,剖析员就很难辨认。所以美军派出许多潜艇、音响丈量船、反潜飞机处处散步,就为了搜集各国潜艇声纹特征。
和平时期,SOSUS发现可疑信号,引导反潜飞机和舰艇快速侦查,趁机记下潜艇声纹特征,入库备用。比及战时,这一些数据就能大显神威了。
80年代中期,美军又研发出移动拖曳阵列传感器体系(TASS)和拖曳式感应监听体系(SURTASS)。各丈量船拖着2000多米长的线列阵声纳,处处监听。
1985年,移动体系与SOSUS体系兼并,成为归纳海底监督体系(IUSS)。
苏联崩溃后,美国压力骤减,各大洋中潜艇数量急剧减少。苏联鼎盛时期的200多艘核潜艇,到九十年代最低迷时只要十几艘能出动。
SOSUS本认为这里有喝彩声,成果水兵舰队和大众并不伤风。由于它保密等级太高,从不好舰队直接联络,一切信息都由指挥中心转发。所以水兵舰队底子不知道信息是SOSUS供给的,也没觉得它有多重要。
SOSUS展开自救,与民间组织协作冲击海上贩毒、不合法捕鱼等犯罪活动,展现自己的杰出才能。但是白搭功夫,人们更觉得它游手好闲。
几番挣扎后,SOSUS经费被许多消减。大批信号中心封闭,从最高峰20个缩减到3个,人员从4000人减少到1000人。
不过水兵高层对此重要财物心中稀有,减少经费能够,决不能关停。所以该项目一向以低极限运转,只接纳信息,不做剖析。
跟着科技逐渐的提高,归纳海底监督体系(IUSS)也不断改造。有线电缆变成无线,水听器也换成更简略经用的“固定分布式体系”FDS。
90年代中期,美军提出“由海向陆”战略思维,战场从大洋比赛转向滨海进攻。和风闲谈原创,制止抄袭。
浅海水浅,没有水声通道。为树立齐备声纹库,美军音响丈量船就一再在全球热门海域游荡,搜集海洋信息和声纹数据。
这种事在暗斗中常常产生。美国核潜艇长时间蹲守在苏联外海,1对1盯梢苏联潜艇。两边在大洋中不时呈现惊险比赛,乃至产生磕碰事端。
未来,美军仍将展开新式监听方法,用移动、反潜飞机、卫星和传统SOSUS固定监听网组树立体反潜网,霸权思维仍然暴露无疑。
咱们也要不断强大自己的反潜网络和突防才能,才能在严峻国际环境中一直立于不败之地!