10.18 潛艇的“眼耳口鼻”——圍殼上那些長長的管子到底啥作用?

在漆黑一片的深海里,大自然用鬼斧神工創造了許多奇異生物。因長期沒有光線、沒有色彩,許多動物喪失了視覺,喪失了膚色,模樣也變得詭異兇殘,讓人害怕。

潛艇的“眼耳口鼻”——圍殼上那些長長的管子到底啥作用?

與深海動物一樣,潛艇也是漆黑大海中的常客,一個人孤獨前行,寂寞沙洲冷。

不過在人類智慧的加持下,現代潛艇感官不但沒有退化,反而耳聰目明,“眼、耳、口、鼻”一個都不少,成為穿梭在海底海面之間,眼觀六路、耳聽八方的超級遊俠。

除了最出名的艇首聲吶、舷側陣聲吶、拖拽線列陣聲吶和浮標天線之外,潛艇指揮台圍殼上還聳立著各種長短不一的金屬管子,承擔著與外界溝通交換的重要工作。那麼這些管子如何區分,又是怎樣工作的呢?

潛艇的“眼耳口鼻”——圍殼上那些長長的管子到底啥作用?

弗吉尼亞號攻擊型核潛艇上的各種設備

其實從功能來說,它們可分成搜索設備、導航設備、偵察設備、通信設備及進排氣設備。他們構成了潛艇的眼、耳、口、鼻,共同承擔起重要作用。

一、潛艇的眼睛。

潛望鏡是潛艇指揮台圍殼上最重要、最顯眼的設備之一,也是大家最熟悉的,每一艘潛艇都離不開它。它用於觀察海空環境、天文導航、偵察照相、​搜索瞄準目標、併為魚雷提供必需的攻擊數據。

潛艇誕生不久,潛望鏡就出現了,至今已陪伴了一百多年。1854年,德國人瑪麗•戴維發明了第一種有兩面反射鏡的潛望鏡。1872年,人們又用稜鏡替代反射鏡,使觀察效果進一步提升。

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美國長尾鯊級核潛艇上的搜索、攻擊潛望鏡

早期的潛望鏡都是光學潛望鏡,較大的潛艇上通常裝備兩根,一根搜索,一根攻擊。

搜索潛望鏡頭部大,安裝的設備也多,視野範圍大、放大倍數低,用於對海空快速搜索、天文導航、偵察照相等。而攻擊潛望鏡為艇長專用,視野較小、放大倍數高、圖像清晰,可測定目標方位、距離和角度,為魚雷裝定提前發射角。它的頭部較小,水面阻力和激起的航跡也小,隱蔽性好。

歷史上,美俄英法德都是潛望鏡生產大國,都擁有著名的光學器材公司,如美國科爾摩根、英國皮爾金頓、俄羅斯羅蒙、法國泰利斯、賽峰集團、德國卡爾·蔡司等。

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美國洛杉磯級潛艇上的雙潛望鏡

二戰期間,美國艦隊潛艇上的2型和4型潛望鏡,就是科爾摩根公司生產的攻擊、搜索潛望鏡組合。

從指揮台圍殼上看去,兩種潛望鏡共用一個圍阱,並與艇內的指揮艙相連。鏡體分內、外管兩部分,外管抵抗海水壓力、保持密封,為內管升降、旋轉提供導軌;內管裡安裝著多級稜鏡和反射鏡組成的望遠系統,透鏡上覆蓋增透膜層,以最大限度的將光線傳送到目鏡中。

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傳統潛望鏡貫通艇體

潛望鏡長度受潛艇直徑和指揮台高度限制,一般在十幾到二十幾米之間。常規潛艇直徑小,潛望鏡長度多在15米以內。如俄羅斯“拉達”級潛艇直徑7.1米,日本“蒼龍”級潛艇直徑9米,它們的潛望鏡也就十幾米左右。核潛艇體型大,耐壓殼直徑也大,所以潛望鏡長度增長到20多米。如法國“凱旋”級戰略核潛艇總高21米左右,潛望鏡就有25米長。

隨著技術發展和需求增長,到20世紀70年代,光學潛望鏡上又陸續增加了像增強器、紅外探測儀、微光電視、激光測距儀、電視攝像機等光電設備,使光學潛望鏡邁入第二階段,升級為光電潛望鏡。

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各種光電設備

如美國76型、18型,英國CH84、CH85型、法國“皮瓦爾”型等都是知名的光電潛望鏡。

光電潛望鏡裡除了常規可見光通道外,還有紅外通道、電視通道和微光通道,可選擇多種光電傳感器,在夜間和惡劣天氣下觀察效果好、測距精度高,還可集成ESM預警天線等。

各光電設備拍攝的圖像,通過光纖和電纜直接傳送到顯控室屏幕上,供多人同時觀察和分析,解決了以往只有一人觀察的不足,提高了工作效率。

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多通道傳送圖像

到80年代初,美國科爾摩根公司又推出了非穿透式光電桅杆方案,徹底拋棄了光學通道,只使用光電通道,成為潛望鏡歷史上的一次技術革命。

傳統光學/光電潛望鏡龐大笨重,安裝時需要在潛艇耐壓殼體上開個大洞,降低了密封性、耐壓性,艇體結合部也容易漏水。而光電桅杆不進入艇體,直接安裝在耐壓殼體上方,只需一個小孔讓光纖和電纜穿過即可。不但解決了密封承壓問題,還節約了很多艇內空間,能安裝更多的其他設備。

潛艇的“眼耳口鼻”——圍殼上那些長長的管子到底啥作用?

不穿透,就是好

另外,傳統潛望鏡要求指揮台圍殼與控制室上下位置一致,限制了圍殼設計。而光電桅杆可以自由安排圍殼,使其處於最佳流體動力位置,使潛艇機動性更強。

光電桅杆搜索效率很高,隱蔽性非常好。英國“機敏”級核潛艇上的3CMO 10型光電桅杆只需伸出水面3秒鐘,就能完成360度全向偵察並將圖像送至顯控室。在這麼短的時間裡,敵人很難捕捉潛望鏡信號,從而使隱蔽性大大提高。

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英國機敏級潛艇上的光電桅杆

正因為光電桅杆有如此多的優點,所以各國都積極研發,互相競賽。美國“弗吉尼亞”級核潛艇上裝備2根BVS-1型光電桅杆,具備紅外、電視、GPS接收等功能。法國“梭魚”級核潛艇裝備“西格瑪”30系列光電桅杆,俄羅斯潛艇上也有羅蒙公司研製的“磚雨”光電桅杆。

美軍下一步計劃將所有“洛杉磯”級、“俄亥俄”級核潛艇上的光電潛望鏡都替換成光電桅杆,成為擴展戰力的倍增器。

除了潛望鏡,在不可見光波段,圍殼上還有另外一雙眼睛——偵察雷達。

偵察雷達作用距離遠,定位精確,是瞭解戰場態勢的重要裝備,為魚雷、導彈提供準確數據,也能導航。潛艇對岸定位及進出港口時,偵查雷達都是必不可少的。

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升起的偵察雷達

它的缺點和主動聲納一樣,都是不能經常使用。全怪雷達波會暴露位置,破壞隱身,所以只能在安全區域或特定情況下使用。

二、潛艇的耳朵。

有了犀利的“鷹眼”,潛艇還需要一雙“狼耳”。憑藉它,潛艇能傾聽水面和天空任何風吹草動,提前感知危險。

在水下,潛艇的耳朵是聲吶,對海對空則是電子偵察系統。它包含了雷達告警、電子支援、敵我識別和情報偵察等多種功能,可以被動收集電磁波,測算輻射源位置,一旦探查到反潛飛機、艦艇等天敵,就可以快速下潛,逃之夭夭。

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偵察天線

有些潛艇上還安裝了簡易偵察天線。因為主偵察天線性能雖好,但不適宜長期工作,所以平時以簡易偵察天線警戒,發現可疑信號再啟動主偵察天線確認。偵察天線裡的IFF應答系統,也能讓潛艇區分遠處的目標是敵是友。

​許多潛艇的偵察天線與潛望鏡、偵查雷達集成到一起,使指揮台圍殼更簡潔。

潛艇的“眼耳口鼻”——圍殼上那些長長的管子到底啥作用?

簡易偵察天線

三、潛艇的嘴巴。

潛艇雖是個沉默的傢伙,但並不是啞巴,面對戰場傳輸情報和求救時,它也有張嘴說話的強烈需求。

所以指揮台圍殼上安裝了各種各樣的通信天線,覆蓋範圍極廣,從極低頻、甚低頻、低頻一直到高頻、超高頻、極高頻,一網打盡一個都不能少。

潛艇水下航行時,只接收甚低頻、極低頻等穿透性強的長波信號。淺水航行時,與附近的軍艦、飛機及岸基、衛星通信,就依靠圍殼上的高頻、甚高頻和衛星天線了。

為了確保穩定可靠,大部分潛艇裝備2根或2根以上通信天線,這些天線互相補充,也互為備份。

潛艇的“眼耳口鼻”——圍殼上那些長長的管子到底啥作用?

頂端又細又長的是高頻(HF)天線,以短波與岸基通信;短粗的是甚/特/超高頻(UHF/VHF/SHF)天線,以超短波與其他水面艦艇和飛機通信。而甚/極高頻衛星天線,則極大拓展了通信能力,使其與水面艦艇一樣,能輕鬆及時的將情報傳遞出去。

這些天線只能在水面狀態或潛望鏡狀態使用,同時通信宜短宜快,最好瞬間發送或在安全區域進行,以免暴露。

四、潛艇的鼻子。

我們都知道,鼻子除了嗅覺,還有一個重要功能是呼吸。潛艇也需要呼吸,因為柴油機需要大量空氣。現代潛艇上都有通氣管,用於進氣排氣,核潛艇上有備用柴油機,也同樣需要通氣管。

潛艇的“眼耳口鼻”——圍殼上那些長長的管子到底啥作用?

通氣管裡有浮子和閥門系統,當海浪湧上來時,浮子上浮閥門關閉,就能阻止海水進入。

通氣管原理雖簡單,卻是一個事關生命的重要設備。通氣管一出問題,大功率柴油機將在短短2分鐘之內將艇內氧氣消耗一空,且艙門在內外氣壓差下無法從內部開啟,艇員完全不能自救,必將導致慘重損失。1939年,美國“角鯊”號潛艇下潛時通氣管沒有完全關閉,海水大量湧入,導致27人遇難。

潛艇的“眼耳口鼻”——圍殼上那些長長的管子到底啥作用?

通氣管

早期的潛艇充電時要浮上水面,二戰後期,德國U型艇被盟軍反潛飛機壓的抬不起頭來,連夜間充電都危機重重。所幸德國侵略荷蘭時意外獲得了通氣管技術,於是工程師在潛艇上安裝通氣管,使其在水下也能充電,大大改善了作戰性能。和風漫談原創,禁止抄襲。

通氣管又粗又大,形成的航跡很明顯,人們使用流線形導流罩,在一定程度上減小了阻力和航跡大小。

潛艇的“眼耳口鼻”——圍殼上那些長長的管子到底啥作用?

流線形導流罩

另外,排氣管排出的廢氣溫度很高,容易被紅外探測器發現。所以人們又想出了空氣冷卻、海水冷卻、水下排氣等方法,使廢氣溫度大幅降低,降低了發現概率。

總之,在“眼、耳、口、鼻”等先進設備的鼎力幫助下,再加上一貫的隱身和聲吶特長,現代潛艇當仁不讓的成為“海中蛟龍”!遠可闖龍潭虎穴,深可下五洋捉鱉,成為保衛祖國,卻敵於千里之外的神兵利刃!


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