反潛巡邏機大尾巴磁探儀是什麼工作原理,怎麼發現海底的潛艇?

紅龍軍團長


固定翼反潛巡邏機尾部的“大尾巴”是磁探儀,也叫磁異探測器,是航空反潛時用來探測“因潛艇活動引起的局部區域磁場異常變化”,從而獲取潛艇蹤跡的反潛裝備之一。一般來說,固定翼反潛巡邏機尾部會安裝體形較為碩大的“尾椎狀”磁探儀,如下圖所示(反潛巡邏機並一不一定都會裝磁探儀):

反潛直升機上有時也會裝備磁異探測器,但是與固定翼反潛機上的結構不同,通常安裝在直升機側部的掛架上,使用時採用吊放結構,例如美製反潛直升機上攜帶的AN/ASQ-81(V)磁探儀(如下圖所示):

雖然固定翼反潛機與反潛直升機上的磁探儀外形結構有很大不同,但是其基本工作原理頗為相似。接下來我們來大致說下為何磁探儀能夠探測到水面下的潛艇以及其基本工作原理。

潛艇活動能夠引起周圍海域的磁場異常

潛艇本身是一個由大量複雜結構構成的鐵磁體,並且艇上安裝有大量的電纜和電子設備。由強磁材料構成的艇殼在建造和運行過程中,會受到地磁場的不斷磁化;同時,艇上電纜電流和電子設備在工作時也會持續對潛艇磁化,產生一個逐漸積累的固定磁場。潛艇在航行時,由於航態變化、經緯度不同等因素,又會產生一個實時變化的感應磁場。此外,還有由其他原因引起的交變磁場和雜散磁場。這些磁場共同作用構成潛艇磁場,在局部空間內形成一個疊加於地磁場的附加磁場,造成局部海域磁場畸變發生異常。而航空反潛磁探儀就是通過“捕捉”這種有別於環境磁場的異常場域,來發現潛艇活動的蹤跡。

雖說現代潛艇基本都會定期到消磁站進行消磁處理,以消除固定磁場;同時艇上還會安裝消磁系統,以對抗感應磁場的產生。但是,消磁作業和消磁系統不能完全“清理乾淨”,而且隨著潛艇再次出海運行,固定磁場又會快速積累,直到引起明顯的磁異反應。因此,磁異探測器就有了用武之地。

磁異探測器(磁探儀)的原理

一般來說,從磁場感應範圍的角度來說,磁探儀傳感器可以分為低強度、中等強度和高強度三種磁場傳感器,其中中等強度和高強度磁場傳感器多用在民用領域。軍事領域一般使用低強度磁場傳感器(弱磁探測傳感器),用來探測0.1nT以下的磁場異常,可以用於反潛和反水雷作戰。一套磁探儀由磁探頭模塊、數據收集模塊、信號處理分析模塊組成。


工作時,磁探儀的磁探頭模塊用來偵測磁場信號,並將其轉化為電信號(有點類似於潛艇聲吶上的聲探器和換能器,將捕捉到的聲信號轉換為電信號),傳遞給數據收集模塊。數據收集模塊負責將收集到模擬電信號數字化,發送至信號處理分析模塊,進行數字信號的比對、分析,從而將處理好的目標信息顯示在顯控臺上。


裝備空間


先上圖▼。這是我國第一款反潛巡邏機“高新6號”,它的機尾就有著一根大尾巴,是一根又長又粗……我是正經軍事作者!這個大尾巴呢是反潛巡邏機搜索潛艇的主要設備,磁探儀(MAD)。利用磁異常探測來確認潛艇的技術在二戰後就有運用,其原理很簡單。地球存在地磁場,而潛艇是大型金屬構件,時間久了就會被磁化。當它被磁化之後,本身就帶有磁場,這個時候潛艇自身磁場就會干擾附近的地磁場。而反潛巡邏機尾巴上的這根大棍子就是探測磁場異常系統(Magnetic Anomaly Detection)的主要探測設備,叫做磁探儀或者磁探針。通過將異常磁場探測設備,360°的全方位對海搜索雷達和空投式的聲吶浮標整合安裝到飛機上,就整合成為了一架反潛巡邏機。其工作方式為飛機長時間在特定海域滯空巡邏,通過對海搜索雷達和磁探針去定位敵方潛艇的大致位置。然後向大致位置投放聲吶浮標,最終獲取準確的目標信息。然後反潛巡邏機自行投擲魚雷,深水炸彈,或者向艦隊報告,艦隊和反潛巡邏機共享目標數據,併發射反潛導彈攻擊潛艇。



然而,使用異磁探測的方式搜索潛艇有兩個非常大的缺點。

第一個,探測距離相當捉急。我手上有兩份十年前的資料,一個是美國海軍學院給出的數據,從傳感器到目標的有效探測距離為500M。另外一個是俄羅斯Ka-27PL反潛直升機的數據,其磁探針的有效距離為400M左右。以美國當時的最大探測距離和P-3C道歉巡邏機作為參考。探測距離500米,兩側加起來就是1公里,而P-3C的巡航速度644公里每小時。也就是說,一架P-3C反潛巡邏機值班巡邏一小時,可以完成644平方公里的掃描。


這個數據乍一看很好看,但是真正分析起來就會發現,其實這樣的數據並不行。P-3C每小時可以搜索644平方公里海域,它的最大任務航程為4410公里,也就是任務滯空時間為7小時左右。這期間,它能夠完成4410平方公里海域的潛艇搜索任務。這樣的數據對於世界上任何一塊海域來說都是微不足道的。所以世界主要幾個國家都在想辦法增強磁探測系統的靈敏度,以達到增大探測距離的目的。

剛剛的數據是十年前了,當時已經遇到了技術瓶頸,無論是美國還是俄羅斯都卡在了這個水平上。目前十年過去了,具體的技術水平是各國的機密。不過按照技術發展規律來看,10年間的突破應該並不會太大,估計現代的磁探測距離比500M遠不了多少。正因為探測距離較短,目前世界各國都在想辦法突破技術瓶頸,希望獲得性能更為先進的異磁探測系統。反潛巡邏機肚子裡貨不少

第二個缺點,探測深度小。目前世界上的核潛艇下潛深度大多在400米左右,而異磁探測的深度是肯定達不到400米的。也就是說,很多情況下,反潛巡邏機發現了敵方潛艇,敵方潛艇快速下潛就能夠擺脫。這個時候反潛巡邏機想要進一步跟蹤的話,就需要立馬向該目標區域投擲主動聲吶浮標。在主動聲吶的配合下,探測深度和距離都不再是問題,只要潛艇在這附近就會被盯上。所以反潛巡邏機是依靠異磁探測搜索,聲吶跟蹤,魚雷導彈攻擊。

反潛巡邏機是反潛強國的標配裝備,目前擁有的國家不多,基本上就是美俄中和日本等幾個國家。其中日本沒有研發能力,但卻是是反潛力量最強悍的。這是因為日本位置特殊,靠著美國的兩個主要對手。面對兩個對手強大的水下力量,美國直接提供裝備,讓日本海軍直接充當了美國航母戰鬥群的反潛作戰中心。目前日本擁有大量的反潛巡邏機,常年在附近巡邏,讓我國的潛艇很難受。不過遲早有一天,我們的高新6號也能大規模服役,讓他們的潛艇也體驗一下出海就被人盯著的感覺。


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