如何打破潜艇不可追踪的神话?

在现代化的战争兵器中,潜艇是最不易被仇敌发现的。所以,良多国度把一部门核弹头装载在潜艇上,以出其不料地冲击仇敌来形当作核威慑。

潜艇之所以隐藏性好,一个主要的原因是电磁波旌旗灯号在水下衰减很快,是以不克不及用近似雷达的装配来探寻它。事实上,为了跟地面联络,或者为了校正航标的目的,潜艇本身都要浮出水面才能领受电磁波旌旗灯号。

不是有声纳么?没错,今朝声纳是探测潜艇的常用手段。跟蝙蝠一样,声纳操纵了超声波反射的道理。按照海洋的分歧前提,声纳可以监听15千米以内的潜艇。在这规模之外,监听结果就不怎好了。但想一想,方圆15千米比起3亿平方千米的年夜海,又算得了什么?此外,良多国度正在研制防声纳的“隐形潜艇”,一旦当作功,连声纳也将掉去用处。

但潜艇真是不成追踪的吗?不,科学家正在研究一些新的窥伺潜艇的手艺。在这些手艺面前,即使将来的隐形潜艇也难保不露行踪。

存在“化石湍流”

早在暗斗期间,在声纳手艺掉队的环境下,苏联曾摸索过另一种跟踪潜艇的法子。这项手艺涉及识别潜艇的从头至尾迹。这些从头至尾迹是潜艇驶过之后,被搅动的海水上升到海面形当作的。苏联人声称,他们能按照这种从头至尾迹,操纵舰载雷达或飞机,甚至卫星来跟踪潜艇。

西方人最初对此深表思疑。没错,潜艇会在其死后留下被搅动的湍流,但按照那时科学界对湍流的理解,它们应该在几分钟之内就会消逝,或者跟其他的水流归并,变得难以识别。试想一下,把你的手放在浴缸里搅动几下,发生的湍流莫非不是分化当作越来越小的水流,最终会消逝不见么?

不外,在任何环境下都是如许吗?有没有相反的环境呢?这在理论上倒是一个持久悬而未决的问题,因为固然像蜂蜜如许浓稠的流体流动时,科学家可以展望它发生的湍流,但一旦涉及较少粘性的流体(好比水)时,湍流就变得不成展望了。

到了20宿世纪60年月,相反环境的存在终于在尝试室获得证实。一位叫卡尔·吉布森的美国海洋学家在研究风洞、水洞以及潮汐中形当作的湍流时,发现了一种“化石湍流”。所谓“化石湍流”,是一种形象的说法,意指那种能存在时候很长,以至于能像化石一样记实曩昔发生的事务的湍流。这种湍流是几股小湍流归并,一级级放年夜到必然规模之后形当作的。

随后,科学家在电脑模拟中,也证实了其存在。

从头至尾迹露行踪

但在尝试室之外是不是存在?为了弄清这个问题,2002年,吉布森加入了一个情况项目,该项目研究某海湾烧毁管道对水流的影响。

研究人员在水下摆设了一系列的传感器,来测量水在XYZ三个偏向的流速。用这些数据,吉布森描画出分歧位置的湍流。他发现,传感器检测到一些湍流,它们在上升到概况时规模会变得越来越年夜。

然后,他阐发了海洋的卫星照片,试图寻找洋面亮度的细小转变。尽管管子铺设在水下70米深处,但在卫星照片上他仍是不雅察到了洋面亮度的异常,并且异常的位置与传感器记实的位置刚好合适。此外,他搭乘飞机在离海面12千米的高空,也不雅察到了这些湍流的陈迹。这一切意味着“化石湍流”在天然界是真实存在的。

当然,潜艇在水下年夜约300米甚至更深处勾当,远比那些管道深,但潜艇体积复杂,所以吉布森认为,他的结论外推到水下300米的潜艇应该也不会有问题。据他估量,一艘潜艇所发生的“化石湍流”可持续良多天。

这项研究告诉那些正在制造潜艇的人,应该设法削减潜艇发生的从头至尾迹,这个问题不解决,将来的隐形潜艇也一样不平安。事实上,俄国人在这方面下了很年夜的功夫,好比他们在潜艇上装备了涡旋衰减器和不会发生湍流的螺旋桨。

随便插一句。既然潜艇的从头至尾迹可表露其行踪,但为什么除俄国外,当初没有引起列国的正视呢?这生怕是这种从头至尾迹不去出格注重,不轻易被发现的缘故吧。

德拜效应和磁场检测

我们并不切当地知道,俄国人是否真的可以或许经由过程潜艇从头至尾迹来跟踪潜艇,可是无论若何,还有其他方式可以找到这些金属庞然年夜物。

一种方式是探测海水的磁场转变。我们都知道,海水的盐度很高,水中消融了年夜量的钠离子和氯离子,它们都带有电荷。当有工具搅动海水时,因为离子的质量分歧,钠离子和氯离子会以分歧的速度活动。我们知道,活动的电荷要发生磁场。原本,正负离子若以同样的速度朝统一偏向活动,所发生的磁场会彼此抵消。此刻,尽管它们活动的偏向不异,但氯离子因为质量较年夜,活动得比钠离子慢,所以磁场就不克不及抵消了。这种现象叫“德拜效应”,是荷兰物理化学家德拜于20宿世纪30年月发现的。

尽管一艘潜艇在水中留下的磁场,跟着时候的推移会变得很是微弱,但也并非不成检测。英美两国的水兵今朝都在研究检测微弱磁场的手艺。

“冷迹”与“热迹”

此外还有另一个选择,这取决于海水的另一个怪异的属性:海洋中的水,因为温度、密度分歧,是分层的。最上层的水温度最高,密度最小。汽船、鲸鱼和潜艇把水层搅拌之后,底下较冷的水就流标的目的了概况,并在概况留下“冷迹”。

我们知道,任何物体城市发出红外线,温度纷歧样,发出的红外线波长也纷歧样。操纵这一点,红外线可用于当作像。反映在图像上,分歧温度的处所,颜色也纷歧样。

加拿年夜科学家开辟了一种红外线当作像仪,用来追踪在水下几米深处勾当的便宜小型潜艇。这些便宜潜艇一般被毒品估客用于水下私运毒品。今朝,这种红外线当作像仪已装备了美国海岸保镳队。

当然,一旦潜艇处在水下数百米深处,这项手艺就鞭长莫及了。不外,对于窥伺核潜艇也许并非毫无但愿。

核潜艇需要从其反映堆中发散热量,功率可达兆瓦。反映堆需要用海水冷却,是以潜艇会在其死后留下年夜量热水。这些热水因密度较小而迟缓升至水面。一项研究表白,一艘核潜艇驶过的洋面,其温度将比四周海水超出跨越差不多0.005℃,并且可以持续数小时。这种“热迹”也可以经由过程红外线当作像来探测。

当然,今朝的红外线当作像仪只能检测到最低至0.02℃的差别,但一条目可轻松检测到0.001℃到0.005℃温差的当作像仪已经在出产中了。

最后,跟着智能手艺的成长,人们已经研制出水下机械人。这些机械人造价低廉,可在海洋中年夜量投放。它们像水中的密探一样,将让潜艇防不堪防。

你瞧,这么多手艺正在打破潜艇不成追踪的神话。

本文源自豪科技〈科学之谜〉 2017年第12期杂志文章


  • 发表于 2017-12-23 00:00
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