爲什麼潛艇在水下能認路?

花花心心

潛艇是一種潛伏在水下以隱蔽性著稱的武器。然而世界上沒有十全十美的武器,潛艇為了達到自己的隱蔽性也犧牲了很多性能,首先就是艇員的生活空間少的可憐,另外就是許多網友百思不得其解的潛艇到底是怎麼認路的。

電磁波在水下衰減很快,這現象從我們用手電筒往水裡找就可以知道,因此潛艇很顯然無法用衛星導航。潛艇有在水下因此也無法用古老的觀星術或者太陽導航,於是乎人家只能採用笨辦法,憑藉自己的記憶來認路了,這一點和盲人無異。

為了實現這個這種認路方式,潛艇在出航前都會早早的就規劃好航行路線,也就是說潛艇的巡航路線都是事先規劃好的。由於為了提高隱蔽性,潛艇一般不會打開主動神吶探測因此在規劃航線時需要將航線上的想暗礁,沉船,島嶼,山等各種情況都要準確的標出來,這就要求海圖的精度極高,為了達到這個目的會有專門的勘探船經常更新海圖。有了規劃以後就要知道自己的位置對自己的航線進行修正了,由於衛星導航,觀星什麼的都不能用,因此潛艇只能才有慣性導航了。由於其工作獨立,因此可以不受外界影響但是其本質依舊是依靠自身的對各項參數的計算來確定自身的位置。

綜上所述,潛艇再海里面主要依靠的就是海圖外加陀螺儀來認路,這個的本質和盲人憑藉自己的記憶來認路是一樣的。


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那是因為任何艦船都有導航系統的啊親。

以潛艇而言,其水下的導航系統可以分為如下幾種類型,每一種類型獨立工作,可以做到互為備份。一是航位推算,這是最古老的航海測量法,它的原理十分簡單,就是根據艦艇的初始出發狀態,結合航海日誌標定的艦艇航向、航速數據,通過海圖作業標記出潛艇的大致方位,比如航海日記上記錄“XX時XX分XX秒航向XXX航速XX”,到下一階段記錄“XX時XX分XX秒航向XXX航速XX”,在兩個記錄的區間,就可以通過“時間乘以速度”這個簡單的公式計算出潛艇的航跡了。但是航位推算法誤差較大,只具有參考意義,難以作為戰時實施機動佔位的依據;二是慣性導航,同火箭與飛機上的慣性導航系統類似,潛艇上的慣性導航系統也由高精度的慣導陀螺與加速計組成,其作用類似於手動的航位推算,是通過加速度對時間進行兩次積分來獲得潛艇的位置,但是慣性導航的測量精度更加準確,且基本上做到了自動化測量。不過慣性導航系統由於有陀螺儀的漂移誤差,工作的時間越長,誤差越大,如果潛艇長期在水下潛航,則誤差可能會大到必須上

浮到海面使用六分儀校準的地步;三是水聲導航,由艇內的接收機與海底佈設的換能器陣列組成,大致的導航方式是三角測量法:水底的換能器陣向外發出特定頻率的聲波並由艇上的接收機接收,通過測量接收時間即可確定距離換能器的位置,同時接收到3個換能器的聲學數據後即可推算出本艇位置。這一導航方式已經被西歐多個國家用於商業化潛水器作業,但是在軍用領域受限較大;四是地磁導航,通過艇上設備對於所處區域的磁場特性、重力特徵、海區環境進行測量,結合預先存儲於數據庫中的相關數據,即可推算出潛艇當前所處方位。當然,這一導航方式極度依賴預先的海洋調查船隻的數據收集與更新。總的來說,潛艇的水下導航極為複雜,是多學科、多兵種齊心協力、也是平時收集與戰時保障的結晶。

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軍武次位面

潛艇,是水下作戰的艦艇,也稱為潛艦、潛水船,種類繁多,形態各異,小的僅載數人為幾十噸的民用水下探測器,大到有上萬噸載數十枚核導彈的核潛艇,。

水下幾十米甚至幾百米的海底,漆黑一片,那麼潛艇在茫茫大海下航行,看不見路的情況下,是怎麼行駛,又不會迷路,又不會碰上水下的礁石,或與別的潛艇相撞呢。

其實,潛艇出航前,都做好了相關的準備工作,負責導航的軍官和海航部門,就已經規劃出了一條航路,並把航路中的各種要素如島嶼、淺灘、暗礁、水深、海流等事先標註在海圖上,潛艇出航一般都是按照既定的航路行駛,只要依航行時間推算,就知道潛艇在何處了。

但潛艇在深水之中,無法觀察到外界的導航標誌,先進的水下導航儀器定位時,就要不斷地修正航路,才能確保不偏航。潛艇主要依靠慣性導航系統,是當前唯一能向潛艇導航和武器發射提供必要參數的設備,與其它導航方式比較,其優點除了精度高、自動化程度高外,最為突出的是工作完全獨立。

在潛望鏡深度航行時,依靠潛望鏡、雷達、六分儀等觀測設備,可以對島嶼、岸上目標,以及天體星座進行觀測,利用這些參考物,就可以精準確定潛艇所在的位置。

在潛望鏡深度,潛艇可以接收到岸上長波電臺發出的無線電信號,就能推算出潛艇所在的位置,這是最精準的辦法,能確保水下的潛艇不迷路,能順利開出去,也能順利回到軍港。

本文由“國平軍史”發佈,2018年3月16日於杭州。


國平軍史

為什麼潛艇在水下能認路?關鍵是有這項技術,它相當於潛艇的“眼睛”。一旦潛艇的眼睛出現了問題,就會發生可怕的一幕。

  2005年1月8日,美國洛杉磯級核潛艇“舊金山”號在水下航行時,以每小時46公里的速度撞上了一座海底山,98名船員受傷,1人死亡。

  “舊金山”號艇首撞成一團亂麻,所幸核反應堆沒有受損。

  事後,艇長摩尼上校被解除職務,並遭到處分。而他在聽證會上則解釋,海圖上並沒有標明出事海域有任何海底山!

  海圖是由美國國家地理空間情報局提供的,他們說,那座山是新“長”出來的……

  而另一次大眾較為熟知的核潛艇撞擊事件則是2009年,英法潛艇深海相撞,撞了後雙方都不知道撞了啥,都以為是什麼不明物體。直到回港查看傷勢後,幾番周折,兩國才知道,那個所謂的不明物體原來是對方的戰略核潛艇。

  以上兩例都是2000年以來的潛艇撞擊事件,如果時間往前推,那案例多得都可以寫一本書了。

  水面艦艇航行時有各種導航手段,即使失去一切手段,大不了還可以目視。然而,潛艇則不然,它們的導航手段屈指可數。首先是各種衛星導航不能用,因為你首先得浮上水面才可以,而如果隨時上浮,那就不叫潛艇了。

  不是還有主動聲吶嗎?你為什麼不開,怕費電還是怎麼的?不開的原因也很簡單,容易暴露行蹤。戰略核潛艇的使命是確保相互毀滅,確保具有第二次核打擊的機會,你若是在海下開著聲吶到處暢遊,追鯨魚逗鯊魚,這確實灑脫得很,但你已經失去作為核潛艇的意義。

  這就不好玩了,潛艇深海潛航,如果不開主動聲吶,那豈不是像瞎子一般?大體差不多。

  這樣的潛艇誰敢去駕駛?別急,因為潛艇,尤其是核潛艇,它們每次執行任務時是這樣的:出行前,就提前制定好一條預先的航路。 

  比如這樣,這只是隨手舉的例子,如有雷同,也不可能有雷同呀……

  在這條預先的航路上,負責導航的軍官會把航路上各種要素詳細地標出來:那裡有島嶼,這裡有暗礁,還有這兒有沉船,水深是多少?海流情況怎樣?等等,各種要素都會一一標出來。

  問題又來了,你是給我提前預定了航路。然而,水下航行時不知道指南針好不好使,即使可用,它也不靠譜呀,萬一我偏離了航向豈不是麻煩?

  這裡,我們就需要用到一個高大上的儀器了,它就是陀螺儀。

  陀螺儀

  

  陀螺儀有一個非常重要的特性,這就是定軸性。

  上圖中,外面兩個框架在動,它們所代表的軸也在不斷改變方向,而最裡面的框架,雖然也動,但它的軸始終不變,這就是陀螺儀的定軸性,它就像指南針一樣,永遠指著一個方向,但比指南針靠譜。 

  定軸性提供了一個參考系,所以陀螺儀可以給飛機和潛艇等提供各種航行姿態的信息。

  有了陀螺儀,我們就能確定,何時偏離了航向,偏離了多少等等。現代的陀螺儀已經發展到好幾代了,最新的是激光陀螺儀和光纖陀螺儀,在這樣的陀螺儀中,已經沒有轉子存在,精確性大大提高。

  顯然,僅僅是知道航向還遠遠不夠,到了那座暗礁旁,我就應該往左45度開,但我怎麼知道到了那座暗礁了?

  這也不難。首先,核潛艇出發前,就已經知曉了自己初始位置的精確座標,它距離那座暗礁有多少公里也是精確可知的,所以,只要行駛了多少公里後,就知道是不是已經到了那個地方,或者距離那個地方還有多遠。

  然而,潛艇並非從頭到尾都以一個固定的速度航行,有時加速了,有時減速了,我們又怎麼斷定到底行駛了多少公里呢?

  此時,我們又得使用另一個儀器——這就是“加速度計”。  

  加速度計大概原理。

  乘車時,當司機突然加速,我們就會往後靠,突然減速,我們就會往前撲。根據這個原理製成的加速度計,配合各種複雜的計算,就能實時地知道當前速度,以及行駛了多少里程等。

  陀螺儀和加速度計配合使用,它就是傳說中的慣性導航,其為潛艇最最主要的導航方式。

  核潛艇沒有駕駛窗,即使有也沒用,幾百米深的海漆黑一片,看美人魚那是不可能的。所以,潛艇的水下潛航,其導航方式有點兒類似於,你在黑夜裡行走,而卻精確地知道每一步跨過的距離,往正南方向走15步,就會到達牆的拐角,再往右23步,前方有個井,它沒有井蓋,必須停住,再往左30步……然後就到家了。

  此時,如果有位盲人也在這條路上,那麼你倆就可能相撞了。就像英法核潛艇相撞一樣,當時,英法兩潛艇低速行駛,噪音極低,雙方的被動聲吶都沒有聽見(也許是寂寞的聲吶兵在看照片也說不準),總之是撞上了。

  還有,如果你的前進道路上,前兩天突然墜落一塊大石頭但你不知道,或者是該有的井蓋結果被偷了,那麼你也只能認栽。就像是美國的舊金山號核潛艇一樣。

  慣性導航的特點

  慣性導航,其誤差會隨著時間累積,誤差大到一定程度就得上浮校正位置。而現在的慣性導航已經很先進,誤差很小。目前比較先進的艦船慣導系統,可以實現航行三天三夜只誤差370米左右,隨著技術的進步,誤差只會越來越小。

  慣導之所以成為潛艇最主要,甚至說是唯一的導航方式,是因為它有兩大優點。

  一是,慣導無須接收外部任何信息。無論是衛星導航還是無線電導航或者是天文導航,它們都需要浮出水面或者是靠近水面,這容易暴露目標。而慣導天不靠地不靠,只靠牛頓——慣性定律是他弄出來的。

  二是,慣導不會向外輻射能量,從而也不會暴露自己,這種不聲不響的品質跟核潛艇最般配。

  

  慣導不但用在潛艇上,它還用在導彈上。有人甚至說,彈道導彈打得準不準,70%依靠慣導的精度。  

  因此,人們常把核動力、導彈和慣性導航稱為戰略武器的三大關鍵技術。


軍情一線

在專業級的水下機器人世界中,基本上分為兩種類型:對執行檢查任務有好處的遙控無人潛水器(ROV)和更適合網格搜索的自主水下航行器(AUV)。

最近Aquabotix將這兩款產品結合在一起,併發布了一款稱為Integra AUV / ROV的產品。

當作為ROV使用時,Integra連接到一根與岸上一個Wi-Fi控制箱相連的光纖電纜。然後,操作員使用與該箱體通信的移動設備(或計算機)上的應用程序實時控制車潛水器。因為這個應用程序是基於瀏覽器的,所以它們不需要放在箱子旁邊\n - 它們實際上可以被放在世界上任何有互聯網服務的地方。

當Integra作為AUV使用時,將電纜拔下,並使用基於Windows的程序將任務預編程到水下航行器中。一旦放入水中,它就會執行該任務,自主地前往預設的航點並執行分配的任務。

一些Integra的其他功能還包括五個高扭矩電機,一個1080p\n / \n30fps的平移和傾斜控制攝像頭,4400流明的LED照明,以及包括深度,溫度,方向和GPS的傳感器組件。它還擁有一個5磅(2.3公斤)的有效載荷能力,這使得它可以配備額外的傳感器,包括聲吶等。

研究人員實際上推出了兩款Integra模型,可以下降到100或300米的最大深度。他們的電池壽命分別是四個小時和八個小時。

與我們最近看到的一些消費級“ 自主水下航行器 ” 不同,Integra並不僅僅是為了在水面下進行有趣的探索 - 其建議的應用領域包括執法,研究,環境評估,國防和基礎設施等。


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在一艘潛艇上,其中有一個人脖子特別長,因為此人不吃飯,天天吃鴨脖子雞脖子,潛艇潛入海底,他伸出脖子剩一個頭露在海面上,觀察海況,指揮駕駛室內操縱潛艇人員,這樣潛艇就可以遠航了……


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潛艇在水下如何識別路向,現代先進的衛星定位導航技術,在水下可能派不上用場,還是採用模仿生物海豚聲納導航技術,加上地圖識別航標,還有潛望鏡的作用,三管齊下,做到水下潛航準確無誤,把一切事故化整為零。


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從原理上講,潛艇水下認路和現在非常普及的汽車導航基本原理是一樣的。先得有海圖,然後再對潛艇進行定位。海圖都是靠平時通過各種途徑測量收集整理。潛艇在水下定位平時只能靠高精度的慣性導航系統。但是慣導系統時間長了就會積累較大的誤差,需要進行校準。此時潛艇就要上浮到潛望鏡深度,利用衛星、天文等方法對慣導系統進行校準。


俺就是熊

謝謝邀請, 關於這個問題 ,我在很多場合都講過,潛艇是如何在水下不會迷路? 是因為潛艇內部有很牛逼的指揮員,而指揮員跟水裡的美人魚關係甚好,所以到哪都有美人魚的幫助。為什麼有的潛艇出海都幾個月才能回來一次,就是因為他們出海迷路了,所以在海里一呆就是很長時間,要是不派人去找,他們很可能還有在過幾個月才能摸回來。 謝謝閱讀。 😃😃


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