提到冷戰時期美軍遍佈全球的SOSUS“水下固定水聲監聽系統”如雷貫耳，但知道它的來歷是一個“開腦洞”的海上求救系統麼？以後如何發展為IUSS“綜合水下水聲監聽系統”，冷戰後又如何向亞太和印度洋蔓延，大有從“捆熊繩”變成“縛龍索”的趨勢哦！

1.一切源於一個神秘通道的發現

上世紀三十年代，海洋學家們無意中發現了海洋中存在一個神秘的“深海低頻聲學通道deep sound channel”，也叫SOFAR（for Sound Fixing and Ranging）聲學通道，在這個通道里，低頻聲波能幾乎毫無損耗地傳遞數百千米！而離開這個通道，聲波在海水中也就傳播幾千米就衰減了。

SOFAR通道是以海洋垂直聲速剖面SVP的局部最小值深度為中心的一個水平通道，在這個通道中的低頻聲波可以以最小的能量衰減傳遞很遠的距離，而原因就是不同溫度的海水層形成了“通道折射”效應，使得聲波避免了在海面或海底的接觸損耗。

1944年春天，美國海軍曾做過一次實驗，由一組炸藥在水下發出週期性爆炸聲，在SOFAR通道傳遞了超過900英里依然清晰可接收！

但這個SOFAR通道被發現後，首先卻是用在一個“開腦洞”的海上救生系統裡，即海軍使用低頻聲波作為遠距離發送求救信號的工具。最初的構想是，海上墜機或沉船的倖存者可以扔一個炸彈在SOFAR聲學通道的深度爆炸，藉助SOFAR聲學通道的遠程傳遞，該爆炸信號可以傳得很遠，然後被陸地上許多間隔很遠的岸基監聽站接收到，統計分析聲波的到達時間差，就可以交叉定位計算出救生筏的大概位置。該項目被稱為SOFAR項目，以SOFAR聲學通道命名。然後，就沒有然後了。

2.蘇聯潛艇的威脅

時間很快到了二戰結束，蘇聯和美國及其盟友之間的冷戰開始了。到1950年，美國海軍意識到蘇聯潛艇是以德國二戰最好的潛艇技術為基礎的，對美國的海上安全構成了嚴重的威脅。美軍內部舉行了好幾次秘密技術會議來討論如何應對蘇聯潛艇的威脅。

雖然一戰就發明了原始聲納的SDF，二戰時期已經有了大量的主被動聲納探測潛艇的應用，但這些早期系統多采用較高頻率的聲波，有利水文條件下作用距離也就幾百米上千米。

於是二戰期間哈佛大學水下聲音實驗室負責人弗雷德裡克·亨特（Frederick Hunt）想到了SOFAR聲學通道，提出海軍可以使用SOFAR通道，來聆聽潛艇發出的噪音，在數百千米的距離上就能探測到潛艇!

還不止這個，弗雷德裡克·亨特還作了一個令人信服的論證，即無論潛艇本身是否處於SOFAR通道里，其發出的任何低於500Hz的低頻聲波幾乎都可以從任何震源深度滲透到SOFAR通道，然後就在SOFAR通道里進行遠距離傳輸，這就是SOSUS系統的科學基礎。

3.初期探索和SOSUS系統的誕生

幾百英里以外就能聽到蘇聯潛艇？這無疑太誘人了！

1950年底，美國海軍研究辦公室（ONR）資助給美國電話電報公司（AT＆T）及其製造部門Western Electric開發實用化的“海底監視系統”原型，以通過SOFAR信道檢測和跟蹤蘇聯潛艇。最初的項目代號為“Jezabel”。

與此同時，科學理論研究也沒有停步，著名的伍茲霍爾海洋研究所和加利福尼亞斯克裡普斯海洋學研究所等機構繼續進行理論和原理研究，重點針對海洋裡聲音的遠距離傳輸理論。這個項目被稱為Michael項目。

之後Jezebel項目和Michael項目進行了整合，就變成了高度機密的SOSUS系統（Sound Surveillance System）。作為掩護，對外的公開綽號是“Caesar凱撒”。

通過美國電話電報公司一系列非凡的工程努力，大量水聽器陣列被放置在海底。這些水聽器通過水下電纜連接到位於岸上的信息處理中心，這些信息處理中心的對外名稱非常模稜兩可，被稱為“海軍設施”（Naval Facilities，NAVFACs)。第一個全尺寸的SOSUS系統原型包括一個長達1000英尺的水平陣列，包括40個水聽器，部署在1440英尺的海底，於1952年1月在巴哈馬的Eleuthera建成。測試表明，該陣列能夠在很遠的距離上檢測到當時的美國潛艇，於是美國海軍決定在整個美國東海岸安裝類似的陣列，這樣就可以監視到從歐洲進入大西洋的蘇聯潛艇。

圖：第一批SOSUS臺站分佈於Barbados巴巴多斯到Nova Scotia新斯科舍省的一個巨大的半圓形，俯視著整個北大西洋。與蘇聯潛艇來襲方向呈直角

兩年後，海軍決定將系統擴展到西海岸和夏威夷。早期的SOSUS線陣列位於大陸架的邊緣，俯瞰深海。受當時技術水平限制，電纜長度不能超過150英里（241公里），因此NAVFAC信號處理中心必須位於大陸架最靠近陸地的沿海地區。

為了分析這些信號，AT＆T公司採用了一種稱為聲譜繪圖儀的設備（Sound spectrogram），這是當時被用來分析語音的最先進設備，用當時很尖端的靜電指針在特殊的靜電敏感紙上畫出黑灰色的紋路。安裝在NAVFAC中心裡的低頻分析記錄儀（LOFAR）被設計用於分析低頻水下信號的各種頻率特徵，然後在所謂的LOFAR圖譜中可以清晰分辨出潛艇產生的獨特聲音特徵圖譜。

圖：左邊是位於Centerville海灘的一處NAVFAC中心，位於加利福尼亞州舊金山以北225英里處。右邊是NAVFAC Centreville Beach的SOSUS頻譜繪圖儀。每個LOFAR頻譜繪圖儀能畫出從特定方向到達陣列的聲音的頻率與時間的顯示。

SOSUS系統在檢測和跟蹤嘈雜的柴油潛艇以及冷戰時期的蘇聯核潛艇方面非常成功。當然系統運作早期，SOSUS陣列的操作人員也發現了一些聲音的來源是最初未知的。一個特定的未知聲音被命名為“Jezebel怪物”，幾十年後才認識到可能是來自鯨魚。

隨著越來越多的蘇聯潛艇從巴倫支海和白海的基地開始進入北大西洋，美國海軍在冰島和英國威爾士也新建立了更多的陣列和NAVFAC信號處理中心。到二十世紀七十年代中期，全球的SOSUS系統由20個NAVFAC信號處理中心組成，分別隸屬於太平洋和大西洋兩個大洋系統司令部（COMOCEANSYSLANT和COMOCEANSYSPAC），工作人員多達3500人。

圖：1970s的SOSUS系統部署，黑星代表全球20個NAVFAC的信號處理中心，兩顆白星代表了兩個大洋的系統司令部。

在NAVFAC信號處理中心，所有聲學信號最終被處理為一個扇形的水平波束，其中特定的聲音信號都可以繪製為一個個小角度扇形，每個扇形的張角只有2-5度，表示了聲源的方位角。然後就是對聲源的時頻分析，區分出海洋背景噪音，以及與機械相關的特定的頻譜，這是識別目標的關鍵。

當時，每個NAVFAC信號處理中心裡擺滿了幾十臺LOFAR分析儀和數百名操作人員，而24小時工作的靜電敏感紙條繪圖儀散發出的煙霧和臭氧味道充斥著整個中心。這些記錄彙總到經受過專門訓練的分析人員那裡進一步分析，尋找潛艇特定的“聲學指紋”，進行身份識別，同時通過多個方位角扇形來交叉定位，預測其下一步走向，必要時給出預警。

1957年，SOSUS系統延伸到太平洋，除了北美洲，在關島、中途島、阿留申群島、檀香山都部署了NAVFAC中心。

在20世紀80年代，隨著民用海底電纜技術的飛速發展，SOSUS系統的電纜技術也得到了改進，最顯著的就是SOSUS系統的水聽器陣列可以位於距離NAVFAC更遠的地方，這樣就能大大減少岸上NAVFAC信息處理中心的數量，又能把SOSUS水聽器陣列向大洋深處延伸。

例如，所有的大西洋和加勒比地區的NAVFAC中心都被Dam Neck的海軍海洋信息處理設施（NOPF）所取代。此外，在海底固定陣列網絡基礎上，還增加了船載的機動式的拖曳監聽陣列傳感器系統（SURTASS），這是一個長達8000多英尺的船載拖曳線陣列，可以機動靈活在任何海區佈防，作為固定式SOSUS系統的補充。整個系統包括固定和拖曳陣列，被稱為綜合海底監視系統（IUSS）。

到了冷戰高峰的上世紀八十年代後期，整個IUSS系統包括11個NAVFACs / NOPFs岸基處理中心，14艘SURTASS船，兩個大洋系統司令部，工作人員也達到頂峰的4000多人。累計投資160億美元，佈防的海底電纜長度超過3萬海里。

圖：1980s後期的IUSS系統部署情況。黑星代表NAVFAC或NOPF岸基處理中心;兩顆白星代表兩個大洋系統司令部

4.冷戰初體驗，效果出乎意料地好！

使用上，海軍希望SOSUS系統能提供蘇聯潛艇進入北大西洋或東太平洋的早期預警信息，併為前沿部署的反潛部隊提供概略提示信息。通過多個陣列提供的方位數據，就能計算出目標的大概位置區域，然後引導巡邏機、水面戰艦和潛艇去進一步識別查證。這當然需要整個SOSUS系統、NAVFAC中心與當地海軍戰術部隊的密切溝通和協同。

SOSUS最初設計的主要對象是那些浮出水面充電的蘇聯柴油潛艇，畢竟水面柴油機航行的噪音遠大於水下電動機，並據此建立了系統的關鍵技術特性，如頻率覆蓋範圍等。幸運的是，這種能力在1958年第一批蘇聯核動力潛艇開始運行的時候，發現其效果更為顯著。

在1961年對系統的性能演示驗證中，系統追蹤了美國自己的戰略導彈核潛艇“喬治·華盛頓”（SSBN-598）從美國本土出發穿越北大西洋抵達英國的整個過程。這也是所謂“SOSUS系統能隔著大西洋聽到蘇聯潛艇出港”傳言的由來。

然後，1962年6月，NAVFAC哈特拉斯角中心對蘇聯柴油潛艇實現了第一次SOSUS接觸。一個月後，NAVFAC巴巴多斯中心首次在挪威西部發現了一艘蘇聯核潛艇。那年晚些時候，在古巴導彈危機期間，SOSUS系統的水聲數據第一次與現場的視覺偵察數據進行了關聯比對，當時一架古巴附近的美軍巡邏機證實了NAVFAC Grand Turks中心“聽到”的一艘蘇聯F級潛艇的存在。

1968年，NAVFAC Keflavik中心首次“聽到”了蘇聯的CHARLIE和VICTOR級核潛艇，同年5月，SOSUS系統在定位美國海軍於亞速爾群島附近失蹤的“天蠍座”號潛艇（SSN-589）殘骸方面發揮了關鍵作用。此外，1968年3月的SOSUS數據促成了蘇聯“高爾夫”級潛艇的被發現，一個月後那艘G級潛艇因事故沉沒在夏威夷北部。

隨著越來越多的蘇聯潛艇從巴倫支海和白海基地駛入北大西洋，它們利用地形複雜的挪威北部海岸線作為掩護，向南侵入格陵蘭、冰島、英國（GIUK）一線，越來越難以被常規手段所發現。作為應對，美軍決定將SOSUS擴展到更多的北大西洋水域，並於1966年在冰島凱夫拉維克和1974年威爾士布勞迪成立了新的NAVFAC中心。

而且SOSUS系統嘗試使用了新的“分割陣列”技術，即一些單個線陣列被分割為更小的陣列，各自單獨輸出和處理其信號，然後以電子組網的方式重新組合以實現更窄的波束和更強的方向性。1974年，凱夫拉維克成為第一個檢測到前蘇聯DELTA級戰略導彈核潛艇的NAVFAC中心，當時該潛艇正南下進入北大西洋。

圖：一個典型的LOFAR頻譜圖，頻率沿著水平軸描繪，時間沿著垂直軸描繪。聲波能量的高低通過紙的明暗來表示。在這種表示中，一條長而窄的垂直線表示以感興趣的方位線為中心的單一頻率上的持續窄帶分量（最有可能是由旋轉機械引起的“音調”）。寬帶噪聲源或環境背景則是更寬的灰色背景區域。

隨著冷戰的持續，蘇聯潛艇艦隊的規模和能力不斷增強，SOSUS就成為美軍的“秘密武器”，使得美國反潛部隊能夠密切跟蹤在深水區域內潛伏的所有敵方潛艇。由於蘇聯潛艇噪音普遍比美國同行高約30分貝，因此SOSUS系統的效果還不錯，在幾千英里遠的地方很容易發現蘇軍潛艇。

在二十世紀八十年代中期，一小部分SOSUS陣列網絡增加了民用海事衛星通信鏈路，而船載的SURTASS系統在海上通過拖曳聲納蒐集的信息也可以通過衛星傳送到岸上的SOSUS評估中心，進一步提高了系統的使用靈活性。當然這時候起，SOSUS系統也更名為IUSS系統。

圖：在1984年到1988年間，建造了18艘第一代SURTASS船，其中USNS Indomitable（T-AGOS-7）就是一例。大部分船員是民間僱員，他們在224英尺長，噸位2260噸的船上配置了一個長達8000英尺的拖曳線陣列，進行每次為期60-90天的深海反潛巡邏任務。

5.從間諜洩密，到冷戰後期的衰落

作為當時的最高機密，SOSUS系統的保密工作一直做得很好，直到美國海軍內部的一起內鬼洩密事件——“Walker-Whitworth間諜網”，才讓蘇聯情報機構獲悉SOSUS的存在。

約翰·沃克（John Walker）是美國海軍軍官和潛艇通信專家，他從1968年開始向蘇聯出售了大量的美國海軍情報，直到1985年被捕。傑裡·惠特沃斯（Jerry Whitworth）是沃克招募的另一名美國海軍通訊專家，協助他進行間諜活動。得知SOSUS系統的存在和巨大作用後，蘇聯海軍迅速做出反應，努力使自己的潛艇安靜下來。5年內，蘇軍一線潛艇的噪音就明顯降低。

另外“瘋狂的伊萬”還曾經有過另一個更直接的辦法，改造一些老舊的W級常規潛艇，在艇艏裝上特製的金屬犁，以破壞海床上的SOSUS系統的電纜。後因為不切實際，效果堪憂而作罷。

到20世紀80年代末冷戰結束時，蘇聯最新一代潛艇的噪音水平與美國潛艇相當接近，IUSS系統遠程探測和跟蹤蘇聯核潛艇的能力顯著下降。現代柴電潛艇則更加安靜，更難以被動監聽。

為了重新佔據主動，IUSS系統開始將長線陣列、水平偵聽、扇形交叉定位方式，轉為更簡單、密集分佈在海底的“向上看”的水聽器方式，每個水下探測器只專注偵聽路過其頭頂的潛艇。它們部署在重要水道，與IUSS現有系統整合在一起，並且根據這個策略建立了第一批“固定分佈式系統”FDS，在1985年開始部署。

隨著冷戰的結束和技術的進步，尤其是聲學信號處理技術的不斷改進，岸上信號處理中心古老的24小時工作的LOFAR頻譜繪圖儀逐步被計算機工作站取代，紙條也被數字化技術取代，傳入的聲音數據進行數字化預處理後，直接存儲或顯示在多個計算機屏幕上，進行計算機輔助的進一步分析比對。

此外，為了減少人力需求並提高其他效率，大部分原始陣列的NAVFAC處理中心被關閉或“遠程”接入到少量的中心站，導致運行的NAVFAC中心站的數量穩步減少。這些關停和集中工作在1997年和1998年完成。總體來說IUSS系統的規模進一步減小。到2010年，只剩下兩個NOPF信號處理中心，五艘SURTASS船隻（全部在太平洋），一個系統司令部，還有大約一千人。

圖：2010年的IUSS部署情況。黑星代表NOPF處理中心; 白星代表海底監視司令部。。

然而具有諷刺以為的是，更多安靜潛艇出現了

圖：蘇聯人製造了更多的Delta級核潛艇，比其他任何級別的彈道導彈潛艇都多，達到47艘。1972年，第一艘Delta級下水，建造一直持續到1992年的Delta IV。排水量11,750噸的小身板運載了12枚洲際導彈。後來的改進型增加了大約2000噸排水量和4枚導彈。1974年SOSUS第一次在海上發現了Delta級。

圖，從1958年到1982年，蘇聯製造了大約80艘F級常規潛艇，其中將近20艘用於出口。F級長300英尺，排水量2400噸，成為冷戰高峰時期蘇聯柴電潛艇的主力軍。它是SOSUS的最初設計目標，第一艘是在1962年被發現。

6.除了聽“黑魚”，也聽“真魚”

一方面幾乎沒有假想敵的核動力潛艇還在大洋上巡航；另一方面現代化的安靜型柴電潛艇在被動方式下幾乎無法遠程偵聽到。於是，IUSS系統聽到的潛艇越來越少，反而雜事兒越來越多。

比如追蹤遷徙的鯨魚和探測公海非法漂網捕魚。而且，隨著海軍在未來探索使用低頻有源（LFA）聲學來探測和跟蹤事故沉沒的潛艇，固定陣列和其餘的SURTASS艦隻可能扮演另一種角色，即監聽低頻有源聲納發出的聲波打到對方潛艇上反射出來的聲源，作為多基地聲納系統的接收站點之一。

與此同時，雖然是最高機密，但從冷戰時期開始，美國海軍就允許少數海洋學家利用SOSUS系統進行海洋科學研究。最早的應用之一是用浮標測量深海洋流的速度和方向。浮體被設計為隨著洋流和內波漂移，並定期發出低頻聲音信號，這些信號被SOSUS水聽器陣列接收到的，通過到達時間來計算浮標位置，從而推測深海洋流數據。這些浮標被稱為SOFAR浮標。

隨著冷戰的結束，美國海軍允許更多民間科學家進入SOSUS系統進行海洋學基礎研究。自二十世紀九十年代初以來，該系統在承擔軍事用途之餘，一直還承擔水下火山噴發和地震研究工作，還有研究海洋哺乳動物及其發聲。最後，通過精確測量超遠距離的聲音傳播速度，來測量大範圍的海洋溫度變化。

7.IUSS系統的現在和未來

今天，海軍依然保持這相當數量的SOSUS/IUSS陣列處於工作和戰備狀態，但岸上只剩下三個處理中心：弗吉尼亞州Dam Neck、華盛頓州惠德貝島和英國聖馬根，來承擔全球IUSS系統的數據。

而只顧抬頭看天的FDS系統也逐步部署到了重要的狹窄海峽/水道、關鍵節點、瀕海地區的海床上。而且還推出了FDS-C系統，即大量採用COTS商用技術的高性價比版本，以滿足艦隊長期大範圍水下監視的需要。

SOSUS系統、FDS系統和FDS-C系統共同構成了IUSS系統，提供威脅位置給戰術部隊，並有助於美國聯合部隊指揮官獲得準確的海上態勢信息，在衝突開始前，為指揮官提供敵方海上活動的提示和警告。

8.最後總結

可以看到，SOSUS系統可絕不是簡單的水下聽音器網絡：

1、首先是科學基礎理論創新：必須先有“深海低頻聲學通道”的發現和幾十年理論研究為支撐，才能有一個水聽器聽幾百海里，64組水聽器覆蓋大半個海洋的可能性。否則，單憑當時作用距離才幾千米的普通水聽器，想覆蓋大洋簡直是不可能完成的任務。這是典型的

2、其次是工程應用研發：光有理論原理還沒用，必須向工程應用轉化。那就是美國電話電報公司AT&T這樣的公司介入，研發出一系列具備實用化、工程化的水聽器、電纜、原始而有效的靜電敏感頻譜繪圖儀、頻譜分析工具、遠程定位算法、聲紋識別技術等，將理論變為實用。

3、浩大的工程建設：一旦原型系統驗證成功後，就是半個多世紀、一百多億美元、全球64個點、20個站、3萬多海里的陣列建設（相當與11萬華裡），以及後續數千人的半個多世紀，365天24小時的運作。

4、體系的建立與維護：SOSUS系統只是美軍全球反潛體系的一部分，還有潛艇、水面艦艇、巡邏機等戰術機動力量，各種專業化的反潛傳感器、武器、指控、通訊裝備等，更有背後強大的海洋科學研究、海洋環境數據採集和目標聲紋庫的充實等基礎性工作，以及整個體系的聯動機制。

最終，讓一個大膽的概念，變為冷戰時期一項偉大工程，效果還出奇地好，在冷戰的海洋裡，

為美國提供了空前的潛艇偵察和戰略預警優勢。

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