潜艇水下如何通迅?

辉夜大筒木1


潜艇在深海中航行,海水就是其最强“隐身衣”。它保护潜艇不被军舰、飞机和卫星发现,成为令人恐惧的“深海杀手”。

不过凡事有利有弊,厚厚的海水也成了潜艇通讯的最大障碍,潜艇与基地,与其他军舰、飞机、潜艇的通信也成了世界难题。为了接收信息,发送情报,潜艇上装备了各种各样的通讯设备,十八般兵器各显神通。

一、无线电通信。

无线电通信速度快、容量大,是现代通讯最主要的传输方式。潜艇也不例外,装备了从超低频、甚低频到中频、高频,再到甚高频、特高频、超高频、极高频等一系列雷达天线,各有各的用途:

1、甚低频、超低频通信。

海水对电磁波有很强的衰减作用,普通电磁波在海水传播没多远,信号就不行了。

▲波长频率表

而波长在10~100千米的甚长波对海水穿透能力较好,可以穿透20~30米深的海水,潜艇可以在潜望镜深度接收信息,也可以在水下放出通信浮标接收。

时至今日,甚低频已成为各国海军对潜通信的主要方式。美俄等国在世界各地建立了很多甚长波发信台,形成覆盖全球的对潜指挥通信网。

▲巨型长波电台天线

美国还研制了“塔卡木”机载甚低频通信系统,用EA-6B电子战飞机24小时不间断的保持对潜中继通信,极大的提高了战时生存能力。

1991年,日本宫崎县甚低频发射台投入使用,能覆盖日本周边各海域,与水下10米深处的潜艇通信,威胁很大。

随着反潜技术发展,潜艇在浅水下接收信息越来越不究全,于是人们又用波长更长的超长波(1000~10000千米)电台传递信息。

▲E-6B 搭载塔卡木”机载甚低频通信

超低频电波在海水中衰减率比甚低频小得多,其中极低频电波衰减率仅为甚低频电波的1/10。超低频电波可以穿透近200米深的海水,潜艇可以安全的在深海接收信息了。

但超低频电波有重大缺点,就是通信速率极低、传输信息量极少。比如美国“紧缩”超低频通信系统,15分钟才传送3个字码组。这种速率无法传输作战指令,只能传输事先约定的短代码,或只是当作提醒潜艇上浮收信的“振铃”使用。

2、高频通信,包括高频、甚高频、特高频、超高频、极高频等。

潜艇上还有各种高频通讯天线,用于潜-岸、潜-舰、潜-空、潜-卫星及潜-潜之间的单、双向通信。

高频短波穿不透海水,通信时潜艇要上浮,使桅杆天线露出水面或放出拖曳天线、无线电通信浮标等到海面使用。其中特高频、超高频、极高频频段主要对卫星通信使用。

▲天波、地面波、直射波传输

短波经电离层反射,可以传播到较远距离,潜艇短波电台利用天波进行远距离超快速保密通讯。超短波很少被电离层反射,但它通信稳定、保密性好,所以潜艇用超短波电台与其他舰艇、飞机作直射波通讯。

潜艇上浮通信破坏隐蔽性,容易被敌人发现,所以在危险区域很少使用。为保证隐蔽性,人们发明了超快速通讯方式:以极快的速度发送信息,发讯时间小于敌人无线电测向定位时间,让敌人无法确定潜艇位置。

二、除了无线电通信,一系列更新型的通信方式也在研发中,比如:蓝绿激光通信、中微子通信、量子通信等等。

1、蓝绿激光穿透海水能力很强,它的特定波长在海水中衰减很小,只有其他波长的1%,还有传输速率高、信息容量大、抗干扰强、接收天线小等优点。

▲蓝绿激光通信

实验中,蓝绿激光能穿透水下6、700米。1997年,美军在飞机上用蓝绿激光与400米深处的潜艇成功通信。

但蓝绿激光波束很窄、指向性太强,受天气影响大,需要用飞机、卫星传输,又做不到“以点盖面”,要知道潜艇准确方位。可要知道潜艇准确方位,那本身就已经建立通信了。所以蓝绿激光还需要进一步发展,才能有广阔前景。

2、中微子通信、量子通信。

这也是一种非常优秀的通信方式。中微子沿直线传播,能穿透很深的障碍,能穿透地层、穿越深海传输信息,且传播过程中不反射、折射、散射,信号也不衰减,有极强的保密性和抗干扰能力。

量子通信也一样,具有前所未有的高速数据传输和安全性,可以彻底改变对潜通信方式,为潜艇接入网络中心战打开广阔前景。

目前中微子通信、量子通信仍处于初级阶段,是各国争先发展的重大技术项目。

三、水声通信。

为满足潜艇水下与其他潜艇、军舰通讯需求,将潜艇纳入作战网络,人们也想到了用水声传递信息。

▲水声通信

利用潜能上的接收换能器,将信号转化成声波传输,对方再将声波用换能器转化成电信号,完成通讯任务。这本来是很好的信号传输方式,但相对于声波在空气中传播,海水可以说是最恶劣的通信通道之一。

海洋环境太复杂,不同深度密度不同,不同海域温度不同,再加上海浪、湍流、内波、各种海洋生物以及冰川运动,种种噪声干扰使水声通讯效果非常差。

尽管美国“海网”水声通信系统取得了一定成果,但水声通讯还需要很大提升,才能广泛使用。

综上,海水对潜艇的隐蔽既是长处,也是弱点,对潜通信仍是一个世界性难题。未来新型通信技术成熟后,潜艇战力必将成倍提高,甚至会改变未来海战方式。各国都在积极抢占技术高点,我们也要努力发展,领先世界。


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由于潜艇必须深潜水下,不能及时获取战争情报态势,因此必须靠通信来保障其水下作战和其他战术活动的指挥。 由于海水中存在着一定的导电介质,传统的无线电波很难穿透海水进行对潜通信,对潜艇的通信造成了一定的难度。

  现代各国普遍采用长波/超长波对潜通信系统,长波/超长波通信是一种位于低频段工作的无线电波。它在海水中衰减较其他频段电波小,能够穿透海水进行传播,入水传播深度可达到100m,传播信道稳定,基本达到了在深水中进行对潜通信的要求。

但也有突出问题:它发射时需要庞大的发射天线或者超高的发射功率,使得发射设备极易受到敌方的打击;加上传输频带窄,只能与岸基进行单向通信,不能进行双向通信;另外隐蔽性差,水下传输速率低,潜艇主要还是依靠上浮接收信息,降低了潜艇的隐蔽性,增大了潜艇的危险系数。

虽然长波通讯有这样那样的缺点,但是确实当下使用最多的方法。中国早年甚至因为长波电台的建设问题与当年的老大哥苏联撕破脸,称为中苏破裂的导火索。但是可以看到,长波电台确实是当时潜艇在水下通信的唯一理想途径。

中国很早就认识到了长波通讯的一系列弊端,并针对性的进行研究,终于在潜艇水下通信方面有了咱自己的“”黑科技“”,那就是量子通信。

量子通信是利用了光子等粒子的量子纠缠原理来实现通信的,在微观世界里,不论两个粒子间距离多远,一个粒子的变化都会影响另一个粒子,这就是所谓的量子纠缠现象。这种现象为两字通信提供了依据。相比其他通信手段,量子通信优越性明显,具有保密性强、大容量、远距离传输等优点。目前世界几个大国均已开始对量子通信展开研究。据信,中国在量子通信领域的研究一直走在世界的前列。

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潜艇的水下通讯主要利用声呐系统完成。这个比较好理解,声音在水下的传播速度比在空气中要快很多,只需要将不同波长声信号进行排列组合,合成声呐密码,便可以进行水下通讯。这种方式主要是同己方潜艇进行通讯,对敌方潜艇也可以用声呐进行识别和探测。

(潜艇的水下通讯主要是靠声呐系统来完成)

潜艇的外界通讯主要依靠长波无线电。长波无线电的优点在于波长比较长,传播比较稳定,而且穿透能力强,对海水的穿透力可以达到30米左右,波长更长的超长波对海水的穿透力甚至可以达到200米左右。不过凡事有利就有弊,长波无线电对海水穿透力强,但是它的信息传递能力却比较较弱,而且也只能传输二进制代码这类较为简单的信息。另一方面,对潜艇而言,长波无线电通信也比较危险,因为潜艇必须要放出通信天线或浮标到水面上才能与外界通信,而通信天线和浮标则往往会增大潜艇暴露的风险。绝大多数情况下,潜艇航行时会保持静默,只会在预先规定好的时间进行通信,而且多以接收命令为主,为了减少暴露的机率,潜艇接收的命令也会比较简短,以尽可能缩短通讯时间。

(英国前卫级核潜艇的升降式天线)

(长波电台的陆上天线)

长波无线电通讯还需要在岸上布置长波中继电台。长波电台需要庞大的电力支持,而且天线的占地面积也很大,美国就曾修建了长达135公里的长波电台。如果是核潜艇的长波电台的话,还需要在不同地点布置,而这会引起更多的麻烦。

(长波电台天线阵列占地面积很巨大)

一直以来,各国都在积极研究新的通讯方式,以保证潜艇通信,诸如蓝绿激光通信、平移声学-射频通信、以及量子通讯等通讯手段相继问世。激光通讯虽然具备穿透能力强、传输速度快、容量大、保密性好、抗干扰能力强的特点,但是强指向性的缺点限制了它的应用,目前这种方法只处于实验阶段,一时难以实用化。平移声学-射频是利用声呐的声波在水面上产生振幅,对这些振幅进行编码加密进而实现通讯,但是这种方法只能在低海况条件下使用,因为它极易受环境和声呐技术的影响。量子通信是近两年最火热的通信技术,它利用量子密钥,来实现通信。但是量子通信技术同样处于研究阶段,也不具备实用化条件,所以它与其他几种通信技术一样依旧处于研究的初级阶段。

(激光通信)

(平移声学-射频通信)

(量子通信技术)

总体来看,新的潜艇的讯技术不断涌现,但是以目前的技术手段,最好的潜艇水下通讯方式还是声呐系统的长波无线电通讯。水下环境复杂,潜艇要想找到安全便捷的通讯方式,只能寄希望于新技术的发展。

(潜艇的通讯的进步还有赖于相关先进技术的发展)


战情解码


潜艇和陆地或者水面舰艇进行通讯在现在也仍然是一个难题,原因就在于潜艇的作战环境是处于高频电磁难以传播的水下。有人说可以用水声通讯,然而在强调隐蔽作战的潜艇上,使用水声通讯无意会大大增加潜艇自身暴露的可能。

首先就是VIJF无线电通信和ELF无线电通讯,也就是俗称的低频通讯,这类低频通讯使用频段的电磁波在水中传播距离远,比如俄罗斯在西伯利亚建立的一个低频通信站信号可以覆盖整个北太平洋。但是低频通讯也有很明显的缺点,首先就是成本高昂,因为这类通讯需要建立一个占地巨大的通信站,而且这个通信站在战时很容易被摧毁,这也是为什么只有大国才能建得起的原因;其次是通信慢,因为低频通信的信息载量少而且长波在水中的传播速度只有15m/s,而且只能单方面的岸对艇进行通信,所以一般是用来传达导弹发射之类的简短命令。低频通信优点也很明显,除了覆盖范围广,还有就是不需要潜艇上浮接收方便潜艇隐蔽。可以说是优劣互补了。

除了低频通信,更常见的便是使用通信浮标进行通信,其实下图中就已经说明了多种通信方式。

图中显示,有UHF/SHF/EHF卫星通讯、机载对潜中继通讯系统、对潜通信浮标等。其中最常用的是使用装在指挥塔围壳上的通信浮标,当然浮标也有好几种,有遇险求救用的、有和我方飞机、水面舰艇、卫星通讯用的等,也有飞机空投的浮标等。通信浮标需要潜艇上浮至潜望镜深度,增大的暴露的风险,同时也限制了潜艇的机动,但是优点也很明显,就是可以进行高速大容量的双线通信。

除了以上两类,还有那些只有中美才能玩得转的对潜艇通信方式,那就是激光通信和量子通信。

这些通信方式因为高技术含量和高成本“双高”而限制了许多有潜艇国家的使用,说白了就是“贫穷限制了我给潜艇打电话”。外军试验表明,潜艇在水下700米深左右可接收到激光信号,而在多云的白昼及夜间则不到600米,激光通信具有穿透海水能力强、数据传输水平高、方向性好、设备轻小且能够抗截获、不易受核辐射影响等特点,然而同样的,激光传输平台主要为卫星,一旦被打掉便很难补充。同样的还有量子通信,这方面中国已经领先世界水平,但因为并未解密,因此在这不做太多说明。


区域拒止


哦,碰上个与专业有关的问题,简略回答一下。

水是电磁波的不良导体,常用的高频无线电波只能在水下传播极短距离,因此潜艇在水下主要采用几种方式进行通信:1.岸基长波通信,主要用在地面对潜艇的单向通讯,天线长度极长,频率低,数据传播速率慢,但传播距离远,潜艇仅能单向接收。2.水下声通信,以低频声波为载体,通过声纳在潜艇间或潜艇与水面舰艇间进行水下通讯,是目前主要的水下通信方式,声波在水下传播距离较远,受海况影响较大,通信速率相对较慢,不过现在已经可以实现实时图像甚至视频信号传递,各种纠错技术也能克服一般海况带来的影响。3.激光通信,高空平台,如卫星和飞机等可以通过蓝绿激光与潜艇进行通信,由于蓝绿激光受海水影响相对较小 通讯可以在巡航深度进行,通信指向性高,不容易被探测,隐蔽性较好,但是对双方位置有较高要求;此外,除海况外,激光受大气条件影响较大。4.传统无线电通信,主要通过潜艇自身携带的通信天线或通信浮标在水面进行,但由于全向无线电信号及浮标容易被探测,因此存在着一定暴露风险。


深蓝防务


因为短波无线电在水中衰减太快,所以潜艇主要接收超长波或极长波的无线电信号,如果潜艇要发送信息,只能通过通讯浮标发送信息,而通讯浮标的信息容量有限,所以只能发送定量的信息给外界。


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