傻大黑粗?現代化魚雷可遠比我們想象的“聰明”

魚雷

是一種海戰兵器,它即可從飛機上發射,也可從潛艇、軍艦上發射,魚雷自十九世紀誕生直到二戰前都都是無制導能力的直航魚雷(其實在一戰、二戰中使用的絕大部分魚雷也是直航魚雷,沒有制導裝置,只有極少數有音響制導,但是這種音響制導魚雷需要目標發出很大聲響),

儘管如此,直航式魚雷依舊憑藉其威力大、航速快、行蹤隱蔽的特點,迅速成為海戰中的“尖刀利刃”。由於直航式魚雷上沒有自導裝置和非觸發引信,因此通常採用多雷齊射的方式用來提高命中率,發射場面十分壯觀。

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二戰之後,軍用艦艇的機動性和航速得到了飛速發展,無制導的直航式魚雷已經很難命中目標了,於是各國紛紛開始研製聲自導式魚雷,然而隨著聲自導魚雷的發展遇到的問題越來越多——聲自導所利用的水聲信號同海洋環境、魚雷自身的噪聲以及人工干擾所發出的聲音混雜在一起,這給信號的提取和識別帶來了困難,尤其在魚雷航速很高時更是如此,這就要求聲自導魚雷向著智能化方向發展。

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為了提高魚雷的智能化水平,研製全新的魚雷自導技術是關鍵,而近年來人們關注並展開研究的魚雷自導技術主要有以下幾個方面:

尾流自導與尾流邊界自導技術

人們通過研究船舶尾流場的特性進一步研究有效尾流跟蹤系統,在發展尾流聲自導的同時,關注並開發全新的光、熱、磁尾流自導系統,而尾流邊界自導技術與尾流自導的不同之處就在於其自導系統是探測和跟蹤尾流的邊界,試驗論證也表明其比尾流自導技術更有效(前蘇聯的65型等魚雷都較好地利用了尾流技術,美國只有MK 45F魚雷採用了尾流自導技術,但並未普及。此外瑞典的TP61系列魚雷具有線導/被動聲自導功能,同時也具有尾流自導功能)。

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▲俄羅斯專為美國航母“訂製”的超重型650mm尾流自導魚雷,其裝藥量相比普通的533mm直徑魚雷要多出許多,航母被一旦被擊中基本失去航行能力


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目前只有反艦魚雷運用尾流自導技術,由於尾流自導技術屬於非聲自導,不受水文條件的影響,同時可貼近水面快速航行,因此對於水面艦艇來說有著較大威脅,而且船舶尾流難以偽造,想要干擾尾流自導魚雷就比較困難。尾流自導魚雷航速高,噪音大,隱蔽性差,但由於其是從艦艇尾部展開追蹤,處於聲吶的盲區之內,而且尾流的消失也需要時間,因此水面艦船對尾流自導魚雷實施干擾和規避等都很難奏效。

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拖曳線列陣魚

目前聲自導魚雷檢測低頻和遠輻射目標的能力較弱,因此增大魚雷聲自導作用距離的方式之一就是提高魚雷自導系統對微弱信號的檢測及處理能力,有效抑制噪音,特別是降低自導系統自身的工作頻率(通常是20~40Hz)。由於水介質對於這一頻段聲波的吸收較大,限制了作用距離,而要降低工作頻率則需要加大聲學基陣尺寸,但是魚雷頭部的空間十分有限,為了大幅度提高聲自導作用距離,擺脫魚雷本體尺寸的限制,關鍵就是要實現聲學基陣和雷體的分離。

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而拖曳線列陣魚雷就是其實現方式之一,因為線列陣遠離魚雷本身,因此魚雷自噪聲幾乎沒有,再加上魚雷是遠距離發起攻擊,魚雷自導的工作環境就相對安靜。如果魚雷以低速搜尋目標,魚雷自噪聲和輻射噪聲就會大為減弱(拖曳線列陣魚雷工作頻率通常可降至5Hz以下,這樣不但可以使聲傳播衰減更少,還可以對目標的輻射噪音的低頻成分進行線譜檢測),這對於魚雷跟蹤目標和隱蔽自身十分有利。

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拖曳線列陣魚雷可以做到“發射後不管”,即本艦發射魚雷後可快速機動到其他位置,由魚雷自動去搜尋目標。美國的Regal輕型魚雷就採用了拖曳線列陣技術,改型魚雷工作頻率可低至2Hz以下,以被動方式工作,不受高頻信號影響,自導信號傳輸距離可達5公里以上。

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光纖制導魚雷

目前各軍事大國裝備的重型魚雷大都採用了線導+主/被動聲自導方式,大大提高了魚雷的抗干擾和目標搜索能力,但是線導中所使用的導線大都是銅線,其缺點是導線重、體積大、抗拉力小、傳輸頻帶窄、信號衰減量大,同時線導魚雷的信號衰減和導線長度成正比,導線越長,信號衰減就越大,這也就限制了線導魚雷的射程,隨著光纖傳輸信息技術在通信領域內的成功應用,科研人員開發出了以光纖代替普通銅導線用於魚雷的設計方案。

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法國F21 光纖+主/被動聲吶複合制導重型魚雷

光纖制導技術率先由瑞典的TP2000魚雷採用,而已經服役的意大利黑鯊魚雷也同樣採用了光纖制導。採用光纖制導的魚雷可將自導信號傳輸到作戰艦艇上處理,使魚雷自導信息處理能力和智能化水平大幅提升。而隨著光導集成電路、光纖水聽器以及光學信號處理方法的發展,極有可能在不遠的將來實現全光自導技術,使自導系統在信息處理速度和抗干擾能力上有質的提升。

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魚雷目標識別技術

水下電子戰的出現對於魚雷的抗干擾能力提出了很高的要求,海戰中各型作戰艦艇通常會使用氣幕彈、噪音干擾器以及各類誘餌來干擾魚雷,從而降低魚雷捕捉到目標的幾率,而目標識別技術是反干擾決策的主要依據,是目前魚雷自導技術研究的主要方向之一,其亦被美國列入國防關鍵技術。

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目標的提取、分類和壓縮是目標識別的關鍵技術,目標特徵的提取和識別有很多方式,但都有其侷限性利用多信息、多特徵、多方法的融合和互補,實現目標綜合識別是一個重要技術方向。基於這一思想,採用寬頻帶技術,展寬自導工作頻帶,獲取更多目標特徵信息;採用前視、旁視、底視基陣組合方式,提供多種信息參量;充分利用目標尾流特徵等,可在魚雷內建立相應的目標特性數據庫。

傻大黑粗?現代化魚雷可遠比我們想象的“聰明”

當魚雷在航行過程中監測到有效回波時,依據已有的目標特性數據庫和獲取的目標回波強度等連續性的信息,對目標回波信號的結構特徵進行分析,尋求某種判別特徵,如特徵譜線、特徵回波亮點、回波相位特徵和回波過零點分析結果等,對真假目標及目標要害部位進行識別,從而使魚雷有選擇地打擊目標的要害部位。為進一步提高目標識別能力和識別精度,專家和學者們在人工神經網絡、人工智能模式識別專家系統、模糊邏輯推理等新理論新技術上開展了大量研究。

傻大黑粗?現代化魚雷可遠比我們想象的“聰明”

總結來說

魚雷制導技術是魚雷智能化道路上的核心內容,也是魚雷研製中的難點。對於現代戰爭而言,由於作戰艦艇大量裝備了不同類型的干擾設備以對抗來自魚雷的攻擊,因此各國專家都十分重視對先進水聲對抗技術的研究。由此我們也能推測未來海戰就是一場對抗與反對抗,探測與反探測的較量。因此魚雷制導系統除了必須具有自導作用距離遠、搜索扇面大、導引精度高之外,更為重要的是具有較強的抗自然干擾,尤其是抗人工干擾的能力,同時能夠更有效地攻擊目標要害部位和薄弱環節。

傻大黑粗?現代化魚雷可遠比我們想象的“聰明”

青島海軍博物館放置的我國魚-1型魚雷



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