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. 接上篇《盾和蛋之间的那点事(三十四)——深入篇(十七)》(原文链接:http://bbs.tiexue.net/post_12120381_1.html),继续导弹制导的相关话题——

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声制导

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声制导也称为声寻的制导,它是利用声音作为目标辐射或反射信号的一种制导方式,主要分为主动声制导和被动声制导两种类型。我们知道,不管是哪种寻的制导方式,制导武器都需要靠目标辐射或反射的某种能量来进行跟踪和导引,前篇曾介绍过的雷达、红外、激光等制导方式都是以电磁波作为传播能量进行制导的,只不过利用的是不同类型的电磁波而已。声波也是一种能量的传输,不过声波传输的是一种机械能,而电磁波则传输的是电磁能,在物理上属于两种不同性质的能量传播。通常情况下,声制导不会用于对空导弹的制导,这是因为声波的传播速度很慢,无法用于对高速目标的跟踪和制导,也无法用于制导指令的传输。声波在空气中的传播速度只有340米/秒左右,而现代飞机的飞行速度极快,甚至超过了音速,很显然利用声波去导引对空拦截导弹时,由于声波作为信息媒介的反应速度过慢,导弹只能瞄准的是目标身后的一个点。而无论是哪种电磁波(红外、微波或激光)的传播速度都是光速,用于导弹制导时不管目标的距离有多远,来回也就是一瞬间的事,因此都比声波更适合用于对空导弹的制导。当用于反导时,由于目标可能会出现在大气层外,而声波是无法在真空中传播的,此时就只有电磁波可用了。不过,虽然声波在空中的应用价值较小,却可以在水下大展身手,这是因为海水是电的导体,使得电磁波在水下的衰减速率非常高,难以用作信号的传播媒介,声波则正好相反,在水中的传播衰减要小的多,而且声波在液体介质中的传播比在气体介质中更有优势。在深海声道中爆炸一个几公斤的炸弹,在几万公里外还能收到声信号,冷战时期,美国布署的海底固定声呐监听系统可以追踪到1000海里外海域的苏联潜艇。正是因为声波的这一特性,使其在水下得到了极大的应用,在军事领域的应用包括了水下探测、导航、通信、制导等多个领域,尤其是在反潜和潜艇作战领域,声波可以大展身手,水面舰艇与潜艇之间的对抗说白了就是两者在水声领域的对抗。本篇主要是针对声制导的相关话题进行探讨,并不涉及声呐和水声监听等水下声探测领域,有关话题会在后续篇章中加以详细探讨,尤其是“水下神盾”——声呐会重点加以分析。

盾和蛋之间的那点事(三十五)——话外篇:声制导(上)

声波

盾和蛋之间的那点事(三十五)——话外篇:声制导(上)

声呐

盾和蛋之间的那点事(三十五)——话外篇:声制导(上)

水声监听

盾和蛋之间的那点事(三十五)——话外篇:声制导(上)

美国“无暇”号水声监听船

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由于海洋环境的复杂性和特殊性,声波在传播途中受到海水介质的不均匀分布和海面、海底的影响,会产生折射、散射、反射和干涉等现象,以及声线弯曲、信号起伏和畸变,造成传播途径的改变,导致了声波在海水中的传播特性与电磁波在空中的传播特性有着很大的区别,因此往往是不能用传统制导方式去理解水下声制导的。声制导主要应用于水中兵器——鱼雷,现代鱼雷具有航行速度快、航程远、隐蔽性好、命中率高和破坏性大的特点,被称为“水中导弹”。事实上,现代先进鱼雷无论是研发难度还是造价,非但不比导弹低,反而还要更胜一筹,是一种作战价值非常高的制导武器,能够设计制造鱼雷的国家的数量远少于能够设计制造导弹的国家,原因就在于海洋声环境的复杂性以及水下声制导的特殊性。虽然由于导弹技术的发展,使鱼雷对于水面舰艇的重要性有所下降,但鱼雷仍然是海军的重要武器,并且鱼雷在潜艇上的地位仍然无可撼动。因为鱼雷的攻击过程全部都在水下,对于隐蔽性要求很高的潜艇来说,便于从水下发射的鱼雷是其进攻和自卫的主要武器。现代鱼雷的制导方式主要有4种:主动声自导、被动声自导、线导和尾流自导,先进的鱼雷型号往往综合采用这4种制导方式组成复合制导系统,比如尾流自导+声自导、线导+声自导或主/被动复合声自导。其中主动声自导是由鱼雷发出声信号后再接收目标反射的回声,而被动声自导则是鱼雷直接接收目标发出的噪声,从而对目标进行定位和跟踪,先进鱼雷型号多采用主/被动复合声自导以提高定位精度和抗干扰能力。而不管是主动声自导还是被动声自导,其有效作用距离都比较近,这是因为鱼雷雷体的尺寸有限,无法上低频段的声自导头,我们知道声波的频率越高,在海水中的传播损失就越大,作用距离越小,因此声自导鱼雷的探测距离是很有限的,这跟防空导弹导引头的探测距离很有限是一个道理。声自导主要用作近距离的制导手段,如果想要提升鱼雷的远程攻击能力,就必须引入线导制导方式。

盾和蛋之间的那点事(三十五)——话外篇:声制导(上)

鱼雷

盾和蛋之间的那点事(三十五)——话外篇:声制导(上)

先进鱼雷的研发难度非常高

盾和蛋之间的那点事(三十五)——话外篇:声制导(上)

鱼雷仍然是潜艇的重要武器

盾和蛋之间的那点事(三十五)——话外篇:声制导(上)

声自导鱼雷的感应基阵

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所谓的线导就是通过一根细小的导线,把发射平台与鱼雷连接起来,通过发射平台的火控系统对鱼雷进行遥控,引导鱼雷接近被攻击目标。线导实际上也是一种声制导方式,只不过导引声呐安置在发射平台上而不是在鱼雷上,而发射平台上的声呐系统的探测能力远比鱼雷上的自导装置更加强大,因此线导可以获得比声自导更远的作用距离。线导鱼雷可以由发射平台的火控系统自动导引,也可以是有人参与的导引,因此线导是一种“人在回路”的导引手段。线导鱼雷的导线具有较强的拉力和抗腐蚀能力,鱼雷发射后,射控系统通过导线传输指令,控制鱼雷的航向、航速、航深和姿态,鱼雷则通过导线向发射平台传回自身的位置、运动状态等参数,发射平台根据探测到的目标运动参数并结合鱼雷的运动参数,进行相关处理后形成制导指令,再通过导线向鱼雷发出指令,将鱼雷导向目标。当鱼雷进入声自导作用距离后,启动声自导系统,先以被动声自导进行搜索,发现目标后转入自动跟踪,在一定时候转入主动声自导,对目标进行精确定位并发动最后一击。

盾和蛋之间的那点事(三十五)——话外篇:声制导(上)

线导鱼雷

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由上可见,线导鱼雷的攻击全过程与前篇曾介绍过的舰空导弹的中段指令修正如出一辙,中段指令修正也是通过双向数据链将舰载雷达和舰空导弹连接起来,导弹通过下链向舰载雷达回传自身的运动参数,而舰载雷达则通过上链向导弹发送修正指令,进入攻击末段后导弹的弹上导引头开始工作,截获目标并对目标发动最后一击。与舰空导弹的中段指令修正一样,在通常情况下,线导鱼雷并不能仅凭线导实现对目标的精确攻击,而需要采取线导+声自导的复合制导方式,线导作用于鱼雷航程的前段和中段,而声自导则作用于末段的攻击阶段。如果没有线导,鱼雷仅凭声自导是无法捕获远距离目标的,而没有声自导,仅凭线导的精度又无法实现精确攻击目标。声自导的作用距离近,但精度很高,线导的作用距离远,但精度比较差,因此只有将两者结合使用后才能解决距离和精度之间的矛盾。线导的精度较差的原因在于,发射平台的声呐系统为了追求最大探测距离,工作频率通常都比较低,低频声呐虽然可以极大的提高探测距离,却是以牺牲探测精度为代价获得的,而且前文讲了,海洋的水声环境非常复杂,发射平台的声呐由于距离目标较远,声波在海水中的传播存在着不可预知的环境因素影响,这也会降低声呐的探测精度或导致声呐的探测出现误差。因此线导只能作为远距离的粗略导引手段,将鱼雷导引至目标附近后,再由声自导接手完成最后的精确攻击。

盾和蛋之间的那点事(三十五)——话外篇:声制导(上)

潜艇的声呐基阵

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实际上,线导鱼雷的导线就相当于舰空导弹的双向数据链,之所以采取导线的形式,原因就在于前文所说的电磁波不适合在水下传播,鱼雷是难以采用无线电数据链技术的。而声波虽然非常适于水下传播,但传播速度又太慢了,基本不可能用于指令与参数的传输,虽然声波在海水中的传播速度可以达到1450米/秒左右,约是空气中的4倍,但这个速度用于远距离的指令传输时仍然存在着时延。在无线电波和声波都指望不上的情况下,就有必要在发射平台与鱼雷之间搭一条专用的“信息传输通道”了,这条专用“信息传输通道”就是导线。事实上,不光水下的鱼雷需要导线,一些水下发射的战术导弹也需要这种专用的“信息传输通道”,比如潜艇在水面下发射的潜空导弹,典型代表就是欧洲“独眼巨人”潜空导弹。随着技术的进步,现代线导鱼雷开始采用光纤作为导线,光纤导线的直径小、重量轻、信息传输量大、传输距离远,保密性和抗干扰能力也很强,是线导鱼雷将来的发展方向。重型鱼雷由于射程较远,一般都采用线导+主/被动声自导的复合制导方式,而轻型鱼雷一般无需线导,只有主/被动声自导,比如我国鱼-6重型鱼雷就采取了线导+主/被动声自导/尾流自导的复合制导体制,而我国鱼-7轻型鱼雷则只采取了主/被动声自导方式,不过目前国外也有新研制的轻型鱼雷加入了线导装置。需要注意的一点是,线导对于鱼雷射程的提升也不是没有限制的,因为不管你导线采用什么材料制造,几十公里长的导线累计起来,那重量和体积也不是个小数目,因此线导鱼雷射程的设定也应量力而行。

盾和蛋之间的那点事(三十五)——话外篇:声制导(上)

“独眼巨人”光纤制导潜空导弹

盾和蛋之间的那点事(三十五)——话外篇:声制导(上)

鱼-6重型鱼雷

盾和蛋之间的那点事(三十五)——话外篇:声制导(上)

鱼-7轻型鱼雷

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对于线导鱼雷来说,线导的优点很明显,它可以与鱼雷自身的声自导配合使用,如果鱼雷遭受干扰或未命中目标,则可以自动转回线导,控制鱼雷重新进行搜索、攻击。而且线导鱼雷可以实现“发射后锁定”,即当发射平台遭遇危险时,可以在第一时间内先将鱼雷射出,然后再精确测定目标,通过导线对鱼雷进行修正和导引,这种作战方式有利于发射平台先发制人,这对于反潜攻防战来说往往是很关键的。线导鱼雷对于潜艇来说尤为重要,因为现代潜艇为了追求隐蔽性,使用主动声呐的频率越来越少,而潜艇如果只使用被动声呐的话,就只能粗略的探测目标的大致方位,无法测得目标航速、距离、深度等鱼雷攻击要素,线导鱼雷的发射条件就要宽松的多,因为线导鱼雷可以发射后再修正,从而解决潜艇攻击的这一难题。此外,线导鱼雷还具备抗干扰能力强的特点,由于线导鱼雷由发射平台直接操纵,水声干扰对其不起作用,而敌方又难以对发射平台本身进行干扰,故而可以极大的提高鱼雷的抗水声干扰能力,而且鱼雷在被导引时不受自身噪声的干扰,十分有利于提高鱼雷的攻击航速。

盾和蛋之间的那点事(三十五)——话外篇:声制导(上)

潜艇的被动声呐

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不过线导的缺点也是很明显的。首先,线导鱼雷在达成攻击前,导线始终与发射平台相连,而且鱼雷在水下的航速非常有限,攻击过程耗时较长,而在这段时间内发射平台难以进行大幅机动,如果提前切断线缆的话,则鱼雷将提前进入声自导阶段,这可能会导致攻击失败。线导鱼雷的线缆如果缠在一起,或者被海底植物或岩石挂断,也会导致鱼雷攻击失败。此外,线导鱼雷与采取无线电指令传输的导弹不同的是,后者对多目标的引导限制较小,而线导鱼雷在切断连接发射平台与鱼雷的导线之前,鱼雷发射管都是被占用的,而且不管是水面舰艇还是潜艇,鱼雷发射管的数量都是很有限的,这导致了线导鱼雷很难发动类似导弹的“饱和攻击”,多目标攻击能力也受到限制。最后,线导鱼雷要求发射平台长时间控制鱼雷,如果期间发射平台遭到其他目标的攻击,则要么机动受限而难以规避,要么提前切断线缆导致线导鱼雷制导失败,因此线导鱼雷更适合打单独的舰艇,如果对方是一个舰艇编队的话,则线导鱼雷的使用就要三思了。

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本篇至此告一段落,敬请期待下一篇《盾和蛋之间的那点事(三十六)——话外篇:声制导(中)》,谢谢关注!

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附《盾和蛋之间的那点事》系列全收藏:

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本文内容为我个人原创作品,申请原创加分

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