【中華軍備】細說現代潛艇需要裝備哪些聲納
/來自中華網社群
圖為214型潛艇裝備的艇艏柱狀綜合聲納（cha)、主動避碰聲納（maa)、舷側被動測向聲納(fa）、舷側被動測距聲納(pra)、拖曳線列陣聲納(ta)、偵查聲納（bta）、本艇雜訊監測儀(ona+acc)等多型水聲探測裝備。現代潛艇為了提高作戰效能，往往都會像214型艇這樣同時裝備多型聲納。
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隨著現代潛艇日漸擴充套件的任務多樣性，以及水下作戰時日漸苛刻的隱蔽性要求。如老式潛艇那樣只裝備乙個效能單一的主水聲站，已遠遠不能滿足現代條件下的作戰需求。又由於任務細分後的聲納，因為工作原理不同造成基陣型式和艇體布置都存在較大差異，所以現代潛艇往往會裝備7、8種不同特性的聲納，來提高潛艇的水下探測水平。
面對這些型號繁雜、外型迥異、任務特性不同的現代潛用聲納，軍迷朋友往往會有眼花繚亂的感覺。在了解和辨識這些聲納的效能和用途上，也會碰到一些困難。有鑑於此，筆者挑選了目前各國潛艇裝備的具有代表性的潛用聲納型號，用簡單明瞭的語言組成較為系統性的講解，希望能夠對軍迷朋友們更好的認識現代潛用聲納，豐富大家對於現代潛艇水下作戰時的直觀感受，帶來一些有益的幫助。
一、艇艏多功能聲納
214型艇上裝備的dbqs-40型綜合聲納的艇艏圓柱狀基陣聲納
潛艇的艏部遠離動力艙室和推進器，受艇體後段噪音與振動影響較低，有利於提高水聲探測器材的探測效能，所以潛艇的主水聲站一般都會布置在艇艏處。艇艏聲納往往具備主、被動工作能力，並能保障潛艇進行警戒、搜尋、跟蹤、識別、攻擊等多種作戰任務。也因為艇艏聲納的多功能化多工性特點，所以艇艏聲納難以在個別的任務特性上進行突出的優化設計，在探測效能上有均衡、全面、中庸的特點。
左圖為前蘇聯633型r級潛艇的艇艏聲納系統，自下而上分別為北極聲納主動基陣、北極聲納被動基陣、水聲通訊機、亮光m偵查聲納基陣。右邊為我國仿自633型的033型潛艇，在聲納布置上和633型潛艇基本相同。
早期的潛艇艇艏聲納系統如裝備於前蘇聯r級潛艇的北極聲納，受到技術能力的限制以分布式為主，被動接受陣列與主動發射陣分離布置。被動接受基陣體積較小，工作頻段較高，工作距離有限。主動發射陣只能以機械迴轉式進行單波束掃瞄，掃瞄速度慢資訊更新率低，多目標跟蹤能力差。
受限與較小的聲陣體積，發射功率較低，工作頻率則較高，一般以20khz左右的中頻為主。由於頻率較高的聲波在水中衰減快，而老式聲納利用聲傳播途徑又較為單一，所以主動方式下只能達到5-8公里左右的工作距離，被動工況下也只能達到10-15公里左右，探測距離較近測向精度也很差。訊號的處理也限於簡單的濾波和放大，對目標的判斷依賴於操作人員的聽覺、視覺和相關經驗，總體綜合能力較低。
裝備於v級攻擊核潛艇的前蘇聯mtk300紅寶石圓柱型聲納基陣，主基陣下方有高頻避碰探雷聲納。
將裝備於俄羅斯885型雅森級攻擊核潛艇的阿雅克斯球型聲納基陣直徑將達6公尺
現代艇艏聲納系統一般以圓柱狀聲納基陣和球型聲納基陣為主，圓柱陣和球陣將陣元沿圓柱面或者球面排列，通過補償器形成波束和實現波束掃瞄。或者以相控陣方式，在每乙個基元中均加乙個移相器，利用調整移相來獲得波束掃瞄。圓柱陣和球陣的空間監測範圍大，配合現代聲納的相控陣數字多波束技術，其掃瞄速度快多目標跟蹤能力強。
由於圓柱陣和球陣的體積較大，所以聲陣孔徑增大，工作頻率降低，可以接收海水中衰減小的更低頻段雜訊，並利用海底反射、深海聲道等多種傳播途徑，讓聲納系統的工作距離進步一步增加，探測效能得到了有效的提高。自70年代後這類聲納廣泛採用了數字計算機和微處理器，美國等西方發達國家還實現了全數位化，並採用了先進的訊號處理技術。如多波束形成、時間相關壓縮接收、分波束相關定向、高分辨力譜估計、線譜檢測等。
使聲納系統提取和處理資訊的數量和質量大幅提高，進一步優化了現代潛用聲納的綜合性能。
現代潛艇可以根據艇體布置空間，來安裝體積合適的圓柱陣和球陣。比如214型這樣較小噸位的常規潛艇，其圓柱陣體積就普遍較小，在聲納探測距離上也較為有限。而一些大型潛艇比如攻擊型核潛艇，因為艇首空間寬裕，艇上供電充足，所布置的圓柱陣和球陣的體積就要大的多，在發射功率上也要高出不少，探測距離和探測能力上自然也要強的多。
前蘇聯潛用聲納的大型圓柱狀基陣
圖為巨大的處於橫置狀態的mtk540聲納系統的圓柱狀基陣，該聲納裝備於前蘇聯s級和ak級攻擊核潛艇。
前蘇聯的核潛艇以裝備大型圓柱陣聲納為主，如裝備於v級核潛艇的mtk300紅寶石、裝備於viii的mtk500鰩-kc、裝備與s級和ak級的mtk540鰩-3，都為大基陣的圓柱狀聲納。前蘇聯還為一些常規潛艇也配備了圓柱狀艇艏聲納，比如著名的877型基洛級潛艇，就裝備了體積較大的mtk400系列圓柱聲納。這些聲納系統體積龐大，最大的直徑可達4公尺，因為聲陣孔徑大、工作頻段低、發射功率高，所以探測距離遠。
以裝備sii和ak級攻擊核潛艇的mtk540鰩-3圓柱陣為例，利用海底反射和匯聚區效應，在被動工況下對水面艦艇的作用距離可達到60-80千公尺左右，在主動工況下可以對距離35千公尺左右的目標進行精確定位。並具備窄、寬頻監聽功能，可以分辨主動聲納發射的窄帶和寬頻訊號，並測定方位引數，綜合性能較為先進。
美國自長尾鯊級攻擊核潛艇開始，艇艏聲納普遍採用球型聲納基陣，圖為該級艇裝備的an/bqr-6型聲納的球型基陣，該聲納由1245個鈦酸鋇元件構成，基陣總重達76噸直徑達3.81公尺。
美國偏愛球艏聲納，自長尾鯊級核潛艇開始，艇艏聲納都裝備了體積碩大的球型基陣。球型基陣的陣元多，快速掃瞄能力強，空間監測範圍廣。因為體積很大，聲陣孔徑進一步增大，工作頻段就更低。
加上較大的體積也為提高基陣發射功率提供了良好的條件，所以球型基陣的探測效能在艇艏聲納系統中是較為突出的。
688型洛杉磯級攻擊核潛艇裝備的an/bqs-13dna艇艏聲納的球型基陣，右邊為拆卸聲納導流罩露出球型基陣的洛杉磯級巴吞魯日號攻擊核潛艇。
維吉尼亞級攻擊核潛艇裝備的b**10型聲納的球型基陣，右邊的艇艏球陣尚未安裝基陣陣元。
以裝備了洛杉磯級核潛艇的an/bqs-13dna球型基陣為例，該聲納是在bqs-6系列的基礎上發展出的anbqs-11、12型發展而來，由雷聲負責改進而成。其基陣體積由bqs-6系列的3.6公尺擴大到了4.
6公尺之巨，連續發射功率達到了75千瓦，主動工作頻率在3.5khz，被動工作頻率可以在1-3khz頻段。主動工況下探測距離最遠可達65公里，被動工況採用表面反射聲道為30公里左右，利用海底一次反射時的探測距離為60公里，而利用深海聲道匯聚區效應最遠探測距離可達90公里。
該聲納的數位化程度高，使用了大量固體和積體電路，廣泛採用數字計算機完成各功能控制，具備數字多波束控制、窄寬頻訊號處理、高速主動探測等技術。bqs-13dna的探測距離遠、功能多樣、處理速度快、多目標跟蹤能力強、系統可靠性高，總體技術先進。
圖為維吉尼亞級艇艏漸進計畫，早期型號的球艏聲納將被上面的共型基陣所代替。
而海狼級和維吉尼亞級潛艇使用的b**6、b**10型聲納的球型基陣，體積更大（海狼的球型基陣直徑據說超過了6公尺）、功率更高，採用的技術更先進，效能也更為優秀。在前蘇聯解體以前，核潛艇上一直堅持使用圓柱陣，但前蘇聯解體後俄羅斯卻在已完成設計的885雅森級核潛艇上，改用了阿雅克斯大型球陣聲納，其體積也達到了6公尺之巨。可見其他國家對於球陣聲納的優良效能也是非常渴望的，只要條件具備也都會考慮裝備。
俄羅斯拉達級採用的大體積共型基陣的潛艇艇艏聲納，美國的維吉尼亞機攻擊核潛艇的後續批次，也將採用類似的共型基陣來代替原先的b**10的球型陣。
不過球型基陣也有一些弊端，其碩大的體積擠占了艇艏的全部空間，魚雷發射只能採用肩部發射方式，發射管位置需要向後位移，導致發射管在耐壓艇體的開口上橢圓度較大。給潛艇的艇艏艙室布置和耐壓艇體的開口控制以及建造工藝上，都帶來了一些困難。另外，大型球陣的加工工藝高，造價相也當昂貴。
根據美國海軍發布的公開資訊表明，美國海軍決定在維吉尼亞級核潛艇的後續艇上，用共型基陣來代替球型陣聲納。共型陣是指按潛艇殼體外型安裝的換能器陣，陣外型和艇體外型相似，陣元緊貼艇殼體，從艏到艏側（看上圖）均可安裝陣元，又叫貼殼聲納、保角聲納等。這種基陣也可以獲得類似球陣的空間增益，並可預先形成波束，但也會使換能器的物理特性變得複雜，給波束形成帶來困哪。
從美國維吉尼亞級核潛艇的發展計畫看，美國人已經突破了大體積共型陣的研製問題，達到了實用化階段並即將裝艇使用。總的來說，圓柱陣、球陣以及即將批量裝備的大體積共型陣，都是現代潛艇艇艏聲納採用的基本型式。採用哪種基陣要看各個國家根據各自不同的研發能力和建造水平，並根據海軍潛艇部隊的作戰需求和國防準備費用的水平來做出統籌的決定。
二、舷側陣聲納
南韓仿造214型孫元一號潛艇和法國西班牙設計建造的鈾魚級潛艇都裝備了舷側陣聲納
法國凱旋級戰略核潛艇裝備的舷側陣聲納英國機敏級攻擊核潛艇有著巨大誇張的舷側聲納基陣
艇艏基陣受到艇體布置的限制，進一步增大聲陣孔徑和降低工作頻段都較為困難，使得聲納的被動探測距離受到了限制。同時艇艏聲納基陣在艇體舷側和艇體後方也都存在著盲區，不能做到全方位監測，影響了潛艇的實時警戒和監測範圍。為了提高潛艇探測能力，現代潛艇又開始在艇體上布置舷側陣聲納。
舷側陣聲納是指將眾多的水聽器，沿著艇體縱向方向，布置在艇體左右兩舷側的聲納。由於舷側陣聲納可以充分利用艇體長度擴大基陣的聲陣孔徑，在工作頻段上可以進一步降低，所以被動探測距離也得到了有效的提高。現代舷側陣聲納的工作頻段可以降低到500-2000hz範圍內，極個別的甚至可以達到200hz的頻段。
在基陣長度上有些核潛艇的陣列長度可以達到60公尺，作用距離達到50海浬左右。
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