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北斗衛星首突破水下通信新技術 令中國核潛艇更隱蔽

  據《人民日報》與《南華早報》日前報道,中國科學院新一代遠洋綜合科考船“科學”號在1月31日完成西太平洋綜合考察返航青島母港。此次出航,“科學”號共歷時74天,航程1.2萬海里。

據中科院海洋研究所、煙臺海岸帶研究所所長王凡介紹,本航次的重大突破是首次實現了深海潛標大容量數據的北斗衛星實時傳輸。這項自主研發的技術成果克服了深海潛標載荷容積小、供電少和數據量大等困難,改變了以往依賴國外通信衛星的歷史,提高了深海數據實時傳輸的安全性、自主性和可靠性。王凡還說,“在今年的航次中,另一項重大突破是我們融合感應耦合和水聲通信技術首次實現了深海6000米大水深數據的實時傳輸,在大洋上層實現了每100米一個溫鹽流數據的實時傳輸,在大洋中深層實現每500米一個溫鹽流數據的實時傳輸。”

儘管報道沒有透露數據傳輸量或傳輸質量等細節,但外界認為這些技術如果發展完成,將會讓中國海軍潛艇,尤其是戰略核潛艇的水下通信能力大幅提升。未來中國海軍核潛艇在深海大洋進行潛航時,行蹤將變得更難捉摸。

  眾所周知,潛艇的最大優勢就是能夠藉助厚厚的海水掩護自己,具有極其出色的隱蔽性。但是海水在遮蔽了潛艇行蹤的同時,也給潛艇的通信造成了極大困難。由於海水導電率非常高,一般的無線電波進入海水後,很快就會被損耗掉,這是因為電磁波的波長越短、頻率越高,在海水中的衰減就越厲害。因此,在地面和海面普遍使用的微波、短波、超短波通信設備,根本無法用於對水下潛航的潛艇通信。同樣,潛艇也無法用無線電通信設備在水下與岸基指揮部、飛機和艦船進行聯繫。如果潛艇上浮用無線電通信手段與岸指進行聯繫,很快就會被截聽定位,進而遭到攻擊。現在的無線電信號截獲和定位技術手段,對一個突然出現的通信頻率的信號定位時間已經縮到了1秒以內。所以為了安全,潛艇的通信原則長期以來都是隻收不發。

  這樣一來,潛艇在水下潛航時實際上處於與外界隔絕的狀態,而這對於現代聯合作戰是很不利的。況且潛艇在水下不發報,但總要接受信息或指令吧。所以,為了讓潛艇能夠在水下與外界進行有效溝通,人們一直在尋找能夠穿透海水的通信技術。

  通過對無線電波仔細分析,人們發現頻率低的電波對海水有一定的穿透力。頻率越低、波長越長,穿透海水的深度越深。於是,低頻無線電就被用於對潛水下通信。最早用於岸對潛通信的低頻通信是甚低頻(VLF)通信,又稱甚長波通信。甚低頻在海水中的傳輸衰減較小,入水深度10-30米。甚低頻無線電信號在地球表面和電離層之間傳播,距離可達數千至上萬公里,可實現對潛艇的全球通信,而且甚低頻在大氣層中傳播穩定,受核爆炸和電離層擾動、磁暴等影響小,抗干擾性強、可靠性高。到目前為止,甚低頻通信仍是各國海軍的主要對潛通信手段。潛艇使用浮力拖曳天線,可在水下50米左右的深度進行接收。

  但是甚低頻通信的入水深度不大,而且通信時潛艇只能以4-6節的低速航行,水下機動受到很大限制。有鑑於此,人們又研製了超低頻(SLF)通信,又稱超長波通信。超低頻在海水中的信號衰減只有甚長波的幾分之一,入水深度可達100米,是目前唯一能夠對潛進行遠程大深度水下通信的實用技術手段。

  在進行超低頻通信時,潛艇通常使用長度600米的浮力拖曳天線,可在水下120-180米、航速30節情況下收信,這樣就極大地提高了潛艇的隱蔽性和水下機動性。

  為了讓潛艇在更大深度收信,美俄還在研究極低頻(ELF)通信,也稱極長波通信。這種通信入水深度可達200米以上(頻率10赫茲時入水深度250-270米),對潛水下通信能力顯然很強。但是,極低頻通信的難度太大,僅長度極大的天線就是很棘手的技術難題,所以,極低頻通信至今還沒有實用化。

  儘管甚低頻和超低頻在很大程度上解決了對潛水下通信問題,但是這兩類通信方式的發射機及天線十分龐大(像超長波的天線即使取波長的八分之一,最短長度也在100公里以上,需要發射機功率則在兆瓦級別)、建設時間長、投資大、運行費用高、生存能力差,而且只能向潛艇發送信息指令卻不能接收潛艇的信息,傳輸速率又很低(例如美國海軍的超低頻發射臺15分鐘才能完成一個3個字符的碼組,遠遠不能滿足發送複雜作戰指令的需求,通常只能用於發送短指令碼或者作為通知潛艇收報用的“振鈴”),所以並不能令各國海軍滿意,尋找新的水下通信技術也是各國一直在做的事情。

  新加坡南洋理工大學海事安全專家許瑞麟說,潛艇除非升起通信浮標天線,或是浮上海面,否則通常無法自行傳輸數據。然而,潛艇一旦這麼做,便會明顯增加被探測到的風險。而通過衛星傳輸數據,不僅能讓潛艇的行蹤變得更難捉摸,而且傳輸的效率也更高。

  中國研發的這種水下通信技術是在水面上放置一個數據實時傳輸的浮體,它與水下的通信潛標通過無線和有線兩種方式連接。潛標將數據傳輸給浮體,浮體發射到衛星上,衛星再反饋回地面。澳大利亞麥考瑞大學(Macquarie University)的中國問題專家倪凌超(Adam Ni)說,這種水下通信技術對於中國海軍潛艇艦隊作戰能力的提升將會起到很大作用。他指出,除了潛艇的隱身技術進步、與強大的水面艦隊形成互補之外,這項最新的技術突破是中國海軍潛艇,尤其是核潛艇力量現代化的一個重要標誌。

  但是也有分析認為,這項水下通信技術仍存在不足,就是佈設的水下通信潛標位置比較固定,在戰時易被對方破壞。所以,它還只能作為潛艇的輔助水下通信手段。(作者署名:聯合防務)

  

  

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