新聞鏈接：(新華社北京2009年2月18日電)英國核潛艇“前衛(wèi)”號和法國核潛艇“凱旋”號本月初在大西洋發(fā)生相撞事故。有專家指出，本來這種相撞的概率很低，兩艘潛艇在大洋里游弋，就像一個體育館里兩只蜜蜂飛來飛去，它們如果撞到一起，一定是都沒有睜眼睛和帶耳朵。

潛艇有眼睛和耳朵?你是不是覺得有些奇怪，其實這個眼睛和耳朵就是聲吶。

我們都知道，聲音可以在固體、液體和氣體中傳播，而且遇到障礙物后會被反射回來。蝙蝠的回聲定位就是利用的這一特點。而聲吶就是一種利用聲波能在水中傳播的特性，通過電聲轉換和信息處理，來完成水下探測和通訊任務的電子設備。它是水聲學中應用最廣泛、最重要的一種裝置。它可以接收從被探測物體上發(fā)射來的聲波來確定該物體的信息，也可以向被探測的物體發(fā)射出聲波，利用回聲的特征來確定對方的信息。從這個方面上講可以把聲吶分成主動式聲吶和被動式聲吶。因為當水中或水面目標運動時，會產生機械振動和噪聲，被動式聲納就可以接收到這種信號來探測對方的信息。這種被動式聲吶隱蔽性好，識別目標能力強，缺點同樣很明顯就是不能偵察靜止的目標。主動式聲納可解決這一問題，但主動式聲吶易暴露自己，且探測距離比被動式聲吶短。

 

 

你可能會問了，為什么在水中是用聲波來進行相應的探測?光波或者其它波不行嗎?這是因為在水中進行觀察和測量，聲波具有得天獨厚的優(yōu)勢，其他探測手段實現(xiàn)的探測距離都很短。就說光吧，它在水中的穿透能力非常有限，即使在最清澈的海水中，人們也只能看到十幾米到幾十米深的物體;電磁波在水中傳播損失也很大，即使用大功率的低頻電磁波，也只能準確傳遞幾十米。但是聲波在水中傳遞過程中的衰減就小很多。有科學家做過這樣的實驗：在深海中一個幾公斤的炸彈爆炸時，兩萬公里外還可以收到訊號。所以在液體中進行測量和觀察，至今還沒有比聲波更有效的手段。

聲吶的技術至今已有100多年歷史了。其實早在1490年，意大利著名藝術家和工程師達?芬奇就曾說過：“如果使船停航，將一根長管的封口端插入水中，而將開口放在耳旁，便能聽到遠處的航船。”可以說，達?芬奇所說的這種聽測管即是現(xiàn)代聲納的雛型。這種方式跟中國古時提到的“伏地聽聲”異曲同工。但這種聽測管非常原始，它只是被動地接收傳來的信號，不能探測水下目標的方位，靈敏度也很低，屬被動式聲吶的一種。

從嚴格意義上說，第一部聲吶儀是1906年由英國海軍的劉易斯?尼克松所發(fā)明。他發(fā)明的是一種被動式的聆聽裝置，屬于被動式聲吶，主要用來偵測遠處的冰山。

真正促進聲吶的迅速發(fā)展與成熟的歷史上著名的“泰坦尼克號”事件。1912年4月14日，英國豪華大客輪“泰坦尼克號”在赴美首航途中的北大西洋與冰山相撞而沉沒，這一有史以來最大的海難事故引起了很大的震動，促使科學家研究對冰山的探測定位。英國科學家里查孫在船沉沒后5天和一個月以后連續(xù)申報了兩項專利，其中一個就提出利用聲波在空氣中和水中探測障礙物，要使用有指向性的發(fā)射換能器。

換能器是聲吶中的重要器件(如圖)，它是聲能與其它形式的能如機械能、電能、磁能等相互轉換的裝置。它有兩個用途：一是在水下發(fā)射聲波，稱為“發(fā)射換能器”，相當于空氣中的揚聲器;二是在水下接收聲波，稱為“接收換能器”，相當于空氣中的傳聲器(麥克風)。1913年，美國科學家費森登用自己設計的動圈式換能器制造了第一臺回聲探測儀。1914年4月他用這臺設備發(fā)出的500-1000Hz的聲波成功地探測到2海里(約合3.7公里)之外的冰山。

 

 

緊接著，1914年第一次世界大戰(zhàn)爆發(fā)，從而極大地推動了水聲定位技術的發(fā)展。第一次世界大戰(zhàn)期間，德國人利用新發(fā)明的U型潛艇，擊沉了大量協(xié)約國的軍艦和商船，一時橫行無敵，對協(xié)約國和其他國家的海上運輸造成了很大的威脅，幾乎中斷了橫跨大西洋的運輸。協(xié)約國和其他國家十分惱火，也下定決心發(fā)展水聲設備，用來偵測潛藏在水底的潛水艇。當時不少著名的科學家都參加了這一工作，使得聲吶技術突飛猛進。這其中就包括年輕的俄國電機工程師希洛夫斯基、法國著名物理學家朗之萬等。朗之萬和希洛夫斯基使用高頻率的超聲波，1915年底和1916年初在賽納河的兩岸間作傳播試驗獲得成功，實現(xiàn)了兩公里的單向傳播，收到了海底的反射信號和200m外一塊鋼板的反射信號。

第二次世界大戰(zhàn)及戰(zhàn)后年代，各國都意識到了聲吶技術的重要性，聲吶技術得到了更為全面的發(fā)展。這時期，聲吶探測的距離不斷增加，對目標的分辨能力不斷提高，相繼出現(xiàn)了各種類型的聲吶，如核潛艇上的巨型聲吶，魚雷頭上的制導聲吶等。

最初大力發(fā)展聲納的主要目的是用于探測敵方潛艇，因此它還有一個很響亮的稱號“水下偵察兵”。不過隨著技術的發(fā)展，聲納已發(fā)展到第五代，即數(shù)字式聲納，性能有了很大提高。已經(jīng)不僅僅只是用于軍事上的搜索潛艇、探測水雷、海底警戒、水下導航、水中(魚雷、水雷等)制導和對抗，還用于海洋資源的探測、研究和開發(fā)，如探測魚群和蝦群，探測海洋的深度、海底礁石、沉船、油管、海底電纜和水下障礙物以及海底石油和天然氣等。

其實聲吶也不是人類的專利，不少動物都有它們自己的“聲吶”。如果你是一個游戲發(fā)燒友，你一定玩過風靡一時的《紅色警戒》，游戲中美軍一方就有一種水下武器──海豚，它攻擊潛艇的方式就是利用超聲波，這也是一種帶有攻擊性的聲吶系統(tǒng)。

蝙蝠利用自己的“主動聲吶”可以探查到很細小的昆蟲及0.1mm粗細的金屬絲障礙物。而飛蛾等昆蟲也具有“被動聲吶”，能清晰地聽到40m以外的蝙蝠超聲，因而往往得以逃避攻擊。

我國長江中下游的白鰭豚，它的“聲吶”系統(tǒng)更為完整，“分工”更為明確，有定位用的，有通訊用的，有報警用的，并有通過調頻來調制位相的特殊功能。多種鯨類都用聲吶來探測和通信。其他海洋哺乳動物，如海豹、海獅等也都會發(fā)射出聲吶信號，進行探測。

現(xiàn)在回過頭來看看文中一開始提到的潛艇相撞事故。美國環(huán)球安全網(wǎng)主任、防務專家約翰?派克在接受新華社記者采訪時就曾經(jīng)表示，本次的潛艇相撞事故可能與雙方關閉了主動聲吶而僅使用被動聲吶有關。潛艇在低速行駛狀態(tài)下噪音很小，很難被探測到。如果使用主動聲吶，又可能會暴露行蹤。因此，事故發(fā)生前，兩艘潛艇可能都只使用了被動聲吶，它可能探測不到緩慢移動的潛艇，這也可能是英法潛艇相撞的真正原因。

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