潛艇在水下呼吸靠頭髮？潛艇如何觀察與交流，倉頂的頭髮才是關鍵

每次我們看到潛艇出水時 總會看到它的頭上升起各種天線 潛艇真的有必要扎這麼多頭髮嗎 其實呢 還真有必要 只是呢 他們並非潛艇的頭髮 更像是我們的五官的作用 用來呼吸 觀察 傾聽 交流 今天咱們就來看看潛艇頭頂這些神奇的頭髮 首先 我們要先確定潛艇的天線究竟有多少根 一艘潛艇的頭頂少則五根 三根 多則十來根 他們統稱爲潛艇的桅杆 一般呢 分爲以下幾種 潛望鏡 光電桅杆 通信天線 雷達天線 偵察天線 通氣管 只是看名啊 就知道它們的作用各不相同 咱們就一個一個來看 這根管子呢 不是柴電潛艇天線中科技含量最高的 卻是所有天線中最重要的 它主要是承擔柴電潛艇處於水面或者通氣管狀態航行時 向柴油發電機艙和潛艇通風系統提供空氣的任務 說白了就是潛艇呼吸用的 不過 通氣管的出現並非是這個原因 在二戰時期 爲了改進潛艇的隱蔽性 減少潛艇在水面的充電時間 已經成爲了德國潛艇設計師們迫切需要解決的問題 1943年 德國的海軍工程師們終於研製出了潛艇通氣管裝置 通氣管裝置可以使潛艇的隱蔽性有很大的提高 從而大大的減少被雷達發現的幾率 從這個角度上來說 通氣管裝置無疑將潛艇技術向前推進了一大步 並且對戰後世界各國潛艇技術的發展產生了深遠的影響 果然 在第二次世界大戰結束後 世界各國都從德國潛艇上得到了借鑑 紛紛在本國的潛艇上裝備了通氣管裝置 典型的潛艇通氣管也被稱爲通氣管升降裝置 它擁有進氣管和排氣管 當潛艇處於潛望性深度時 漏出水面的氣管會把空氣抽入潛艇內部 以供艇員和艇上的柴油機使用 而排氣管則會把柴油機產生的廢氣導出 同時 它還能在海浪較大時自動關閉 海浪較小時自動開啓 實現自動化工作 早期的通氣管裝置是一個具有固定長度的進氣排氣組合圍杆 在不使用時 這根組合圍杆縱向平道放置在潛艇外殼上 當潛艇需要使用通氣管裝置系統時 利用液壓使其直立起來 然後其根部轉動 再用鎖緊銷將其固定在指揮台圍殼的後部 在進氣管的頂部有一個浮動機構 原理呢 頗像廁所抽水馬桶裏的浮球原理 當圍杆處於水中時 浮動機構會自動關閉 並將進氣管阻塞 使外界的海水無法通過進氣管進入潛艇 當圍杆露出水面時 該浮動機構可以自行打開 使進氣管與外界聯通 此時殘留在進氣管中的海水被導出流入輔助壓在水倉 然後艇上的柴油機便可以在通氣管狀態進行工作了 可以說是相當的繁瑣 但是爲了隱蔽與安全 各國呢都在不斷的改進着通氣管 現代化柴電潛艇的通氣管系統 進氣管圍杆和排氣管圍杆不但可以進行升降 而且高度可調 它們通常被設計成爲組合形式 佈置在潛艇的指揮台圍殼內 當潛艇利用通氣管爲柴電潛艇進行充電時 探測到敵方的雷達搜索 通氣管系統的圍杆高度會停止充電工作 並被迅速收回 隨後潛艇進入潛望鏡深度 使用潛望鏡對周圍海空態勢進行觀察 並由此決定是否緊急下潛 還是繼續維持在潛望鏡深度 說完了潛艇的呼吸系統 我們再來看看潛艇的眼睛 自從潛艇誕生之日起啊 潛望鏡便伴隨着它已經走過了將近百年的歷史 在有關潛艇戰的電影中 我們曾無數次聽到這樣的命令 放下潛望鏡 升起潛望鏡 潛艇艇長操作着潛望鏡 觀察着水面上的敵人 然後下達各種作戰指令 這就是我們認知當中的潛艇作戰方式 潛望鏡是潛艇裝備中的一個基本部件 用於確定在戰鬥時自身和目標的位置 潛望鏡的基本目的是讓潛艇成員處於水面下時 可以觀察到水面上的目標 一個簡單的潛望鏡由一個垂直的管子與兩塊上下放置成45度角的平面鏡組成 當上部儘管朝向目標時 下方的平面鏡通過反射可以將目標傳遞給觀察者 當然 軍用潛艇版本要比這個更加複雜 不過原理啊都是相通的 在軍用潛望鏡中 棱鏡代替了儘管上下的平面鏡 平行排列 頂端棱鏡朝向目標物 通過一系列的透鏡後 將觀察到光反射到底部棱鏡 這個棱鏡呢 在儘管的底部將光線反射到由兩個透鏡組成的次級儘管中 然後通過目鏡呈現給觀察者 軍用潛艇上的潛望鏡儘管的長度一般在2-20米之間 不同級別的潛艇會根據挺身確定 這裏大兵要科普一下什麼是潛望鏡深度 方便後面的理解 當潛艇處於可以使用潛望鏡觀察的深度航行時 被稱爲潛望深度 在這個深度時呢 通氣管 雷達天線 無線電天線等都可以伸出海面 通常來說呢 常規潛艇的潛望深度一般是7-10米左右 核潛艇爲9-15米 潛望鏡的位置位於潛艇的指揮台內 在潛艇上 突出的部分被稱爲指揮台圍殼 美國人呢 也稱其爲翻罩 它是連接在潛艇頂部的扁圓柱形艙室 一般來說呢 它位於潛艇控制室的正上方 潛望鏡從翻罩頂端一直延伸到船底 可以360度旋轉觀察 在潛望鏡深度時 潛艇可以依靠目測進行航行 一旦下潛到低於潛望鏡深度 潛艇的導航則需要靠聲納來維持了 傳統的光學潛望鏡存在幾個很難解決的問題 潛望鏡的本身貫穿整個情身 其大小是限制了翻罩和內部艙室的佈置 而潛望鏡一次只允許一個人觀看 一般呢都是由船長掌控 信息實效性會有偏差 另外 安裝潛望鏡就必須在潛艇的耐壓殼上開一個供潛望鏡使用的孔 由於密封性問題將影響到潛艇的耐壓強度 這些問題啊雖然不是嚴重的致命缺陷 但如果能有一種可以解決上述問題的新式技術 那將成爲潛艇製造上提供更多的便利 在戰場上也會獲得更多的機會 隨着技術的進步 這種傳統的觀察方式得到了改善 在過去30年中 新一代模塊化多傳感器的開發 正逐步促使軍工企業推出不再需要近身穿過整個挺體的光電圍杆系統 也就是常說的光電潛望鏡 取而代之呢 是一條電纜 就可以將它們連接到潛艇的內部 在艇內遠程查看功能 爲潛艇設計人員提供了一種新的觀測方式 翻照控制師的位置和佈局方面將會變得更加靈活 光電圍杆的模塊化設計也使得傳感器維護和升級更加容易 鑑於海軍作戰時 這種電子設備存在着諸多不確定的因素 比如電氣故障 數據傳輸錯誤等 所以傳統潛望鏡也並不是一下子就被淘汰的 而是成爲了後備使用 因此 現代潛艇一般採用一加一的模式 即一部光電圍杆系統和一部常規潛望鏡 雖然這樣做 傳統潛望鏡的缺點仍然存在 但是預計在未來光電圍杆技術成熟之後 將會取消這種不必要的設計 巴拉斯特的公司在1917年爲英國皇家海軍 HMSM3研製了首款光學軍用潛望鏡FY1 上世紀80年代起 他們就開始着手研究光電潛望鏡技術 也就是光電圍杆 1992年投資研發 第二年便設計完成 被命名爲CM010 1998年 該系統被首次安裝在英國的特拉法爾加級核動力潛艇上 這種光電圍杆具備常規光學潛望鏡的成像功能 同時還有導航 電子站和通信等附加功能 該電子潛望鏡不需要貫穿整個艇體 潛望鏡會像汽車天線一樣 在潛艇外部自由伸縮 由電纜與控制室內操控設備連接 光電圍杆的核心呢 由多種傳感器組成 這種多光電傳感器位於電子圍杆的頂部 上面的配有三部攝像機 分別是彩色攝像機 高分辨率黑白相機和紅外相機 爲潛艇提供成像數據 同時加裝三軸穩定系統 即使在波濤洶湧的環境之下呢 依然可以傳送出穩定的圖像 在翻照內還設置有一部任務臨界控制攝像機和一部市場激光測距儀 來完成精確導航和目標測距任務等工作 光電圍杆所有的支持設備都放在翻照內 不必向下延伸至船底 較小的體積和尺寸可以爲船艙控制室留出更多的空間 佈置其他關鍵性設備 用傳統的潛望鏡 控制室必須設置在狹窄的上層甲板 而使用了光電圍杆之後 控制室的位置 就可以根據需要佈置在挺身的任何位置了 光電圍杆的圖像數據通過光纖傳輸方向控制指令 由控制檯內部人員直接操控 圍杆攝像機捕捉到了圖像 將直接顯示在控制室內的大型顯示器上 多人可以同時看到 這樣有利於對戰場環境的分析 圖像在顯示器上可以進行放大 亮度調節 對比度調整等操作 使用錄像功能時 可以記錄一段時間內的影像 在收起潛望鏡下潛到一定深度後 便與仔細分析戰場情況 作爲攝像機採集到的數據 可以同時分享給其他潛艇 飛機或者是陸基指揮部 信息傳遞的準確性和效率得到了質的提高 此外 電子圍杆還可以通過夜視成像 熱成像等技術來捕捉傳統潛望鏡觀察不到的目標 與傳統的光學潛望鏡相比較 這種電子潛望鏡的收放速度也將明顯提高 這位潛艇在戰時提供更加充足的規避時間 增強隱蔽性 由於光電圍杆不需要在耐壓殼上開大洞 所以呢 對船體強度的影響也較小 但它也並非完美 電子設備的缺點就是穩定性 和數碼相機和數字電視一樣 光電圍杆出現電氣故障時將會停止工作 這就會造成對外無法觀測的情況 而傳統的潛艇潛望鏡呢 基本上不可能出現這種情況 這就是爲什麼現代潛艇在配備光學圍杆時 還是要再加裝一部傳統潛望鏡的原因了 目前呢 英國的基敏級核潛艇裝備了升級的cm010光電圍杆系統 法國索宇級潛艇裝備了三富爾電子防務公司的30系列som光電圍杆 另外 包括美國弗吉尼亞級和俄亥俄級核潛艇 韓國的kss3 日本蒼龍級 德國209型瑞典a26等潛艇商也都裝備了這種光電圍杆系統 那麼說完潛艇的眼睛 最後再來說說潛艇的嘴巴和耳朵 無線電通信速度要快 容量大 是現代通訊最主要的傳輸方式 潛艇也不例外 裝備了從超低頻 甚低頻到中頻 高頻 再到甚高頻 特高頻 超高頻 極高頻等一系列雷達天線 它們呢 各有各的用途 咱們分開來一個一個說 海水對電磁波有很強的衰減作用 普通電磁波在海水傳播沒多遠 信號就會差很多 而波長在10到100千米的甚長波對海水穿透能力較好 可以穿透20到30米深的海水 潛艇呢 可以在潛望鏡深度接收信息 也可以在水下放出通信浮標接收 甚低頻成爲了各國海軍對淺通信的主要方式 美俄等國在世界各地建立了很多甚長波發射平臺 形成了覆蓋全球的對淺通信指揮網 美國呢 還研製出了塔卡木基載甚低頻通信系統 用EA-6B電子戰飛機24小時的不間斷保持對淺中繼通信 極大提高了戰時生存能力 隨着在反潛技術的發展 潛艇在潛水下接收信息越來越不安全 於是人們又用波長更長的超長波電臺傳遞信息 超低頻電波在海水中衰減率比甚低頻小得多 其中呢 極低頻電波衰減率僅爲甚低頻電波的十分之一 超低頻電波可以穿透近200米深的海水 潛艇可以安全的在深海接收信息了 但超低頻電波有重大缺點 就是通信速率極低 傳輸信息量極少 比如美國緊縮超低頻通信系統 15分鐘只能傳送三個字碼組 這種速率呢 是無法傳輸作戰指令的 只能傳輸事先約定的短代碼 或者只是當做提醒潛艇上浮收信的陣靈使用 於是呢 海巡爲了豐富自己的信息傳遞功能 在潛艇上安裝了各種高頻通信天線 用於潛岸 潛艦 潛空 潛衛星 甚至潛潛之間的單向雙向通信 高頻短波穿不透海水 通信時潛艇需要上浮 是爲幹天線漏出水面 或者放出拖曳天線 無線電通信浮標等到海面 其中呢 特高頻 超高頻 極高頻頻段的主要是對衛星通信使用 短波經電離層反射可以傳播到較遠的距離 所以潛艇短波電臺通常呢 進行遠距離超快速保密通信 超短波很少被電離層反射 但它通信穩定 保密性好 綜合了這些特性呢 潛艇最終用 超短波電臺與其他艦艇飛機做直射波通訊 潛艇如果需要上浮通信 這對隱蔽性的破壞可以說是無限大的 所以呢 在危險區域很少使用 爲了保證隱蔽性不被破壞 科研人員發明出了超快速通訊方式 以極快的速度發送信息 發訊時間呢 小於敵人無線電側向定位時間 讓敵人無法確定潛艇的位置 當然 有的潛艇爲了隱蔽選擇了自閉 不差錢的國家爲潛艇裝備了專屬衛星天線 可以說 人類在潛艇通信方面呢 是煞費苦心了 最終得到的結果呢 其實不太盡如人意 只是讓潛艇的頭頂上多了更多天線 用以不同頻率波段的不同交流 但這些天線中呢 又有兩個比較特殊的雷達天線和偵察天線 這兩根呢 不用於交流 而是用於搜索水面目標 雷達天線是主動搜索 發出和接收電磁波搜索敵人 偵察天線是被動搜索 只接收電磁波 如果有目標開着雷達掃描 偵察天線就可以探查到目標 當然對方也會受到偵察天線的位置 所以呢 偵察天線更像是潛艇的耳朵 基本上上面這些就是潛艇的全部天線了 是不是跟咱們的武官的作用類似呢 可以說 潛艇離開了他們 基本上會成爲水下的一塊磚 也就失去了其真正的打擊和戰略意義 好了 今天的故事就到這結束了 我是大斌 我們下期節目再見