船舶磁特征的開發(fā)與利用

　　通過感知水下磁場(chǎng)探測(cè)艦艇是否存在的技術(shù)，主要應(yīng)用于海底戰(zhàn)爭。鑒于電磁場(chǎng)在導(dǎo)電海水中的傳播損失，感興趣的頻率通常限于0~3Hz的超低頻（ULF）以及3~3kHz的極低頻（ELF）。直到最近，盡管規(guī)劃和建造全電艦艇所使用的高功率推進(jìn)電機(jī)、發(fā)電機(jī)和高電流分布系統(tǒng)提升了對(duì)ELF的關(guān)注，但就磁隱身而言，所關(guān)注的頻率仍然集中在ULF和ELF，因此，《船舶磁特征的開發(fā)與利用》的討論將主要集中于開發(fā)與利用水面艦或潛艇的ULF磁場(chǎng)特征。術(shù)語“特征”廣泛應(yīng)用于聲學(xué)測(cè)量和船舶水下聲場(chǎng)檢測(cè)領(lǐng)域，類似簽名文檔上的手簽，可以將船舶所產(chǎn)生的水下聲音具有的獨(dú)特特征用于與其他船舶區(qū)分。盡管水面艦或潛艇所產(chǎn)生的磁場(chǎng)不像其聲學(xué)特性那樣獨(dú)特，但術(shù)語“特征”已經(jīng)被用來描述船舶電磁場(chǎng)的空間和時(shí)間分布。大多數(shù)人會(huì)比較熟悉磁鐵周圍撒上鐵屑或銼屑形成圖案的現(xiàn)象：當(dāng)將鐵屑鋪在位于磁鐵上方并且振動(dòng)的紙板上時(shí)，磁化的鐵屑會(huì)與磁場(chǎng)對(duì)齊，所得到的圖案勾畫出無法使用肉眼直接看到的磁場(chǎng)輪廓。因?yàn)榇艌?chǎng)看不見、聽不到且感覺不到，所以會(huì)很難理解它在海軍艦艇周圍的存在是如何增大艦艇被水雷和探測(cè)系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)的概率。對(duì)磁特征的生成機(jī)制及其物理原理的基本理解會(huì)降低這種神秘感。ULF頻段主要存在以下四種船載磁源：（1）建造海軍艦船所使用的鐵磁鋼在地球自然磁場(chǎng)中感應(yīng)引起的鐵磁性；（2）任何船載導(dǎo)電材料（磁性和非磁性）在地球磁場(chǎng)中旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的渦流；（3）由自然電化學(xué)腐蝕過程或人為設(shè)計(jì)用于防止船舶腐蝕（生銹）的陰極保護(hù)系統(tǒng)，將電流施加到船舶的導(dǎo)電船體和周圍的海水中產(chǎn)生的電場(chǎng)；（4）流入電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、配電電纜、開關(guān)裝置、斷路器和其他有源電路的電流。將在第2章對(duì)每個(gè)船載磁源背后的物理原理進(jìn)行詳細(xì)討論，并分別簡要介紹降低這些磁源的方法。水下戰(zhàn)爭對(duì)船舶或潛艇磁場(chǎng)特征的利用可以分為水雷戰(zhàn)（MIW）和反潛戰(zhàn)（ASW）兩類。水雷是第一種可以通過感應(yīng)磁場(chǎng)進(jìn)行探測(cè)、定位和攻擊船只的武器。1920年，德國開始大規(guī)模開發(fā)一種靠近海底或浮在水中的水雷，會(huì)對(duì)目標(biāo)船只的磁場(chǎng)進(jìn)行探測(cè)，若滿足某些要求，則會(huì)自動(dòng)引爆。人們發(fā)現(xiàn)，非接觸式水下爆炸產(chǎn)生的沖擊波能夠在遠(yuǎn)處擊沉或嚴(yán)重?fù)p壞船舶。這種非接觸式武器稱為磁感應(yīng)水雷，將在第3章對(duì)其基本工作原理進(jìn)行討論。水雷很危險(xiǎn)，被海軍水雷擊沉或損壞的船只總質(zhì)量超過數(shù)十萬噸。第一次世界大戰(zhàn)期間，各方共布設(shè)了309700枚水雷，擊沉或損壞950多艘船只。這個(gè)數(shù)字在第二次世界大戰(zhàn)期間增加到70萬枚，擊沉或損壞的船只數(shù)量超過3200艘。自1950年以來，共有14艘美國海軍船只成為水雷的犧牲品，USS PRINCETON（CG 59）艦于1991年在“沙漠風(fēng)暴”行動(dòng)期間被伊拉克水雷破壞。即使像“伊拉克自由行動(dòng)”（2003年），聯(lián)軍海軍依然需要進(jìn)行大規(guī)模掃雷行動(dòng)，幸運(yùn)的是在伊拉克部隊(duì)部署大部分武器之前，這些行動(dòng)被成功阻止。水雷價(jià)格便宜、容易制造且可以在國際武器市場(chǎng)上買到；但是，搜尋和清除它們既困難又耗時(shí)，并且由于可以使用隱蔽手段部署而無須直接面對(duì)敵方全副武裝的海軍力量，海軍雷區(qū)所造成的傷亡卻會(huì)威脅水手的性命，延遲或改變沖突的結(jié)果，阻止海軍能力的迅速重建，損害經(jīng)濟(jì)以及對(duì)國內(nèi)外政治造成不利影響。海軍水雷數(shù)量有增無減，是一種非常有效的武器，因此有必要采取行動(dòng)對(duì)抗其效力。目前，已經(jīng)有幾種手段可以用于降低系泊式和底部磁感應(yīng)水雷的威脅，將掃雷、獵雷和船舶磁特征消減技術(shù)綜合使用，以降低戰(zhàn)斗艦艇或支援船舶觸發(fā)水雷的可能性。將在第3章闡述這些水雷對(duì)抗（mlne countermeasure，MCM）技術(shù)，以說明它們是如何相互補(bǔ)充并產(chǎn)生協(xié)同效益的。降低海軍艦艇觸發(fā)水雷的靈敏度，同時(shí)盡量減少使雷場(chǎng)失效所需的時(shí)間和物質(zhì)資源，是MCM研究的重點(diǎn)。由于作者能力和篇幅限制，該書不會(huì)對(duì)進(jìn)攻性和防御性水雷戰(zhàn)的各個(gè)方面進(jìn)行全面討論。在開發(fā)攻擊性水雷時(shí)，有許多因素需要考慮，在應(yīng)對(duì)這種威脅時(shí)更是如此，其重要性在很大程度上取決于具體應(yīng)用環(huán)境?！洞按盘卣鞯拈_發(fā)與利用》將在尖端技術(shù)層面描述磁感應(yīng)水雷的設(shè)計(jì)和使用，以及對(duì)如何保護(hù)己方艦隊(duì)免受這些武器攻擊的系統(tǒng)和技術(shù)進(jìn)行討論。利用船舶磁特征進(jìn)行水下海戰(zhàn)的第二項(xiàng)重要應(yīng)用是反潛戰(zhàn)。過去，主動(dòng)和被動(dòng)聲納系統(tǒng)是探測(cè)潛艇的主要手段；然而，隨著減振降噪技術(shù)的快速發(fā)展，反潛戰(zhàn)現(xiàn)場(chǎng)已經(jīng)轉(zhuǎn)移到高噪聲和聲學(xué)上更具有挑戰(zhàn)性的淺水濱海環(huán)境。因此，反潛戰(zhàn)的任務(wù)發(fā)展到現(xiàn)在，已經(jīng)使?jié)撏Т艌?chǎng)的探測(cè)范圍達(dá)到能夠與聲學(xué)技術(shù)相近的程度。將在第4章討論使用磁特征探測(cè)和定位潛艇的技術(shù)。

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