光纖水聽器:反潛偵聽的「水下長城」
2021-01-15 泡泡網光纖水聽器：反潛偵聽的「水下長城」
出品：科普中國
作者：璦敏工作室
策劃：白璐
監製：光明網科普事業部
在今年5月初舉辦的中國國際國防電子展上，我國研究人員公開展示了光纖水聽器岸基陣列的實物圖片。光纖水聽器是一種建立在光纖傳感和光電子技術基礎上的水下聲信號探測器。主要利用相關檢測技術，把水聲信號轉換成光信號，進而對汪洋大海中的各種聲響進行高靈敏度偵聽。隨著光纖水聽器工程應用的日漸成熟，這雙洞察汪洋的「智慧之眼」，堪稱水下反潛偵聽的「鋼鐵長城」。
「無聲」戰場呼喚靈敏的「耳朵」
看似祥和的大海，其實從來都不平靜。遊蕩在水下的潛艇仿佛水中的「隱身戰機」，對水下聲信號的偵聽提出了越來越高的要求。2009年2月，英國「前衛」號核潛艇與法國「凱旋」號核潛艇在大西洋深海上演了「深情一吻」。當時兩艘潛艇均在水下航行，碰撞發生時潛艇上共有約250名乘員，可就是沒有一個人利用聲吶裝置發現對方。
聲波不僅是目前人類唯一知道的能在水中遠距離傳播的物質，當在水中遇到物體時，還會被反射回來。不同頻率的聲波，在水中被吸收和反射的程度也不同，人們於是根據聲波這一特性發明了聲吶。近年來各類「悄無聲息」的先進潛艇先後加入現役，利用傳統聲吶裝置進行偵聽的難度大大增加。反潛作戰這個「無聲」戰場也成為各國海軍公認的難題之一。
光纖水聽器是一種建立在光纖傳感和光電子技術基礎上的水下聲信號探測器。它通過高靈敏度的光纖相干檢測技術，如同魔術師一般直接把水聲信號變換成光信號，並通過光纖傳輸至信號處理系統。經過後續處理，我們就能從看似寧靜的信號中提取出海洋中「不速之客」的獨有聲響。
「光纖水聽器時代」已經到來
早在1937年，研究人員就發現了深海中存在著一個能讓聲波傳輸到更遠距離的「深海通道」。在「深海通道」和反潛技術發展的基礎上，美國海軍研究實驗室於1977年發表了光纖水聽器的首篇論文，開啟了屬於光纖水聽器的水下偵聽新時代。此後，美國海軍研究實驗室開始執行光纖傳感器系統計劃，光纖水聽器是該實驗系統的重要內容之一。
美國海軍在「流動噪聲駁船」系統上對塑料芯軸光纖水聽器進行了第一次海上實驗，並於1983年7月在巴哈馬群島成功部署。其後，美國海軍相繼進行了多次拖曳式光纖水聽器陣列的海上實驗，並取得了重大成功。伴隨著美國海軍研究實驗室正式制訂潛艇用「光纖水聽器系統標準」，光纖水聽器也開始了向實用武器系統的巨大邁步。
作為未來水下偵聽系統的重要發展方向，英國、法國、義大利等國也相繼開展光纖水聽器領域的研究。光纖水聽器能有效克服傳統聲吶需要大量水下電子元件、價格高、重量大、密封性不好等問題，能有效提高水聲信號的偵聽精度和系統的穩定度。這也難怪有研究人員曾自豪地說：「屬於光纖水聽器技術的時代已經到來！」
英國海軍主要聚焦利用陣列進行淺海監視和海岸線監控技術，已經成功研製出光纖海底陣系統，可實現遠距離組建的光纖水聽器陣列技術具有巨大的應用前景。法國、義大利與挪威合作執行全光纖光纖水聽器線陣計劃，旨在發展靜態光纖水聽器陣列，後來繼續發展成為歐洲長期防衛聯盟項目的一部分。
立體反潛「水聽網」呼之欲出
與傳統水聽器相比，光纖水聽器可謂「好處多多」。由於能把大量信號從一根光纖裡傳輸，光纖水聽器具備形成大規模陣列的「特殊能力」。此外，光纖水聽器的模塊單元也可靈活設計，且響應帶寬寬、靈敏度極高，在信號傳輸和單元布設時還無需擔心電磁環境的幹擾，具備組建形成光纖水聽器大規模探測陣列的巨大潛力。
光纖水聽器與反潛巡邏機和反潛艦艇「強強聯合」，就能形成一張洞察汪洋的立體反潛「水聽網」。未來還可以把光纖水聽器與陸地地面偵聽站和空天探測衛星編織成的一張天、地、海的綜合探測網，或將成為「軍事物聯傳感網絡」的重要組成部分。
光纖水聽器不僅可用於反潛作戰和水下武器試驗，成為水下反潛偵聽的「鋼鐵長城」，在民用領域也是一位「多面手」。此前美國研究人員就與英國防衛研究局成功開發出一套海洋陸地鑽孔成像系統，這個系統依託全光光纖水聽器，可用於地下石油或天然氣勘探。檢查海洋平臺、水下儲油罐、海底電纜、海底輸油管線等設施是否出現故障，光纖水聽器也能大顯身手。此外，光纖水聽器還可用於海洋地震波檢測和海洋環境檢測，必將在軍民用領域發揮日益重要的作用。（以上圖片來源於網絡）
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