深海巨網,潛艇剋星——美國SOSUS遠洋反潛網的前生今世!

引言：深海有什麼？

大海是個魔術師，為我們製造了無窮幻象。我們仰望天空，太空望遠鏡能看到幾百億光年之外；我們俯瞰大海，卻對幾千米深的水下知之甚少。

深海有數不清的魚，有史前怪獸，有連綿不絕的山峰和峽谷。當然，也有人類製造的恐怖核潛艇，還有一張追捕它的深海巨網！

這張巨網一天24小時，一年365天不間斷工作，力圖監視大洋中的每一艘潛艇——它就是美國冷戰時期建造的SOSUS水聲監測系統。

SOSUS系統自上世紀50年代開工，累計投入上百億美元，在太平洋、大西洋海底綿延3萬多公裡。4000多人圍著它持續工作了近半個世紀，絕對是超級工程！

它的誕生發展也充滿機遇，是基礎理論、工程應用、系統整合的完美結合。

一、聲吶和深海通道理論發展。

偉大工程的誕生，從來都是基礎理論先行。就像核武器出現，是原子物理發展的結果一樣，SOSUS系統也是如此。

1970年代美國反潛網，黑點是偵聽站

早在第一次世界大戰，隨著潛艇大量參戰，反制聲吶也同步誕生。當時的聲納還很原始，用高頻聲波探測敵人。

海水對高、低頻聲波吸收差別很大。高頻聲波在海水中傳播幾千米就損失殆盡，低頻聲波卻能傳播很遠，能量損耗僅為高頻聲波的幾十分之一。

在研究聲吶過程中，人們對海洋地質越來越感興趣。很多科學家投身到深海聲音研究中，掀開了探索海洋的新篇章。

利哈伊大學的莫裡斯 尤因博士也是其中之一。他熱衷研究聲音在海水中傳播規律，本來目的是地質勘探，發現有用資源。

他常年在各大洋奔波，在不同海域開展聲波實驗。1937年，尤因和同事在北大西洋海域將一個爆炸裝置沉到水下4800米引爆，發現一個驚人結果——聲波在海底和海面間不斷反射前進，水平方向傳播距離遠超預期！

尤因發現，深海中似乎有一條「神秘通道」。聲波在其中能量損失很小，低頻聲波尤其如此。他推斷聲波被鎖在「通道」中，避免與海底、海面碰撞損耗，所以才傳播很遠。

他們繼續實驗。1944年美國 「巴克利」號驅逐艦出海遠航，每隔一段距離就向不同深度海中投一個爆炸物。它航行了近1500公裡，尤因博士和同事在基地仍能清楚的聽到爆炸聲！

「巴克利」號驅逐艦DE-51

這簡直像宇宙飛船找到蟲洞，即將開啟跨星際旅行一般驚喜。

後來人們弄清原理，將這個通道稱為「深海水聲通道（SOFAR）」。

原來海水溫度並非上下一致，表層海水受日曬影響溫度高；100-1000米深度水溫急劇下降；再往下水溫趨於穩定，保持在6~8℃之間。

水溫隨深度變化曲線

水溫越高，聲音傳播速度越快。在溫度、壓力、鹽分影響下，聲速在垂直剖面上形成一個先慢後快，類似閃電的圖案。

聲波穿越不同介質時，向聲速慢的一面彎曲。它在溫躍層兩個邊界不斷彎曲折射，形成水聲通道。聲速最低點為聲道軸。

聲波在通道中折射前進，就像光在光纖中折射前進一樣，能傳到很遠的地方。

深海水聲通道SOFAR示意圖

為表彰尤因博士的巨大貢獻，人們以他名字設立科學獎項，又在月球上命名了一座環形山。

深海水聲通道發現時正值二戰，美軍覺得對救援飛行員很有幫助。若飛行員墜海後，向海中投擲特製小型爆炸物。爆炸聲波進入水聲通道，幾千公裡外的救援站聽到後用三角定位確定位置，就能馬上營救，挽救很多飛行員的生命。

只是二戰很快就結束了，這個構想也就不了了之。

二、冷戰催生的超級工程。

二戰後不久，世界進入冷戰時期。蘇聯海軍以潛艇為重點，投入大量資源，在潛深、航速方面取得重大進步。

美國被刺激得坐立不安，一方面針鋒相對研製新潛艇，一方面打算開發遠程監聽裝備，為SOSUS系統奠定基礎。

蘇聯641型/狐步級常規潛艇

當時潛艇還是常規動力，柴油機運轉聲、螺旋槳旋轉聲、空泡噪聲、水流過艇體的聲音都很大，有明顯特徵。

1950年初，美國海軍與國家科學院水下作戰委員會共同成立「哈特維爾」委員會，開展反潛作戰研究。委員會由麻省理工學院主導，海軍研究辦公室聯絡，向國內頂尖機構廣發英雄帖，希望找到監視蘇聯潛艇的辦法。

第五次研討會時，哈佛大學水下聲音實驗室前負責人弗雷德裡克亨特博士提議用尤因發現的「深海水聲通道」監視潛艇，引起廣泛興趣。

伍茲霍爾，美國最大的獨立海洋研究所

美國海軍遂撥出大筆經費，迅速批准了幾個研究計劃：

一是麥可（Michael）計劃，由哥倫比亞大學哈德遜實驗室、伍茲霍爾海洋研究所、斯克裡普斯海洋研究所繼續開展有關水聲傳播方面的理論研究。

二是耶洗別（Jezebel） 計劃，由美國電話電報公司（AT &T）、貝爾實驗室、西部電氣製造公司聯合研製基於海底水聽器陣列的遠程監測系統。

三、美國電話電報公司的看家寶貝。

美國電話電報公司（AT &T）前身是貝爾電話公司，是老牌電信商、手握核心技術的高科技公司，家中寶貝自然不少。

接到研製合同後，AT &T從百寶箱中翻出一件語音分析的寶貝，將其改造成記錄、分析水下低頻聲波的聲譜儀，叫洛法（LOFAR）聲譜繪圖儀。

和人的指紋一樣，每艘潛艇也有自己獨特的聲紋特徵。其發動機運轉、螺旋槳旋轉聲音都是獨一無二的，只要在深海背景聲音中找到特定聲紋信號，便可以確定那個位置有潛艇。

如何將聲音識別出來？

AT &T公司的方案是聲譜繪圖儀，利用聲音共振和敏感紙達成。

當某一頻率聲音響起時，繪圖儀上相應頻率的彈簧片共振，帶動一個靜電指針在特殊敏感紙上打一個點。紙帶不斷向下滾動，時間長了一個個點連成一條條頻譜線。分析人員分析線譜，就能發現潛艇噪聲，進而確定位置。

敏感紙帶上的聲音線譜

就這樣，深海通道理論、水聽器和聲譜繪圖儀結合，變成了海軍需要的遠洋反潛網。Jezebel計劃和Michael計劃合而為一，改稱SOSUS水聲監測系統。為保密起了個代號：凱撒計劃。

四、神兵問世，凱撒出徵。

先進設備出爐，美國海軍如獲至寶，很快開始技術驗證。1950年前後，海軍在波士頓外海布下多個水聽器，監聽到幾十公裡外的潛艇。

不久後，又在條件更好的聖尼古拉斯島試驗，SOSUS清晰聽到幾百公裡外的潛艇噪聲。比當時聲吶10-20公裡監聽距離高了幾十倍。

1951年，第一個6單元水聽器陣列在西印度群島伊柳塞拉島鋪設。後來又鋪了一條304.8米長、40單元水聽器陣列。

水聽器安裝在海底山脈上

水聽器一般安裝在幾百米深的大陸架和海底山脈上，中間用電纜相連。

監聽信號沿海底電纜傳到陸地上的信號處理中心（NAVFAC），幾百名分析人員在這裡日夜不停的分析圖紙。分析結果上報到分管大西洋、太平洋的兩大國家反潛指揮中心，形成一張覆蓋全球大半個海洋的反潛巨網。

1952年，第一個信號處理中心在巴貝多——加拿大新斯科舍半島之間建成。它和水聽器陣列組成一個巨大半圓，俯瞰大西洋西部的廣闊水域。

第一條SOSUS監聽陣列

後來，美國又在加拿大、冰島、英國、波多黎各、薩爾瓦多建設更多的信號處理中心和水聽器基陣。1954年5月，又向太平洋進發。

到70年代中期，美國已在全球建立20個信號處理中心，鋪設了上千套水聽器。

五、監聽GIUK缺口，戰果纍纍。

諸多SOSUS監聽鏈中，最有名的是監聽「GIUK缺口」的陣列。

GIUK缺口是兩條至關重要的北大西洋航道，西起格陵蘭群島（Greenland），途徑冰島（Iceland），東至英國（United Kingdom），簡稱GIUK。

從地圖上可以看出，蘇聯潛艇進出大西洋必經GIUK缺口狹窄水道。美國SOSUS系統平均監測距離500公裡，每一艘從缺口穿過的蘇聯潛艇都會被監聽到。

而事實也的確如此。1960年，美國「喬治·華盛頓」號核潛艇橫穿大西洋到英國，幾千公裡航程都被SOSUS監聽，而潛艇自己毫不知情。

美軍因此狂言：蘇聯潛艇一出港就能在幾千公裡外聽到它，倒也並不算吹牛。

1962年古巴飛彈危機，蘇聯派出5艘狐步級常規潛艇都被監聽到。1963年，SOSUS幫助確定「長尾鯊」號核潛艇沉沒位置。1968年，SOSUS定位了亞速爾群島西南部沉沒的美國「蠍子」號核潛艇位置。同年蘇聯K-129潛艇失事，搜了好久沒找到。美國查閱SOSUS記錄發現可疑聲波，計算位置。1974年，CIA在相關海域偷走了部分潛艇殘骸。

打撈K-129殘骸

SOSUS一開始針對常規潛艇。後來潛艇進入核動力時代，大家曾擔心它是否有用，後來發現對核潛艇也有很好效果。

六、諜影重重，金身乍現。

SOSUS技術領先蘇聯多年，美國自然藏得嚴嚴實實，一直打著民用海洋學幌子開展研究。

蘇聯人不知道，可潛艇進出大西洋、太平洋屢屢被發現，還以為美軍加強了反潛兵力。

直到1968年，美軍潛艇通信專家——約翰沃克在利益驅使下向蘇聯出售大量情報，SOSUS才從重重迷霧中現出金身。

蘇聯人迅速反應，大幅減少潛艇從GIUK缺口進出頻率，同時努力更新技術降低噪聲。後來的德爾塔IV、阿庫拉級核潛艇噪聲都低的不可思議，大大壓制了SOSUS監聽能力。

破開冰層射飛彈

再後來，射程8000多公裡的潛射彈道飛彈研製成功。蘇聯潛艇在北冰洋就能威懾美國，再不用冒險進大西洋了。

七、潛艇聲紋庫的重要性。

SOSUS非常依賴潛艇聲紋特徵工作。如果對方是新潛艇，聲紋庫裡沒記錄，分析員就很難辨認。所以美軍派出大量潛艇、音響測量船、反潛飛機到處溜達，就是為了收集各國潛艇聲紋特徵。

和平時期，SOSUS發現可疑信號，引導反潛飛機和艦艇快速偵察，趁機記下潛艇聲紋特徵，入庫備用。等到戰時，這些數據就能大顯神威了。

80年代中期，美軍又研製出移動拖曳陣列傳感器系統（TASS）和拖曳式感應監聽系統（SURTASS）。各測量船拖著2000多米長的線列陣聲納，到處監聽。

1985年，移動系統與SOSUS系統合併，成為綜合海底監視系統（IUSS）。

八、飛鳥盡，良弓藏。

蘇聯解體後，美國壓力驟減，各大洋中潛艇數量急劇減少。蘇聯鼎盛時期的200多艘核潛艇，到九十年代最低迷時只有十幾艘能出動。

對手沒了，SOSUS也失去價值。1991年系統解密，呈現在公眾面前。

SOSUS本以為這裡有喝彩聲，結果海軍艦隊和公眾並不感冒。因為它保密級別太高，從不和艦隊直接聯繫，所有信息都由指揮中心轉發。所以海軍艦隊根本不知道信息是SOSUS提供的，也沒覺得它有多重要。

第一代「不屈」號SURTASS船

SOSUS開展自救，與民間機構合作打擊海上販毒、非法捕魚等犯罪活動，展示自己的卓越能力。然而白費功夫，人們更覺得它不務正業。

幾番掙扎後，SOSUS經費被大量消減。大批信號中心關閉，從最高峰20個縮減到3個，人員從4000人削減到1000人。

2010年信息中心（黑星）已經快沒了

不過海軍高層對此重要資產心中有數，削減經費可以，決不能關停。所以該項目一直以低限度運行，只接收信息，不做分析。

九、美國反潛網未來展望。

隨著科技不斷提高，綜合海底監視系統（IUSS）也不斷革新。有線電纜變成無線，水聽器也換成更簡單耐用的「固定分布式系統」FDS。

每個水聽器只負責向上看，探測經過其頭頂的潛艇，成本更低，使用期更長。

90年代中期，美軍提出「由海向陸」戰略思想，戰場從大洋角逐轉向沿海進攻。和風漫談原創，禁止抄襲。

美國能力號，拖曳聲吶最長，達2400米

淺海水淺，沒有水聲通道。為建立完備聲紋庫，美軍音響測量船就頻頻在全球熱點海域遊蕩，收集海洋信息和聲紋數據。

這種事在冷戰中經常發生。美國核潛艇長期蹲守在蘇聯外海，一對一跟蹤蘇聯潛艇。雙方在大洋中不時出現驚險角逐，甚至發生碰撞事故。

未來，美軍仍將發展新型監聽方式，用移動監聽設備、反潛飛機、衛星和傳統SOSUS固定監聽網組成立體反潛網，霸權思想依然顯露無疑。

我們也要不斷壯大自己的反潛網絡和突防能力，才能在嚴峻國際環境中始終立於不敗之地！

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