盾和彈之間的那點事(三十)

涂林峰

淺談聲制導方式

聲制導也被稱為聲尋的制導，是利用聲波作為目標輻射或反射信號的一種制導方式，分為主動聲制導和被動聲制導兩大類型。我們知道，不管采取了哪種尋的制導方式，制導武器都要靠目標輻射或反射的某種信號能量未進行跟蹤和導引。聲波也是一種信號能量的傳輸，不過聲波傳輸的是一種機械能，而電磁波傳輸的是電磁能，兩者在物理上屬于兩種不同性質的能量傳播。一般情況下，聲制導不會用于對空導彈，因為聲波在空氣中的傳播速度很慢，無法對高速目標進行跟蹤和制導，也很難傳輸制導指令。聲波在空氣中的傳播速度只有340米/秒左右，而現代飛機的飛行速度極快，巡航速度已經達到或超過音速，一些導彈類目標的飛行速度甚至遠遠超過了音速。很顯然，利用聲波去引導對空攔截導彈時，導彈只能瞄準高速運動目標身后的一個點，這種彈道模式也被稱為“后置跟蹤”彈道。這樣，在導彈對付超音速目標時，它將永遠無法擊中目標，不管從哪個方向發動攻擊，最終都會被目標甩在身后。當用于攔截彈道導彈時，還由于彈道導彈一般都會出現在大氣層外，而聲波無法在真空中傳播，此時就只有電磁波可用了。

雖然聲制導在空中的應用價值較小，卻可以在水下大展身手。因為海水是電的導體，使電磁波在水下傳輸時的衰減速率非常高，難以用作信號的傳播媒介。而聲波則正好相反，其在水中的傳播衰減要小得多，頻率越低衰減就越小，傳播距離也越遠。而且作為機械波，聲波在液體介質中的傳播比在氣體介質中更有優勢，它在水中的傳播速度就比在空氣中更快。聲波在海水中的傳播效率絲毫不亞于空氣中的電磁波，如在深海中爆炸一個幾千克的炸彈，在幾萬千米外還能接收到聲信號。冷戰時期，美國部署的海底固定聲吶監聽系統可以追蹤到1000海里外的蘇聯潛艇。正是因為聲波的這一特性，使其在軍事領域的應用包括了水下探測、導航、通信、制導等多個方面，尤其在水面/空中反潛作戰和潛艇攻防作戰領域，聲波更是可以大展身手。本篇主要針對聲制導領域的相關話題進行探討，其余如水下的“神盾”——聲吶系統等話題以后再重點加以分析。

美國“無暇”號水聲監聽船

水面艦艇的聲吶探測潛艇的示意圖

由于海洋環境的復雜性和特殊性，聲波在傳播途中受到海水介質的不均勻分布和海面、海底的影響，會產生折射、散射、反射和干涉等現象，造成傳播途徑的改變，導致聲波在海水中的傳播特性與電磁波在空中的傳播特性有很大的區別。聲制導最主要的應用就是水中的兵器——魚雷。自從魚雷問世以來，各國海軍都非常重視魚雷的發展，并根據作戰需求和各自的戰術思想，選擇了不同的技術道路對魚雷進行發展。事實上，現代先進魚雷無論是研發難度還是制造成本，非但不比導彈要低，反而要更勝一籌，能夠設計制造魚雷的國家數量遠少于能夠設計制造導彈的國家，原因就在于海洋水聲環境的復雜性以及水下聲制導的特殊性。雖然由于導彈技術的不斷發展，使得魚雷對于水面艦艇的重要性有所下降，但魚雷仍然是各國海軍最重要的武器之一，并且魚雷在潛艇上的作用與地位目前仍然無可撼動。魚雷的攻擊全程基本上都在水下，對于隱蔽性要求極高的潛艇來說，從水下發射和制導的魚雷是其進攻和自衛的主要武器。除老式的直航魚雷外，現代魚雷的制導方式主要可以分為4種：主動聲自導、被動聲自導、有線指令制導和尾流自導。先進的魚雷型號往往采用這4種制導方式組成復合制導系統，比如尾流自導+聲自導、線導+聲自導或主/被動復合聲自導等等。

反潛直升機上配備的聲吶浮標

聲自導魚雷頭部的感應基陣

主動/被動聲自導魚雷

聲自導是一種最常見的魚雷制導方式，它是利用水聲技術自動搜索、跟蹤和攻擊目標，可以通過主動、被動聲信號未實現對目標艦艇的探測與跟蹤，并且可以在魚雷的航程范圍內對目標艦艇進行反復的搜索與跟蹤，目標艦艇一旦被“纏”上，就很難擺脫攻擊。聲自導魚雷可以分為被動聲自導魚雷（靠被動接收目標的噪聲信號進行制導）、主動聲自導魚雷（通過魚雷自身發射的脈沖聲信號被目標反射后產生的回波進行制導）和主動/被動復合聲自導魚雷（主動、被動制導方式交替使用或同時使用）。其中主動聲自導方式是通過魚雷主動發射聲信號以實現對目標的探測，而魚雷由于自身的尺寸重量限制，難以配備大型低頻聲自導系統，因此其聲自導系統的工作頻段較高，而太高的頻率會導致聲波在水中的傳播損耗增大，進而影響到魚雷主動聲自導系統的探測距離（頻率越高則在介質中的傳播損耗越大，這一點無論是對空中的電磁波還是水中的聲波來說都是如此）。因此主動聲自導魚雷對目標的探測距離較近，比被動聲自導魚雷更近，其作用距離一般在幾千米以內，而且還要受到外部水聲環境因素的干擾與影響，導致作用距離進一步縮水。而被動聲自導魚雷則是利用了大部分艦艇（包括水面艦艇和水下潛艇）在航行時都會產生的噪聲，而且航行速度越快，則噪聲也就越大，而航行速度與機動性是大多數艦艇都追求的一個重要指標，因此其產生的噪聲是很難完全避免的，除非是發動機停止工作并且拋錨不動的艦艇。尤其對水面艦艇來說，其航行噪聲要遠大于水下的潛艇，而且水面艦艇通常更重視水面以上的隱身技術（如雷達隱身和光學隱身），但對水下的聲學隱身可以采取的控制措施卻非常有限。對于潛艇類目標來說，其自身發出的噪聲包括螺旋槳轉動噪聲、艇體與水流摩擦產生的噪聲，以及潛艇發動機機械振動引起的噪聲等多種類型的輻射噪聲，因此需要同時采取多種噪聲控制措施，多管齊下以提高潛艇整體的“聲隱身”能力。

美國MK46輕型魚雷采用主動/被動聲自導方式

螺旋槳轉動噪聲是水面艦艇航行時的主要噪聲來源之一

潛艇用大型聲吶基陣

水面艦艇配備的反魚雷聲誘餌發射裝置

潛艇上配備的拖曳聲吶系統示意圖

被動聲自導魚雷即是通過直接接收目標自身產生的噪聲信號，從而對目標進行定位和跟蹤，并引導魚雷向目標發動精確攻擊。由于主動聲自導的聲信號發射與接收是來回雙程的，傳輸損耗大，而被動聲自導對聲信號的接收是單向單程的，因此被動聲自導的作用距離要比主動聲自導更有優勢。但被動聲自導由于是通過接收目標艦艇產生的噪聲來進行制導的，因此其作用距離往往要取決于目標艦艇的噪聲控制能力，而不是取決于自身的制導性能，而且被動聲自導與其它被動制導方式一樣，很容易被假信號源所欺騙。由于主動和被動聲自導在單獨使用時都存在一定的性能缺陷，因此目前的先進魚雷型號大多采用了主動/被動復合聲自導以提高整體的制導性能。這種魚雷先利用被動聲自導方式對目標艦艇進行較遠距離上的搜索與跟蹤，當接近目標艦艇后再利用探測精度更高的主動聲自導方式對目標實施精確攻擊。而不管是主動聲自導還是被動聲自導，其有效作用距離都是比較近的。一方面是因為魚雷雷體的尺寸有限，導致了聲自導系統的性能也受到限制;另一方面則是因為主動和被動聲自導都屬于尋的制導方式（聲尋的制導），其繼承了尋的制導體制作用距離偏近、更適合用于末制導階段的特點。此外，聲自導魚雷的發展也遇到了越來越大的困擾，其所利用的水聲信號同海洋環境噪聲、魚雷自噪聲、人工干擾噪聲、混響等混雜在一起，給聲制導信號的提取和識別帶來了很大的困難，尤其在魚雷航速很高時這個問題會更嚴重。目前來說，主動、被動聲自導方式主要用作魚雷在近距離內的制導手段，如果想要提升魚雷的遠程攻擊能力，就必須為魚雷引入線導制導方式了。

線導魚雷

線導的作用距離一般可以達到數十千米，遠遠超過魚雷聲自導系統的作用距離，魚雷要實現對遠距離艦艇的精確制導與打擊，就必須采取線導的方式。線導魚雷，就是通過一根細小的導線，把發射平臺（如潛艇）與魚雷連接起來，通過發射平臺的聲吶系統對目標進行探測與測量，并通過艇上火控系統利用導線向航行中的魚雷發送制導指令，引導魚雷接近被攻擊的目標。線導實際上也是一種聲制導方式，只不過用于探測目標與制導的聲吶/聲制導系統被安置在發射平臺上，而不是裝在魚雷的雷體內。由于發射平臺上一般可以配備體型更大、探測距離更遠的大型低頻聲吶系統，或者功能更強悍的主/被動綜合聲吶系統，因此其對目標的探測能力遠比魚雷上自帶的聲自導裝置更強大。線導魚雷可以由發射平臺的火控系統進行自動導引，也可以是有人參與的導引，因此線導是一種“人在回路”的導引手段，制導和打擊方式較為靈活，抗干擾的能力也很強，甚至可以實現對目標的選擇性攻擊。

線導魚雷發射想象圖，可以看到雷尾有細細的導線與潛艇相連

線導魚雷的導線具有較強的拉力和抗腐蝕能力。線導魚雷發射后，發射平臺的射控系統通過導線對航行中的魚雷傳輸指令，控制魚雷的航向、航速、航深、姿態：航行中的魚雷則可以通過導線向發射平臺回傳自身的位置、運動狀態等信息。發射平臺根據探測到的目標艦艇運動參數并結合魚雷自身的運動參數，進行相關的計算與處理后形成制導指令，再通過導線向魚雷發送指令，將魚雷導向目標。在遠射程的大型魚雷上，線導一般都會與聲自導配合使用。當線導魚雷進入聲自導的作用距離后，就啟動魚雷的聲自導系統，先以被動聲自導方式進行較大范圍內的搜索，發現目標后轉入自動跟蹤狀態，在接近到目標艦艇一定的距離時轉入主動聲自導，對目標艦艇進行定位并發動最后的精確一擊。此外，當線導魚雷的導線斷開或線導失控時，魚雷仍可以自動轉為聲自導模式，完成對目標的跟蹤與打擊，前提是目標已處于聲自導系統的探測范圍之內。

正在為潛艇裝填的美國MK48重型魚雷，采用線導+ 主動/被動聲自導復合制導方式

在通常情況下，線導魚雷并不能僅憑借線導即實現對目標的精確攻擊，而需要采取線導+聲自導的串行復合制導方式。線導作用于魚雷航行的前段和中段大部分航程內，聲自導則作用于魚雷航程末段的攻擊階段，兩者配合才能使魚雷實現對遠距離目標的精確制導與打擊。聲自導的作用距離較近，但制導精度很高，線導的作用距離比聲自導遠，但制導精度較差，因此只有將兩者結合才能解決探測距離和制導精度之間的矛盾。線導制導精度較差的原因在于，發射平臺的聲吶系統為了追求更遠的探測距離，通常都會采用工作頻段較低的低頻聲吶系統，低頻聲吶雖然可以極大的提高對目標的探測距離，但卻是以犧牲探測精度為代價獲得的。而且，海洋的水聲環境非常復雜，發射平臺的聲吶系統由于離目標的距離較遠，聲波在海水中的傳播往往存在著不可預知的環境因素影響，隨著距離的增大這種影響會更加嚴重，這會導致聲吶的探測精度下降，嚴重時甚至無法對目標有效探測。因此對于魚雷的制導來說，線導只能作為遠距離的粗略導引手段，一般只將魚雷導引到目標附近的大致區域，然后由制導精度更高的聲自導系統接手，以完成最后的精確攻擊。

實際上，線導魚雷的導線就相當于艦空導彈上配備的雙向數據鏈系統，但魚雷之所以采取了導線的形式（即有線指令制導），原因就在于水下航行的魚雷是難以采用無線電通信技術的。而聲波雖然非常適于水下傳播，但傳播速度又太慢了，即使聲波在海水中的傳播速度可以達到1450米/秒左右，大約相當于空氣中傳播速度的4倍，但這個速度用于遠距離外的指令傳輸時仍然會存在很大的時延。事實上，不管魚雷還是潛艇，對于各種水下裝備來說，水中通信技術始終是難以逾越的一大技術難題。在無線電波和聲波都指望不上的情況下，就有必要在發射平臺與航行的魚雷之間搭建一條專用的“信息傳輸通道”了——線導魚雷的導線。

線導魚雷最早使用的導線大都是銅線，缺點是重量大、體積大、抗拉力小、傳輸頻帶窄、信號衰減量大，而且線導魚雷傳輸信號的衰減量和導線的長度成正比，導線越長信號衰減量也就越大，這就限制了線導魚雷射程的進一步提升。隨著技術的進步，現代線導魚雷開始采用光纖作為導線。光纖導線的直徑小、重量輕、信息傳輸量大、傳輸距離遠，保密性和抗干擾能力也很強，是線導魚雷的一大發展方向。一般來說，重型魚雷由于射程較遠（一般都在數十千米左右），因此大都采用了線導+主動/被動聲自導的復合制導方式。而輕型魚雷由于射程較近，通常都無需再采用線導方式，只利用魚雷自身的主動/被動聲自導系統即可實現對目標的打擊。比如我國魚-6重型魚雷就采取了線導+主動/被動聲自導+尾流自導的復合制導體制，魚-7輕型魚雷則只采取了主動/被動聲自導方式。不過，目前國外也有部分輕型魚雷引入了線導方式。

需要注意的是，線導對于魚雷射程的提升并不是沒有限制的，因為不管導線采用什么材料制造，幾十千米長的導線累計起來，重量和體積也不是個小數目。好在線導魚雷的導線是容納在潛艇內部的，而不是在魚雷雷體內。但由于魚雷的水下航行速度相對較慢，攻擊耗費時間極長，過遠的射程不但在實戰中的價值非常有限，而且還會導致水聲探測/制導系統的復雜化。因此線導魚雷最大射程的設定也應量力而行，現在的重型魚雷最大射程一般都控制在數十千米左右。線導魚雷的導線一般為直徑小于1.2毫米的特制導線，具有較強的抗拉力和抗腐蝕性，平時存放在魚雷及其發射裝置的放線設備內，導線每秒可雙向傳輸十余條指令。發射潛艇可以通過導線向航行中的魚雷傳輸各種指令，比如航向指令可以及時改變魚雷的航向，速度指令可以令魚雷在高、中、低多個速度階段進行選擇航行，深度指令可以讓魚雷及時變換水深。當魚雷接近目標時，可以通過指令啟動魚雷的聲自導系統，對目標發動最終的精確打擊。而線導魚雷在航行中也可以通過導線向母艇反饋自身的航向、速度、深度等參數，這樣不但可以提高魚雷的攻擊效果，有利于提高魚雷的反應能力，并且有效減小了發射潛艇的制導負擔。對于線導魚雷來說，其既可以采取單雷射擊，也可以采取多雷同時齊射的方式，發射潛艇上的火控系統能夠同時引導多枚線導魚雷對多個不同目標發動攻擊，或者對同一個目標發動攻擊。

我國水面艦艇發射輕型魚雷

我國的某型常規潛艇通過魚雷管來裝填重型魚雷

線導魚雷可以與自身的聲自導系統配合使用，如果魚雷遭受干擾或未命中目標，則可以自動轉回線導方式，發射潛艇控制魚雷對目標進行二次搜索、攻擊。而且線導魚雷可以實現“發射后鎖定”，即當發射潛艇遭遇危險時，可以在第一時間內搶先將魚雷射出，然后再利用聲吶系統精確測定目標參數，并通過導線對魚雷進行指令修正和引導。這種方式有利于發射平臺實施先發制人的打擊，可提高魚雷的攻擊距離和打擊靈活性，這對于反潛攻防作戰來說往往是很關鍵的。

線導魚雷使用的導線（封裝狀態）

潛艇在作戰中使用主動聲吶時會暴露自身的方位，因此現代潛艇為了追求隱蔽性，使用主動聲吶的頻率越來越少。而潛艇如果只使用被動聲吶，就只能粗略探測目標的大致方位，無法精確測得目標的航速、距離、深度等發射魚雷必需的攻擊要素，或者耗費過多的時間。而線導魚雷可以在潛艇初步判斷出目標的大致方位、距離后即可發射，先以巡航速度接近目標，然后通過發射潛艇上的聲吶系統對目標進行進一步測量后，再將目標的最新數據通過導線傳送給航行中的魚雷。此外，由于線導魚雷是由發射平臺直接進行操縱的，水聲干擾對其不起作用，而敵方目標又難以直接對發射平臺進行遠距離干擾（這種干擾不僅效果有限，而且極易暴露目標自身），故而可以極大地提高魚雷的抗水聲干擾能力。而且魚雷在線導引導時不受自身航行噪聲的干擾，十分有利于提高魚雷的攻擊航速。

聲吶顯控臺

潛艇上的魚雷發射管

不過線導魚雷的缺點也很明顯。首先，線導魚雷在達成攻擊前，導線始終與發射平臺相連，而魚雷在水下的航速非常有限，攻擊過程耗時很長，這段時間發射平臺難以進行大幅度機動，等同于“自縛手腳”。發射平臺如果提前切斷導線，則魚雷將提前進入聲自導階段，這可能會導致攻擊失敗。線導魚雷的線纜如果纏在一起，或者被海底植物或巖石掛斷，也會導致攻擊失敗。此外，在切斷連接發射平臺與魚雷的導線之前，魚雷發射管都是被占用的，而且發射平臺配備的魚雷發射管的數量都很有限，這導致單個發射平臺很難發動“飽和攻擊”。最后，線導魚雷要求發射平臺長時間控制魚雷，如果在此期間遭到其它目標的攻擊，要么發射平臺會因為機動受限而難以進行規避，要么被迫提前切斷導線而導致制導失敗。因此，線導魚雷更適合打擊單獨艦艇目標，或反潛實力不強的小型水面艦艇編隊。當對方的水面艦艇編隊具有強大的反潛能力時，潛艇在使用線導魚雷發動攻擊時就需要三思了。

【編輯/山水】