海洋环境对潜艇作战效能的影响

【潜艇作战的地位】一个多世纪以来,潜艇以特有的隐蔽性、灵活性和续航力成为海军作战的核心力量,是用于探测、跟踪和与敌水面舰艇、潜艇进行交战的重要武器,是支援海上阻击和海上控制作战的主要力量。潜艇的主要特点是具有良好的隐蔽性、较大的自给力、续航力和较强的突击能力。攻击核潜艇以鱼雷、水雷、反舰导弹、反潜导弹、陆攻导弹为武器,执行反潜、反舰、海上封锁和对地等作战任务,并在/兵力投送、发射巡航导弹打击海岸或远程内陆设施任务中,扮演重要角色。潜艇在靠近海岸线的海域可作为情报传输、监视和侦察平台,实时提供有关敌人的军力、部署、基本设施及敌人的意图等方面的情报。装备高频舰载或舷侧扫描声呐以及遥控水雷探测设备(无人潜行器UUV)的潜艇,最适合进行隐蔽的反水雷作战。潜艇还一直用于秘密投放和撤回特种部队。在未来海战中,我国潜艇可在广阔洋域内灵活部署、广泛机动,遂行多种作战任务。潜艇战在未来高技术战争中的地位将越来越重要。【水下环境的重要性】在高技术条件下,现代海战逐渐成为涉及太空、空中、海面、水下和海底/五层0三维空间的立体战争。作为战场空间的海洋环境,与敌我双方的军事训练、作战对抗、装备的适应性以至作战保障、后勤保障等均具有十分紧密的关系,海上军事装备体系所形成的各种海上作战能力均会受到复杂海洋环境的影响。从海上作战角度看,掌握战场海洋环境与掌握敌情态势同等重要,是在作战准备和对抗行动中取得主动权所不可或缺的条件。战争状态水下战场态势实时评估或战场仿真都是为了发挥武器平台及武器装备在特定海洋环境中的作战效能。当潜艇处于近水面航行状态时,海面气象水文条件将会对潜艇正常巡航和作业产生影响;当潜艇遇到海洋内波时,会产生严重的振动和颠簸变得难以操纵和控制。海水密度跃变层形成的液体海底和液体断崖效应,对潜艇的上浮下潜操作产生很大影响;潜艇可以借助温跃层和复杂海底地形隐蔽自己;声呐探测设备是潜艇的耳目,它是潜艇在水媒质环境中利用声波作为信息载体对水中目标进行探测、定位、识别、跟踪以及实现水下导航和通信、水声对抗等的主要设备。声呐信号的传播会受到季节、水域、内波、潮汐、海流、海面波浪、海底沉积结构等方面的影响。海洋气象、海洋水文、海洋地质等方面的海洋环境对声呐装备的作战效能、隐蔽性、适应性、可靠性和使用寿命有很大影响。因此,只有充分了解掌握海洋环境信息,建立完善的军事海洋环境保障体系,有效利用水下战场环境模拟仿真和效能评估,趋利避害,才能使潜艇以及艇载声呐、武器装备在水下战场环境中发挥最佳效能,才能使指挥员对作战海区环境一目了然,占据有利地形,使用最佳武器平台攻击对手,才能使海洋环境效应成为我方作战武器装备效能的倍增器。【海洋环境对潜艇效能的影响】海洋环境就是指影响潜艇及艇载武器、探测设备的整体技术、战术性能的海洋气象、海洋水文和海洋地质等方面的自然条件,其直接影响潜艇战术行动的作战效能。如潜艇稳定性和操纵性会受到海浪、海流和内波的影响;艇载武器作战效能会受到强剪切流、海面状况和声场环境的影响;声呐探测效能发挥会受到温跃层、声跃层、内波和中尺度涡漩的严重制约,对潜艇的探测和隐蔽有着致命的威胁。影响潜艇战和反潜战的海洋环境参数有海面风、潮汐、海流、海洋锋、温度跃层、密度跃层、声场结构、海洋内波和海底地形等海洋环境要素。一、海浪潜艇的主要战术技术任务是在近水面航行情况下完成的,近水面航行状态主要包括通气管航行状态(一般常规潜艇采用)、潜望镜深度航行状态和使用武器(发射弹道导弹、飞航弹和鱼雷)时所需的深度航行状态,这也是潜艇正常巡航和作业使用的水下航行状态。海浪直接影响潜艇近水面航行的稳定性、导弹发射窗口、导弹出水姿态及声呐探测的上边界条件。1)海浪和海流影响潜艇近水面航行稳定性。如潜艇水面垂荡时,水线面面积变化剧烈,艇首和艇尾容易被淹没;纵摇时螺旋桨容易出水;潜艇结构决定横摇阻尼小,横摇十分剧烈,指挥台围壳、舵梢在剧烈摇晃时可能触水等。2)海浪影响潜射导弹发射窗口及导弹出水姿态。舰载潜射导弹对潜艇潜深、艇体摇摆等参数有限界要求,只有在艇体运动环境满足要求时才能开锁进行发射,有1个允许发射时间窗口。对于大浪的恶劣海况,艇体摇摆剧烈,潜深变浅,发射窗口变短,且出现概率小,甚至因潜深无法保持而不能完成武器发射任务。潜射弹道导弹的出水姿态是影响其作战效能的关键因素,导弹潜艇实施超视距攻击时,不仅与作战海域的水文环境有关,还将受到气象环境的影响。3)海面作为声呐信号的上边界,直接影响声呐探测效能,海浪决定海面粗糙程度。当海浪大时,海面粗糙度就大,易形成海面混响,影响水中潜艇声呐装备效能以及反潜直升机搜索效能发挥。二、海流（海流貌似还会影响潜艇的定位）潜艇水下航行主要受潮流、定海流和风生流的影响。由于海流的流幅多数比较宽,流速也比较大,对航海产生明显的影响。潜艇在有海流存在的海域航行,必须及时修正航向、航速,否则会改变计划航线,加长航程,有可能出现航海事故或影响作战、训练任务的完成。潜艇通过敌方控制的海峡和反潜封锁区计划航线时,为避开敌声呐搜索,可利用深层流进行漂航,以增强潜艇的隐蔽性;潜艇可以借助涨潮流进入敌人港口布雷,利用退潮流退出;潜艇在布设水雷时,海流会使锚雷的锚链倾斜,增加其深度,使飘雷偏离原来位置,无法完成预定作战任务。潜艇在大洋环流区域航行时,应尽量选择顺流航行,节省燃料,提高航速,延长水下航行时间。三、温度跃层温跃层直接影响潜艇在水下最重要的优势——隐蔽性。海水由于受太阳辐射加热和海面混合等物理过程的影响,其温度的垂直分布一般呈分层结构。温跃层是海洋水声学中至关重要的环境参数,对于计算潜艇的隐蔽深度、控制水下精确制导武器是至关重要的。一般说来,夏季,海面太阳辐射加热后,上层海水的温度比下层热,换能器基阵发射的声波束就会发生折射,从海面弯向海底。前方潜艇近在咫尺,但声呐却测不到,这时,要把换能器基阵向上仰起来,才能探测到潜艇。冬季,北方海区上层海水的温度比下层低,声呐发射的波束就会弯向海面,因而探测的距离比较远,同一部声呐,冬季侦察效果总比夏季好得多。不过,若潜艇躲到几百米下的深水中,在冬季,声呐就不易探测到,此时,需要将换能器基阵俯下一个角度才行。要想利用季节和海区温跃层情况,躲到声波难以到达的盲区,达到隐蔽性,就必须熟悉海区情况,掌握水文条件对声呐的影响,机动灵活地搜索,才能有效地发挥声呐的作用,迅速准确地发现目标。四、密度跃层海水的密度跃层对潜艇上浮下潜操作有重大影响。海水密度跃层在水中能阻止其上下海水的对流。在其上密度小、下密度大的正密度梯度跃变层中,海水的浮力明显增大,潜艇能相对稳定地保持悬浮状态,如同座底,故称为液体海底。液体海底能使潜艇停车静卧于其上隐声待机,达到攻击的突然性的目的。而当密度跃变层为负梯度时,其上为密度大,其下为低密度,在该水层潜艇很容易丧失正浮力,故称为液体断崖。当潜艇遇到海底断崖时,会突然下沉,危及潜艇安全。五、声场特征声速是一个非常重要的海洋环境要素,它决定着声波的传播路线,影响着所有其他的声学现象。声速在传播时不断改变,向速度更慢的方向折(折射)。因海水物理性质垂直分布特点,声传播速度发生极大变化的水层称为声跃变层。声速剖面结构对声传播路线的影响有直线、向海底偏转、向海面偏转、分裂衍射和声道传播等几种模式声波以向海面偏转和声道传播模式传播时,通过反复的折射和反射,声波被束缚在声道和近海面区域,形成声道效应和海面波导效应,在这些声线汇聚区可进行长距离声呐探测,而声线汇聚区以外为阴影区,处于该区域的潜艇可避免被主动声呐探测。海洋分层中尤其是海水温度随深度降低所形成的负声速梯度,容易形成声盲区,有助于潜艇避开声呐侦查进行潜航和声隐蔽的。利用深海水下声道产生的汇聚区效应,可将声呐作用距离扩大至几个汇聚区距离上,潜艇声呐可以利用声传播过程中形成的汇聚区,增大声呐的探测距离,做到远距离先敌发现。通常把声波在海洋环境下所呈现的普遍和异常变化特征称之为水声环境效应。海洋水声环境是比大气更具地域性、更多变并且参数变化值更大的复杂环境。海洋中的跃层、锋面、内波、中尺度涡旋、海底地形、海底地质等对声传播都会造成强烈影响。从有关发表的传播损失异常观测资料可以估计,内波导致的传播损失异常可达25dB锋面可达30dB,中尺度涡漩可达25dB。水声装备效能在复杂海洋环境中都将会产生或强或弱的不稳定变化,甚至导致声呐系统出现盲区或弱视区,严重影响声呐的远程探测。六、海洋内波海洋内波的存在使海洋内部产生大振幅垂向波动,在跃层界面上下的水体中引起速度剪切,当运动物体(如潜艇、鱼雷等)穿越内波影响区域时,其运动稳定性或运动姿态会发生变化,从而改变其运动轨迹,深入研究这种现象和规律,对海军战场环境建设非常重要。海洋内波对潜艇的影响包括潜艇的适航性、耐波性、安全性、航道航线的选取、探测和反探测等。1)噪音。在内波频发海域活动的潜艇,其发动机等设备产生的噪声可能由于海洋内波的存在而很快衰减,这有利潜艇的隐蔽。2)操作。水下航行中的潜艇在遇到突然而至的内波时,潜艇的操作性、稳定性和安全性会受到影响。停坐在跃层上的潜艇,在随跃层处海洋内波做大幅度的上下波动时,当潜艇的艇长尺度远小于内波的波长时,潜艇随着内潮波波浪起伏,一般比较平稳;当潜艇的艇长尺度远大于内波的波长时,内波只能使潜艇产生幅度较小的上下颠簸;而当潜艇的艇长尺度与内波的波长大小相当时,潜艇随内孤立波的颠簸就比较大,如果此时潜艇潜深较浅(接近水面),就会露出水面或与海面上的船只发生碰撞,而如果潜深较深从而接近海底,潜艇可能会在波谷经过时因下俯而触底发生事故。3)航线。如果潜艇对海洋内波的适应性较差,在选取其航线时,必须利用内波分布特征背景知识,避开海洋内波多发的区域。4)武器发射。在水下发射鱼雷,当鱼雷在穿越内波区时受内波引起的剪切流的影响,鱼雷在水中和出水时的姿态将异于没有内波的情况,严重影响鱼雷打击目标的准确性。在筹划潜艇展开航路或在某海域待机时,最主要的是在敌反潜兵力和兵器搜索的背景下尽最大可能地利用海洋分层保持隐蔽性,也就是要尽最大可能充分利用包括内波在内的中尺度现象。在任何情况下沿展开方向应使潜艇航路靠近存在内波中尺度现象的海域,待机区也尽量处在此海域。尤其是常规动力潜艇往往需要在战斗区充电,充电时自噪声强度高,暴露空间大,可利用内波造成的强烈声场起伏迅速潜入中尺度现象海域进行充电。七、海底地形地质随着声呐探测技术不断发展对潜艇的威胁也不断增加,需要潜艇进行近海底机动,以有效降低敌方声呐探测到的概率。海底作为潜艇活动空间的下边界,对潜艇的声呐探测、隐蔽战术和近海底机动操作有很大影响。1)海底作为水声信号传播的下边界,对其传播特性有很大影响。主动声呐的工作效能在某种程度上依赖于海底地质特点。坚硬的海底是极佳的反射器,能将远距离上的回声清晰反射回来,此时可在开动主动声呐前调整潜艇的俯仰状态,使其向下,这样能得到约55km外目标清晰响亮的回声;在泥质海底的海域,可将上仰开机。2)山峰可以阻挡水声传播,潜艇可以隐蔽在海底山峰后,规避对方潜艇声呐探测或主动声自导鱼雷的攻击。3)潜艇在近海底机动时,由于海底表面的复杂多变性,加之存在文丘里效应,会受到和海底表面有关的力和力矩,给潜艇近海底机动操作造成很大困难。