潛艇在深海如何與基地保持聯絡?
潛艇通信本來就是一項極為特殊的技術,具備特殊需求、特殊技術、特殊設備和特殊頻段的特點。早期的潛艇通信技術,在潛航至100m以下水深時,基本上就無用武之地了,必須中斷與陸上指揮所或者水面艦艇間的通訊聯絡,難以有效的及時傳遞作戰信息。如果需要與外界通信,則潛艇必須上浮至能夠將無線電天線伸出水面或接近水面狀態收發電報,但這樣極易被衛星、飛機和水面艦艇上的遙感偵測設備發現,暴露潛艇方位,與潛艇作戰隱蔽性的宗旨相違背。因此自冷戰時期起,世界各國都在不遺余力的發展新型水下通信技術,以便與大潛深、巡航狀態的潛艇進行信息傳遞。
以現階段的潛艇通信目標和手段來說,可以分為戰略通信和戰術通信兩種方式,戰術通信有可以大體分為聲吶通信、浮標通信和網絡通信三種。當然隨著科學技術的突飛猛進,藍綠激光通信、中微子衛星通信等新技術手段也都開始進入研究論證階段。
大體上,現代遠距離信息傳輸的最有效手段依然是電磁波,但是海水對于絕大部分頻段的電磁波都有很強的衰減作用,這也是潛艇水下通信的主要障礙,但是對于甚低頻、超低頻電磁波來說,是電磁波對潛通信效果最好的無線電頻譜波段,所以開發甚低頻、超低頻通信技術或者用其他傳輸介質(如藍綠光)替代電磁波,成為當下對潛通信的熱點。(電磁波與藍綠光在海水中的衰減率,如下表:)
潛艇戰略通信戰略通信主要通過陸基甚低頻VLF(對應甚長波)或超低頻ELF(對應超長波)基站對潛艇發射信號,進行單向通信(此時,潛艇只能接受指令,無法回信);根據信號基站頻率的不同,對潛通信距離為4000-8000公里不等。其中甚低頻信號(VLF)可以傳遞至水面下幾十米(<80米)深處,而超低頻信號(ELF)則理論上能夠傳遞至水下100-250米深處。
上圖紅圈內為潛艇浮標通信系統,甚低頻或者超低頻這類長波通信手段,需要潛艇攜帶拖曳電纜信號天線或者拖曳浮標天線來接收信號,此外陸基信號站天線陣和設備的布置也頗為麻煩,占地規模龐大。潛艇釋放拖曳天線,對于航速、尾跡也有很大影響,所以戰略通信僅在關鍵時刻用于接受命令和信息,平常是不大會使用的。如下圖,美國卡特勒甚長波(甚低頻)陸上信號站天線陣,占地面積大約21平方公里,發射總功率21兆瓦,設置26座約300米高的信號天線塔(要知道類似摩納哥這樣的袖珍國家才不到2平方公里的面積),所以這樣的信號站在戰時極易被敵方攻擊。
由于超低頻ELF電磁波在海水中的衰減率要優于甚低頻VLF,所以想向100米水深以下航行的潛艇發送電磁波信號就要研究ELF通信系統,目前來說進入實用階段的ELF對潛戰略通信系統只有美國和俄羅斯建成投入使用。其中美國在1989年就成為全世界首個投用ELF對潛通信系統的國家,能夠通過位于美國本土的ELF無線電通信基站向4000公里外、水下122米深度、16節航速航行的潛艇(拖曳天線需要拖放至距離水面102-120米)發送電文,并能夠與位于北極9米厚冰層下約120米深處潛艇進行聯絡。潛艇在深海接收ELF基站電文時的航深、航速和拖曳天下狀態如下圖:
無論是甚長波還是超長波此類長波通信,除了上文我們所說的陸上基站龐大易被攻擊、潛艇航態易受拖曳天線影響等不利因素外,還會受到信號傳遞速率慢這類所有長波都有的缺點。比如說美軍的ELF通信,基站每分鐘只能發射0.017 bps(約1比特),一個字符要發5分鐘,15分鐘才能發3個字符(要是傳個電影啥的怕不是得幾萬年)。雖然這種通信方式信息傳送速度極慢,但是為了超遠距離、大潛深潛艇能聯絡,也就只能忍耐了。況且戰略通信一般也只用于與戰略核潛艇進行關鍵指令傳送,通常僅發送幾個字符,起到提示戰略核潛艇上浮或者打開其他通信設備接收詳細信息的作用,這時候你就把戰略通信當成個“響鈴”就行了。此外,如果是命令核潛艇發起攻擊,只需要發送約定好的“極為簡短”幾個字符就可以了,戰略通信畢竟不是經常使用的手段。
戰術通信及其他關于戰術通信及其他通信手段,這里就不再贅述了,看以下下表,了解下各類對潛通信方式的特點就可以了,至于藍綠光通信。中微子通信我們以后再聊: