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未来水下作战,如何在水下保持与外界“飞鸿传书”

    原标题:建立畅通的水下通信系统对未来作战至关重要——

    大洋深处的“战地告白”

    制图:贺逸舒

    探秘“龙宫”—

    电磁波通信成了“旱鸭子”

    水下通信一般是指水上实体与潜艇、无人潜航器等水下目标的通信或水下目标之间的通信。由于海洋环境中各种复杂因素的存在,使得水下通信一直滞后于地面、空中和空间通信的发展,也成为制约信息化战场水下作战战力提升的瓶颈。

    说起通信,人们广泛使用的电磁波在水下衰减很快,穿透海水传输数据的能力相对薄弱,是个不折不扣的“旱鸭子”。譬如,我们把手机用防水袋包裹好放入水中,信号就会大幅度衰减,这就是电磁波在水中传输能力的简单验证。

    给航行在大洋深处的潜艇发一封电报,要多久?现有的技术水平大概是30分钟。目前,世界各国广泛使用的通信方式,主要是甚低频和超低频等长波通信手段。日本是最早实现甚低频技术实用化的国家,早在1929年就建成了佐佐美通信站。第二次世界大战期间,德国和英国海军也相继建成了甚低频通信站。从20世纪50年代开始,伴随着弹道导弹潜艇的诞生,利用超低频率电磁波面向全球传播的超低频通信方案应运而生,为潜艇远洋隐蔽通信立下了汗马功劳。从1985年起,美国先后多次完成超低频通信试验,各军事强国也加大了对超低频通信系统的研究。

    即便是目前相对较为成熟的超低频通信系统,也只能穿透100米深的海水,且系统传输速率慢、造价昂贵,限制了长波通信的进一步发展。当长波手段用于对潜通信时,需要超大功率的无线电发射机和大尺寸天线,空间使用“寸土寸金”的潜艇只能配备通信接收机,也就意味着在水下的潜艇只能“听”。如果潜艇需要向岸上发报,就必须上浮或者施放通信浮标。承担水下“潜伏”任务的潜艇,如果时不时露出水面获取信号,极易将自身暴露在先进反潜技术面前。如果不能实现高效稳定的水下通信,根本不知道对手在哪里的潜艇只能蹲守在海里“碰碰运气”,甚至还会严重贻误战机。

    此外,水下长波通信虽然能实现长距离通信,但信号发射台往往体型巨大,抗毁能力差。美国1986年建成并投入使用的超长波电台天线横亘135千米。对此,美国国防部高级研究计划局还专门开展了“机械天线”项目研究,旨在为长波通信找寻更加小型化的信号发射装置。

    声光变换—

    驶入水下通信“高速路”

    为充分弥补水下通信的技术短板,美、日、俄等国一直致力于水下通信技术的研发,在水声通信、蓝绿激光水下通信等领域相继取得突破性进展。

    声波在水下传输的信号衰减小,传输距离远,使用范围可从几百米延伸至几十公里,因而成为水中信息传输的主要载体。目前,水声通信已经成为较为成熟的水下通信手段,美军使用的水声通信设备传输距离可达数千米。近年来,研究人员还在编码技术、信道均衡技术、纠错及安全传输方面取得重大进展,进一步推动了水声通信技术的快速发展。

    水声通信主要存在着传输速率相对较低、传输距离不能满足战场需求等问题。2017年5月,韩国研究人员成功实现了水深100米、通信距离30千米的水声通信试验,将现有水声通信手段的传输距离提高了2倍以上。随后,美国研究人员借助螺旋声波多路复用技术,验证了声波信号高效并行传输的技术可行性,使通信速率提高了8倍,为破解远距离水声通信速率低等难题提供了新的解决方案。

    要想开启水下通信的“高速路”,还可以从激光身上找寻灵感。20世纪70年代初,美国研究人员率先发现了蓝绿色这一“海水窗口”,蓝绿激光水下通信利用的就是波长450-530纳米的蓝绿色光。研究表明,潜艇在水下700米深仍可接收到蓝绿激光信号。

    蓝绿激光水下通信具有海水穿透能力强、数据传输速率快、方向性好、抗截获和抗核辐射能力好等诸多优点,相当于为水下游弋的潜艇戴上了通信“助听器”。自从美国海军提出“卫星-潜艇”通信可行性研究后,蓝绿激光水下通信迅速成为美国的战略性研究计划,目前美国已基本完成了蓝绿激光水下通信的相关试验。

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