竊聽水底的空管聽聲器 在現(xiàn)代海戰(zhàn)中，潛水艇越來越顯示出它的威懾力量。但潛水艇也遇到一個(gè)很大的難題，即如何有效地進(jìn)行水下通信問題。于是，水下“無線電話”一時(shí)成了科學(xué)家的研究熱門。 水下通信技術(shù)的發(fā)展史可以追溯到很久以前。今天，我們?nèi)钥稍谝獯罄囆g(shù)家達(dá)？芬奇（公元1490年）的筆記本中找到這樣一段話：“將一根長(zhǎng)管的封閉端插進(jìn)水里，把開口端放在耳朵旁，可以聽到遠(yuǎn)處船行駛的響聲?！笨梢哉f，這是較早的研究水下通信的文字資料。后來科學(xué)家又得出進(jìn)一步的結(jié)論：水的密度比空氣大得多，聲音可以在水中迅速傳播，在海水中的聲速為5500千米／小時(shí)。據(jù)此計(jì)算，從太平洋一側(cè)發(fā)出的一個(gè)聲信號(hào)，經(jīng)過4小時(shí)就能到達(dá)另一側(cè)。此外，海水的鹽分越多，深度越深，聲音傳播速度也越快。在深度為1萬米的深海底，聲在水中的傳播速度可達(dá)6000千米／小時(shí)。 利用聲音在水中傳播速度快的特點(diǎn)，科學(xué)家們?yōu)樵缙诘臐撍гO(shè)計(jì)了一種“空氣管式”的聽音設(shè)備。這種聽音設(shè)備類似于醫(yī)生會(huì)診用的聽診器。

1為空心管道，內(nèi)部是空氣；

2為空心橡皮球，安裝在空氣管兩端；

3為垂直空氣管，一端與1和2相聯(lián)接，另一端穿過潛艇甲板，插入艇內(nèi)；

4是聽音筒，與垂直氣管相連接；

5是調(diào)節(jié)手柄，可以左右轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)潛水艇潛入水中時(shí)，將聽音設(shè)備的聽筒掛在耳朵上，如遇到附近有船只行駛時(shí)，螺旋槳撥動(dòng)水而發(fā)出的聲波傳到空心球處，使球壁發(fā)生振動(dòng)，空心管內(nèi)的空氣柱也發(fā)生振動(dòng)，潛艇內(nèi)的人員就可從聽筒聽到聲響。轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)節(jié)器，根據(jù)兩耳聲音的強(qiáng)弱變化程度，就可憑經(jīng)驗(yàn)確定附近船只的方位。以后又發(fā)展到由許多空氣管組成的聲波接收器。這種裝置的特點(diǎn)是可以在水下相互進(jìn)行通信，一方發(fā)出表示信號(hào)的響聲，另一方可接收到并進(jìn)行“對(duì)話”。當(dāng)然，這樣很容易暴露潛艇的位置，不利于保密和安全，很快就被淘汰了。

易收難發(fā)的無線電通信 無線電通信出現(xiàn)后，給潛艇通信提出了新問題。當(dāng)潛水艇浮在水面時(shí)，可以利用各種無線電通信方式。但當(dāng)潛入水下時(shí)，因?yàn)橥ǔＪ褂玫臒o線電波很難穿透到水下，大部分被水體反射回空氣中，小部分進(jìn)入水中也很快被水吸收掉，潛艇無法利用當(dāng)時(shí)的無線電裝置與外界聯(lián)系。研究發(fā)現(xiàn)，電波的頻率越高（即波長(zhǎng)越短），越容易被水體吸收。為解決潛艇水下通信問題，科學(xué)家們采用了頻率很低的超長(zhǎng)波進(jìn)行試驗(yàn)，波長(zhǎng)范圍在5000—20000米之間的電波，向海面發(fā)射時(shí)，可穿透20米左右的水深。為了建立超長(zhǎng)波信號(hào)發(fā)射臺(tái)，需要建立高達(dá)300米的天線，顯然，在潛水艇上是不可能安裝如此高大的天線的，這就決定了當(dāng)時(shí)的潛水艇只能接收超長(zhǎng)波信號(hào)而不能在水下發(fā)射信號(hào)的命運(yùn)。

為了接收超長(zhǎng)波信號(hào)，潛艇甲板上裝有邊長(zhǎng)約1米的方框形天線。進(jìn)入水里的電磁波穿過天線框時(shí)，框內(nèi)會(huì)產(chǎn)生隨信號(hào)變化的感應(yīng)電勢(shì)，微弱的感應(yīng)電流經(jīng)放大和解調(diào)處理后就可再現(xiàn)原來的信號(hào)。為了適應(yīng)戰(zhàn)爭(zhēng)環(huán)境的需要，潛艇應(yīng)該能主動(dòng)地與指揮部取得聯(lián)系，為此，設(shè)計(jì)出了一種裝有特殊的可快速升降的桅桿，普通的短波發(fā)射天線固定在這種桅桿的頂部。潛艇向地面指揮部發(fā)射信號(hào)時(shí)，首先升到離水面只有7--10米處，然后將裝有天線的桅桿往上升，直到天線露出水面，迅速地發(fā)完全部信息。完成發(fā)射后，立即收桿，潛艇全速下沉轉(zhuǎn)移。

舊式的潛艇為了觀察周圍有無敵情，先要伸出潛望鏡，而現(xiàn)代化的潛艇裝有先進(jìn)的可升降的潛艇雷達(dá)，它升出水面后能快速掃視四周，迅速、準(zhǔn)確地探測(cè)四周的動(dòng)靜，同時(shí)向陸地發(fā)送短波信號(hào)，或可用波長(zhǎng)極短的超高頻電波直接與空中的衛(wèi)星聯(lián)系。衛(wèi)星通信天線也安裝在可升降桅桿的頂部。

現(xiàn)代最新型的潛艇還配備有彈射式呼救器，遇到緊急情況時(shí)，潛艇可從水下將呼救器彈出水面。呼救器到了水面會(huì)自動(dòng)地連續(xù)發(fā)出無線電波，向衛(wèi)星或周圍呼救。

穿透深海的極長(zhǎng)波通信 超長(zhǎng)波通信雖然可使?jié)撏г陔x海面20米以內(nèi)的水下接收信號(hào)，但此深度對(duì)現(xiàn)代海戰(zhàn)中的潛艇，特別是核潛艇來說很不安全，這就迫使科學(xué)家們尋找一種真正稱得上深水通信的有效手段。

根據(jù)無線電波穿透海水的理論推算，波長(zhǎng)越長(zhǎng)，越易穿透海水，因而科學(xué)家決定采用比超長(zhǎng)波更長(zhǎng)的電波進(jìn)行試驗(yàn)。美國(guó)海軍部科研中心采用波長(zhǎng)為300千米的極長(zhǎng)波進(jìn)行試驗(yàn)。當(dāng)然，為了發(fā)射這種極長(zhǎng)波電訊，天線也將成百倍地增長(zhǎng)，竟達(dá)100多千米。這樣長(zhǎng)的天線只有鋪設(shè)在地面上，并應(yīng)選擇電導(dǎo)率較低的巖層地區(qū)。美國(guó)的一個(gè)海軍試驗(yàn)場(chǎng)東西、南北方向交錯(cuò)地鋪設(shè)著20根這樣長(zhǎng)的發(fā)射天線，每根相距1千米。用這樣的方法可將電波發(fā)射到海面下200米左右的深度。由于極低頻的頻率極低（約76赫），相應(yīng)地它們所攜帶的信息變化也很慢，傳送三個(gè)字碼約需半小時(shí)。不過，對(duì)于長(zhǎng)期隱蔽在深水下的核潛艇來說，這種通信方法仍非常必要。此外，科學(xué)家們已找到了巧妙的字母組合方法，按照不同的排列組合，組成三個(gè)字母群。可編制特殊的電文。

極低頻通信非常穩(wěn)定，幾乎不受外界干擾，即使遇到核爆炸，也有高度的抗干擾能力。潛艇在水下快速前進(jìn)時(shí)同樣能順利地接收極低頻信號(hào)。美國(guó)海軍在一次試驗(yàn)中，向表面被10米厚冰層覆蓋的北冰洋發(fā)射極低頻信號(hào)，電波經(jīng)冰層，直達(dá)120米深的水下，正在那里以20海里時(shí)速行駛的潛艇及時(shí)接收到了各種指示。極低頻通信雖然解決了向深海潛艇發(fā)送電信號(hào)的問題，但仍然不能進(jìn)行雙向通信。

貫穿?？盏乃{(lán)光通信 宇航員從航天飛機(jī)上看地球是蔚藍(lán)色的，這是因?yàn)榈厍虮砻婕s71％被水體所覆蓋。蔚藍(lán)色的大海確實(shí)與藍(lán)綠色特別有緣，其它紅、黃、橙、紫色的光線只能進(jìn)入海洋的表層。從潛水員攝得的水下照片中可以證明，在3米深度以下的水里，什么東西都成了藍(lán)綠色，只有在3米以上的表層水里，尚殘留一些其他顏色的光，才能攝得多種色彩的景物。這是因?yàn)楹Ｋ哂袨V色作用，陽光中的紅色光一進(jìn)入海水幾乎全被吸收了?？茖W(xué)實(shí)驗(yàn)證明，波長(zhǎng)為490毫微米的藍(lán)綠光最易穿透海水，不過由于水溫與含鹽量的不同，適于進(jìn)入海水的藍(lán)綠光的波長(zhǎng)也有所不同，如在沿海一帶是510—550毫微米波長(zhǎng)的光穿透深度最大，而在大西洋水溫較低的區(qū)域則為470--500毫微米波長(zhǎng)的光。

現(xiàn)在要得到單一波長(zhǎng)的純色光或波長(zhǎng)可調(diào)節(jié)的藍(lán)綠光可采用激光發(fā)生器，在外界能量的激勵(lì)下，它能發(fā)單一波長(zhǎng)的激光。藍(lán)、綠色激光不僅能有效地穿透海水，也能有效地穿過空氣，與其他單色光相比，不易被空氣中的水珠或云、霧吸收，它的這種通天入海的奇特本領(lǐng)引起了研究潛艇通信的科學(xué)家的重視。試驗(yàn)中，飛機(jī)從12千米高空向海面發(fā)射一束藍(lán)綠之光，結(jié)果一路暢通無阻，直達(dá)位于海面下300米深處的“海豚”號(hào)潛艇。潛艇也以相同的方式向飛機(jī)發(fā)送了信息，終于實(shí)現(xiàn)了水下與空中和地面進(jìn)行雙向通信的愿望。

現(xiàn)代水下聲納通信隨著現(xiàn)代化的潛艇通信技術(shù)迅速發(fā)展的同時(shí)，人們并沒有拋棄早期的水聲通信方法，特別是超聲波技術(shù)的發(fā)展，使水下聲納通信技術(shù)進(jìn)入了“柳暗花明又一村”的黃金時(shí)代。實(shí)驗(yàn)表明，超聲波在水中不僅有很好的傳播性能，而且不為人耳所察覺，具有較好的方向性，非常適合潛水艇與潛水艇之間的相互通信。這種超聲波通信系統(tǒng)由超聲波發(fā)生器、聲調(diào)制器和超聲接收器、發(fā)射器等組成。其工作原理是，將接收到的超聲信號(hào)送入聲電轉(zhuǎn)換器，可得到按信號(hào)變化的電流，推動(dòng)揚(yáng)聲器就可聽到話音。

隨著水下通信技術(shù)的不斷完善，現(xiàn)代潛艇上裝備了多種形式的通信設(shè)備，以便根據(jù)需要，隨時(shí)選擇最合適的通信方式，與水下己方的其他潛艇、地面指揮部或空中的飛機(jī)、衛(wèi)星等取得聯(lián)系。