核潜艇的长波通讯(图) |
送交者: 三把刀 2017年01月05日00:10:48 于 [军事天地] 发送悄悄话 |
出品:科普中国 制作:寒木钓萌 监制:中国科学院计算机网络信息中心 早期的潜艇,其水下航行远小于水面航行时间,此时,与潜艇的通讯难度不大。然而,自从拥有无限续航的核潜艇出现后,与潜艇的通讯就不是那么好解决了,核潜艇水下潜航数十个昼夜,茫茫大海,它们的精确位置不知晓,此时,如果需要它们发起攻击,又该如何指挥它们? 核潜艇的困境 战备值班时,若核潜艇三天两头浮出水面,那么,与核潜艇的联络将会很容易。可核潜艇若随意上浮,别说现在,就是在二战时,德国的潜艇就被盟国飞机上的雷达搞得不胜其烦,就像老鼠见猫,损失惨重。目前,各大国的侦查卫星,以及各种电子侦查飞机是如此的先进,潜艇只要上浮次数多一些,停留久一些,就会迅速被定位和发现。 所以,长时间潜航于深海,这才是核潜艇的核心战斗力所在,而十几天甚至一个月都不上浮,另一个棘手问题就会接踵而至——怎么去指挥调度它们? 用声波如何? 不到两千克的小炸弹,其爆炸声能传播4000多公里,这是我们了解到的一个事实。然而另一个事实是,海中地形复杂,在一些复杂海域,声波的传输会受到极大的限制。在哈尔滨工程大学的公开课上,时洁(博士生导师,副研究员)介绍了这么一个实验,在中沙和南沙群岛之间,炸弹声的传播距离为600公里左右,而在南沙一些复杂海底地形区,用同样的炸弹,其声音只能传播1到2公里。 用声波的另一个局限是,速度很慢,海水中,声波速度为每秒1500米左右,而地球周长4万多公里,如果我们与潜艇的通讯距离长达1万公里,则声信号需要接近两小时(111分钟)才能传到潜艇上。即使我们能忍受这种低速,另一个问题也难以解决,那就是声信号远距离传输后的严重失真。 声波不行,常规的无线电也靠不住,怎么办?用极端的无线电。 波长10万公里 电磁波速度即光速,约每秒30万公里,计算公式就是简单的波长乘以频率,根据波长的不同,电磁波的种类可分为伽马射线、X射线、紫外线、红外线、微波和无线电波。 如果有一种波,它的波长高达10万公里,那么根据光速,可知其频率只有3赫兹。这样的波叫做极长波,如果是从频率上来命名,它叫做极低频。 极长波的波长在1万公里至10万公里之间,相应地,其频率在30赫兹至3赫兹之间。 实践表明,波长越长的电磁波,其对海水的穿透性越强,比如超长波对海水的穿透性可达100米以上。 而极长波就更不用说了,它可以穿透到200米深的海水里。早些年,国外曾做过实验,一艘潜行于120米深的潜艇,利用300米长的拖拽天线,成功地接收到了来自4600公里外发送的信息。 潜艇收到极长波信号示意图。 对海水的穿透性不是超长波和极长波的唯一优点,实际上,它之所以被用作潜艇通讯,还有以下两个因素。 一是,这两种波的通讯距离非常远,而这主要是它们容易被大气层中电离层反射,从某地发射,向上碰到电离层时,可反射到数千公里远的海域。 极长波和超长波等,它们遇到电离层时会反射。 二是,这两种波不受磁暴、核爆炸和太阳黑子的影响,抗干扰能力强,通讯稳定。 弊端也挺明显 从陆地上就能对千里之外的水下核潜艇发送指令,这真是棒极了。不过,凡事有利必有弊,极长波和超长波发射台非常庞大,战时容易被攻击和破坏。 在上图红点处,印度海军建了一个长波电台。占地18210亩,合12.14平方公里。 印度的这个长波电台,其中心桅杆高301米,建成的时候,是当时印度第三高建筑。 2014年,印度又在这个长波发射台附近新建了两根杆子,471米高,终于,它成为了印度最高建筑,旧的长波电台为特长波(波长为100到1000千米),而2014年经过拓展后,为极长波电台。 如果有兴趣,你可以到谷歌地球上搜索并查看这个世界上目前最高的军事建筑。 除了容易被攻击外,长波电台的另一大缺点是传输速度慢。波长越长,频率就越低,而电磁波携带的信息跟频率有很大关系,比如大家使用的WiFi,其频率最高为5G赫兹,也就是1秒钟振荡50亿次,每秒传输的信息可达800兆以上。 而极长波的最低频率只有区区3赫兹,也就是1秒钟振荡3次,最慢的时候每分钟只能传输几个字符,当然,如果缩短波长以增加频率,则每分钟可传输十几个字符以上。 所以,长波电台只适合发送极其简短的经过加密的指令,要使用它与潜艇通话,那是不可能的,视频聊天更是妄想。 最后一个缺点是,核潜艇只能被动地接收长波信号,显然,在核潜艇上安装一个庞大的长波发射台是不可能的。 即使缺点不少,但它的作用也不言自明。想象这样一个场景,你有一个极其重要的快递,里面含有全部的答案,但你不知快递员何时到达。而你,身在一个生死考场中,为了得到这个快递,若你频繁请假上厕所(上浮),那么你铁定会被怀疑,继而被捉到,但是,如果快递员与你提前商量好,当他震动你手机一下,你就举手请假,厕所里见,一次搞定! 这种“震动一下”的作用就是长波电台的使命之一,它可以给核潜艇一个简短的信息——何时何地上浮,从而与卫星进行短暂的连接并获得大量信息。 显然,敌方根本就不知道你会在何时何地上浮,所以,他们要追踪到你将变得很难。 美国的长波电台 图为位于美国威斯康星州的长波电台。 美国的长波电台使用频率为45赫兹和76赫兹,埋在地下的线缆就长达9656公里,该设施于1989年开始运作,一直使用到2004年。 俄罗斯长波电台 俄罗斯的长波电台,其官方报道的不多,公开的信息极少,我们只知道,它叫ZEVS,以及它在地图上的位置。 随着与潜艇通讯技术的发展,未来,也许长波电台会被替代,然而目前,它依然在一些国家使用着。 “科普中国”是中国科协携同社会各方利用信息化手段开展科学传播的科学权威品牌。 |
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