中國電科第23所展出的光纖水聽器岸基陣列實物圖片

　　毫無疑問，相比美、日反潛強國，反潛至今仍是我國的一大軟肋，尤其是遠洋反潛。

　　相比之下，因為有“主場優勢”，中國在家門口的近海反潛通過持續不斷的建設，已經取得了豐碩成果，外國潛艇想在中國近海做什麼小動作就得掂量一下了。

　　潛艇就像水下的“隱身戰機”，打擊它的一大突出難點還是如何發現它。中國的反潛建設除了我們可見的反潛艦艇、飛機，另一大成果應該就是建設水下預警探測網絡，解決發現難問題。

　　2017年5月，央視曾報導中國將投入5年時間與20億人民幣在東海與南海建立海底科學觀測網，並於上海臨港設立監測與數據中心來儲存東海與南海獲取的數據。海底科學觀測網除了推動地球科學與全球氣候的科學研究外，也將滿足國防需求，一般相信這指的是會在水下部署聲納陣列作為反潛的遠程預警。

　　同樣是2017年5月，中國電科第23所聲光探測首席專家陳小寶的先進事跡引發外界關注，他的主要成果就是海底科學觀測網的主要耳目——光纖水聽器。

　　如今1年過去了，在本月初的中國國際國防電子展上，中國電科第23所罕見的展出了光纖水聽器岸基陣列的實物圖片，這讓我得以一窺中國反潛大網中看不見的“千里眼”。那麼，水下固定陣列對反潛有何重要性?今天，北國防務特約撰稿人Flak就來說說這事。

　　△ “深海聲道”是聲波速度在水下因為溫度/密度的變化產生先低後高的現象，導致聲波在其中會反覆折射，上下起伏而傳遞得更遠

　　由於水下聲納陣列的外觀類似電纜，在海底綿延上百公里遠，會讓有些人誤以為像是防盜的壓力警報器，只能探測到從上面通過的艦船。但其實不是，水下聲納陣列是利用 “深海聲道”原理的遠程探測器，這是美國科學家於1937年在大西洋觀測到的現象：當炸藥在約5千米深的海床引爆時，其低頻聲波傳遞比預期的遠，似乎除了海面與海底的多重反射外，低頻聲波在深海有個隱密通道可以更低的損失率傳遞到更遠的距離。

　　麻省理工的科學家同時對深海的溫度與密度進行量測，繪製出聲波在不同深度的速度變化，發覺在特定的深度區間，聲波以特定角度射入後，會像光纖一樣上下反覆折射，由於其能量傳遞的耗損比多重反射更低，也就形成神秘的 “深海通道”。

　　△早期LOFAR是利用繪圖機繪製出 “頻率-時間”的變化圖(左)，現在可用計算機繪圖代替。當特定頻率出現明顯信號，分析人員可綜合不同位置/角度的陣列信號來三角定位(右)

　　在二戰中，深海通道被當作緊急求救管道：飛行員落海後丟入特定深度引爆的小型炸彈，就可被數千公里外的水下聽音器探測到，並以三角定位法標定位置，因此這種技術又被稱為 “聲波標定與測距”(SOFAR)。

　　而在二戰後，由於蘇聯接收了納粹德國的XXI型潛艇技術，在短期內發展出以呼吸管遠程航行的常規潛艇，美國海軍秘密將這種技術轉為反潛用途。又因為500Hz的極低頻聲波不但被海水的吸收率很低，而且幾乎從任何深度發出都會射入 “深海通道”，因此海軍將SOFAR的水下聽音器擴展成為440長，含有40段聽音器的線形陣列，稱為 “水聲監視系統”(SOSUS)。

　　△縮小的水下聽音陣列可以部署在淺海作為近岸反潛警報系統，例如俄制MGK-608E固定被動聲納系統是部署在港口外，探測不明潛艇的接近

　　因此，水下聽音陣列並不是只能聽到經過的艦船而已，而是從 “深海通道”聽到 “千里之外”的艦船噪音，就像是水下的遠程預警雷達，或者說預警機。隨着技術進步，水下陣列本身也延長到上千公里，可以聽到更低頻的更遠處聲響，並用分段陣列方式產生更窄的被動波束，以提升測向的精確度。然而，由於水下聽音陣列是一種被動探測器，判斷不出聲音傳遞了多久的時間，也就無法像雷達一般測量出目標的距離，必須綜合不同位置的陣列才能進行三角定位。

　　而不同陣列如何關連出同一個目標呢?這就要靠 “低頻分析與記錄”(LOFAR技術)：以頻率為橫軸，時間為縱軸，用繪圖機畫出聲納頻譜的時間變化，不同船隻的持續噪音會在自己的頻率上留下明顯的線條，則分析人員就可鎖定特定船隻的頻率，調閱各地陣列的紀錄來分析其位置。

　　△2016年展示的海底觀測網(1)包含了深海電力與信息網絡來串連鋪設在海底的 “聲學接收陣列”與多種海洋監測系統。該年8月，中國科學院帶領浙江大學等單位在於南海建立了實驗網絡，在1700米深海置放了由主接駁盒(2)與次接駁盒(3)串通的150千米長基礎網絡，可提供10kV/10kW的電力，並以1Gbps的光纖(4)將數據傳回陸上。

　　另一個問題是：既然 “深海聲道”是因為海底溫度/密度變化所形成的，則聲波傳遞的參數也與海水的環境特性有關，因此水下聽音陣列需要搭配大範圍的海洋環境實時監控來校正數據。中船工業集團在2016年的 “十二五成就展”就曾展出過完整的海洋觀測網模型，藉由海底電纜與光纖作為電力與通訊網絡，來支持外海海床上的聲學接收陣列與多種環境監控裝置，主要目的應該就是協助聲學接收陣列分析出準確的目標信息。

　　而第23所的水下陣列也是採用光纖技術，這是將光纖纏繞在易延展的塑料管上，當聲波使塑料管產生細微變形，就會導致光纖長度發生變化，使傳遞的光信號出現相位差。由於光纖可順便將光信號傳遞到遠處，不需要額外的電子裝置與信號，具有構造簡單與重量輕的優點，美國最新的“弗吉尼亞”級潛艇也是採用光纖聽音陣列技術作為側視艦體聲納。

　　△傳統的被動聲納是安裝大量的陶瓷聽音器，將聲波轉成電力信號與數字/模擬轉換，再透過信號電路傳遞迴信號分析計算機。而光纖聽音陣列用光纖同時完成探測與傳遞任務，因此“弗吉尼亞”級也用這種技術發展出 “輕型大孔徑陣列”(LWWAA)

　　不過，水下聽音陣列也有其短處：由於它不像雷達天線可以旋轉，其探測角度是固定的，即便延長、彎曲聲納陣列來涵蓋不同方向，仍可能產生死角;其次，隨着潛艇靜音技術的提升，水下聽音陣列的探測距離也越來越短，漸漸難以發揮原有的遠程預警效果。

　　因此，美國海軍在冷戰後期又發展 “水面拖曳陣列警戒系統”(SURTASS)：利用遠洋拖船拖曳800m長的陣列聲納，將原始數據實時透過衛星數據鍵傳回本土進行分析。這種方式可讓聲納陣列更接近威脅海域，並機動調整方位，彌補了固定式水下陣列的不足。

　　△此次的國防電子展上，23所還展出了光纖水聽器拖曳聲納(右)，其施放機構與美國“無敵”號的SURTASS拖曳陣列聲納(左)相當類似，有可能是同類型產品

　　另外，水下聽音陣列完全靠頻率來分辨目標與背景噪音的不同，如果出現新的潛艇，或者潛艇在大修後改變了頻率，要如何 “聽音辨艇”呢?因此，美國的SOSUS是搭配反潛機隊/艦隊一起建立的，尤其反潛機的速度快，航程遠，在SOSUS一標定出可疑接觸方位後，可在短時間內前往附近海域投下聲納浮標，平時可以確認目標型號並記錄到聲紋數據庫，戰時就可徑行對不明潛艇發動攻擊。

　　△高新6型反潛機在海上大閱兵後又被網友拍到，未來可能搭配水下聽音陣列組成反潛網

　　反潛兵力一直被外軍視為中國海軍的短板，而中國在建立海底觀測網的同時，也同步推動大型反潛機成軍，顯示出彌補這塊短板的強大決心。相信假以時日，中國強大的反潛網絡必將一步步讓對手窒息。