船舶磁特征的開發(fā)與利用

　　通過感知水下磁場探測艦艇是否存在的技術(shù)，主要應(yīng)用于海底戰(zhàn)爭。鑒于電磁場在導(dǎo)電海水中的傳播損失，感興趣的頻率通常限于0~3Hz的超低頻（ULF）以及3~3kHz的極低頻（ELF）。直到最近，盡管規(guī)劃和建造全電艦艇所使用的高功率推進(jìn)電機(jī)、發(fā)電機(jī)和高電流分布系統(tǒng)提升了對ELF的關(guān)注，但就磁隱身而言，所關(guān)注的頻率仍然集中在ULF和ELF，因此，《船舶磁特征的開發(fā)與利用》的討論將主要集中于開發(fā)與利用水面艦或潛艇的ULF磁場特征。術(shù)語“特征”廣泛應(yīng)用于聲學(xué)測量和船舶水下聲場檢測領(lǐng)域，類似簽名文檔上的手簽，可以將船舶所產(chǎn)生的水下聲音具有的獨(dú)特特征用于與其他船舶區(qū)分。盡管水面艦或潛艇所產(chǎn)生的磁場不像其聲學(xué)特性那樣獨(dú)特，但術(shù)語“特征”已經(jīng)被用來描述船舶電磁場的空間和時(shí)間分布。大多數(shù)人會(huì)比較熟悉磁鐵周圍撒上鐵屑或銼屑形成圖案的現(xiàn)象：當(dāng)將鐵屑鋪在位于磁鐵上方并且振動(dòng)的紙板上時(shí)，磁化的鐵屑會(huì)與磁場對齊，所得到的圖案勾畫出無法使用肉眼直接看到的磁場輪廓。因?yàn)榇艌隹床灰?、聽不到且感覺不到，所以會(huì)很難理解它在海軍艦艇周圍的存在是如何增大艦艇被水雷和探測系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)的概率。對磁特征的生成機(jī)制及其物理原理的基本理解會(huì)降低這種神秘感。ULF頻段主要存在以下四種船載磁源：（1）建造海軍艦船所使用的鐵磁鋼在地球自然磁場中感應(yīng)引起的鐵磁性；（2）任何船載導(dǎo)電材料（磁性和非磁性）在地球磁場中旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的渦流；（3）由自然電化學(xué)腐蝕過程或人為設(shè)計(jì)用于防止船舶腐蝕（生銹）的陰極保護(hù)系統(tǒng)，將電流施加到船舶的導(dǎo)電船體和周圍的海水中產(chǎn)生的電場；（4）流入電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、配電電纜、開關(guān)裝置、斷路器和其他有源電路的電流。將在第2章對每個(gè)船載磁源背后的物理原理進(jìn)行詳細(xì)討論，并分別簡要介紹降低這些磁源的方法。水下戰(zhàn)爭對船舶或潛艇磁場特征的利用可以分為水雷戰(zhàn)（MIW）和反潛戰(zhàn)（ASW）兩類。水雷是第一種可以通過感應(yīng)磁場進(jìn)行探測、定位和攻擊船只的武器。1920年，德國開始大規(guī)模開發(fā)一種靠近海底或浮在水中的水雷，會(huì)對目標(biāo)船只的磁場進(jìn)行探測，若滿足某些要求，則會(huì)自動(dòng)引爆。人們發(fā)現(xiàn)，非接觸式水下爆炸產(chǎn)生的沖擊波能夠在遠(yuǎn)處擊沉或嚴(yán)重?fù)p壞船舶。這種非接觸式武器稱為磁感應(yīng)水雷，將在第3章對其基本工作原理進(jìn)行討論。水雷很危險(xiǎn)，被海軍水雷擊沉或損壞的船只總質(zhì)量超過數(shù)十萬噸。第一次世界大戰(zhàn)期間，各方共布設(shè)了309700枚水雷，擊沉或損壞950多艘船只。這個(gè)數(shù)字在第二次世界大戰(zhàn)期間增加到70萬枚，擊沉或損壞的船只數(shù)量超過3200艘。自1950年以來，共有14艘美國海軍船只成為水雷的犧牲品，USS PRINCETON（CG 59）艦于1991年在“沙漠風(fēng)暴”行動(dòng)期間被伊拉克水雷破壞。即使像“伊拉克自由行動(dòng)”（2003年），聯(lián)軍海軍依然需要進(jìn)行大規(guī)模掃雷行動(dòng)，幸運(yùn)的是在伊拉克部隊(duì)部署大部分武器之前，這些行動(dòng)被成功阻止。水雷價(jià)格便宜、容易制造且可以在國際武器市場上買到；但是，搜尋和清除它們既困難又耗時(shí)，并且由于可以使用隱蔽手段部署而無須直接面對敵方全副武裝的海軍力量，海軍雷區(qū)所造成的傷亡卻會(huì)威脅水手的性命，延遲或改變沖突的結(jié)果，阻止海軍能力的迅速重建，損害經(jīng)濟(jì)以及對國內(nèi)外政治造成不利影響。海軍水雷數(shù)量有增無減，是一種非常有效的武器，因此有必要采取行動(dòng)對抗其效力。目前，已經(jīng)有幾種手段可以用于降低系泊式和底部磁感應(yīng)水雷的威脅，將掃雷、獵雷和船舶磁特征消減技術(shù)綜合使用，以降低戰(zhàn)斗艦艇或支援船舶觸發(fā)水雷的可能性。將在第3章闡述這些水雷對抗（mlne countermeasure，MCM）技術(shù)，以說明它們是如何相互補(bǔ)充并產(chǎn)生協(xié)同效益的。降低海軍艦艇觸發(fā)水雷的靈敏度，同時(shí)盡量減少使雷場失效所需的時(shí)間和物質(zhì)資源，是MCM研究的重點(diǎn)。由于作者能力和篇幅限制，該書不會(huì)對進(jìn)攻性和防御性水雷戰(zhàn)的各個(gè)方面進(jìn)行全面討論。在開發(fā)攻擊性水雷時(shí)，有許多因素需要考慮，在應(yīng)對這種威脅時(shí)更是如此，其重要性在很大程度上取決于具體應(yīng)用環(huán)境。《船舶磁特征的開發(fā)與利用》將在尖端技術(shù)層面描述磁感應(yīng)水雷的設(shè)計(jì)和使用，以及對如何保護(hù)己方艦隊(duì)免受這些武器攻擊的系統(tǒng)和技術(shù)進(jìn)行討論。利用船舶磁特征進(jìn)行水下海戰(zhàn)的第二項(xiàng)重要應(yīng)用是反潛戰(zhàn)。過去，主動(dòng)和被動(dòng)聲納系統(tǒng)是探測潛艇的主要手段；然而，隨著減振降噪技術(shù)的快速發(fā)展，反潛戰(zhàn)現(xiàn)場已經(jīng)轉(zhuǎn)移到高噪聲和聲學(xué)上更具有挑戰(zhàn)性的淺水濱海環(huán)境。因此，反潛戰(zhàn)的任務(wù)發(fā)展到現(xiàn)在，已經(jīng)使?jié)撏Т艌龅奶綔y范圍達(dá)到能夠與聲學(xué)技術(shù)相近的程度。將在第4章討論使用磁特征探測和定位潛艇的技術(shù)。

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