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“海阔凭鱼跃”,只是潜艇水下航行的美好想象
发布时间:2021-12-15     作者:   来源:科普中国   分享到:

2021年10月2日,美国“海狼”级攻击型核潜艇“康涅狄格”号发生了水下碰撞事故。

除了声纳系统,现代潜艇还依靠多种系统相互补充与印证,确保水下的潜艇在既定航向、深度安全航行。

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红色部分为“康涅狄格”号可能受损的部分(图片来源:央视金沙乐娱app下载)

大家可能会问:既然潜艇拥有如此先进的导航定位和避碰技术,为什么时不时地还会发生潜艇与水面舰船、潜艇与潜艇、甚至潜艇与海底海山相撞的事故呢?

今天,我们接着说一说危及潜艇水下航行安全的“危险因素”。

“海深路窄”,潜艇航行安全深度受限

潜艇,特别是核潜艇,身量大、水下活动空间有限、海底地形地貌以及潜艇在其中活动的水体复杂多变,动辄长度上百米、水下排水量上万吨、潜航速度可达30多节的核攻击潜艇要实现安全航行确实难度不小。

有数据显示,世界四大洋的平均深度,太平洋为4000米左右、大西洋为3600米左右、印度洋为3800米左右、北冰洋为1200米左右。这么大的水深,是不是潜艇就可以在其中“五洋捉鳖”任意驰骋呢?

实际上,和大家的直觉矛盾的是,海洋水很深,潜艇水下航行区域却很狭小。可以说,潜艇在大洋中的活动空间很憋屈。

潜艇水下航行的海洋区间以深度来表示,通常分为潜望镜深度、工作深度和极限深度。

潜望镜深度一般为10米左右。潜艇的潜望镜升起并露出水面,可对海面、空中进行雷达、目力观察、侦察和通信。但潜艇的隐蔽性和安全性差,极易被对手发现和跟踪,或与海面船只、水中渔网等发生碰撞、绞缠等事故。

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弗吉尼亚级核潜艇“印第安纳”号(图片来源:中国国防报)

极限深度是潜艇耐压艇体不发生永久性变形、潜艇最大安全下潜深度。根据各国潜艇性能不同,基本保持在300~600米。潜艇通常在试验或危急情况下在此深度作短时间停留,若长时间处于极限深度,航行中操纵稍有不当,部分艇体超过极限水深的话,外界海水压力就可能压破艇体的薄弱部位进入艇内,严重时可导致潜艇沉没。

工作深度是潜艇可以长时间安全航行和进行鱼雷导弹发射等的深度。为防止被卫星、反潜巡逻机等发现,并避免与吃水达20~30米深超级油轮、渔船水中拖网等发生碰撞,常规潜艇通常选择60~100米左右、核潜艇通常选择100~300米左水深作为安全工作水深。

目前,在潜艇艇身长度上,常规潜艇通常为80米左右、攻击核潜艇100米左右、战略核潜艇150米左右。潜艇的安全工作水深理论上只有高度为60~300米的水下空间,即常规潜艇只能在其艇身长3倍左右、核潜艇在其艇身长2倍左右的水下空间活动。

看似广阔无垠、深不见底的远海大洋,潜艇的可航空间相对来说真的十分有限,只有接近于海洋表面非常浅的一段水层。

碰撞诱因多,潜艇水下航行困难重重

海洋很辽阔,潜艇水下航行环境却很危险。“天高任鸟飞、海阔凭鱼跃”的描述通常不适合水下航行的潜艇。

除了潜艇航行安全深度的限制外,海底地形、水体运动和水下运动物体等都对潜艇航行安全有较大的影响、限制和危险。勇闯“水下迷宫”的潜艇,可以说是“危险处处存在、意外步步惊心”。

首先,海底地形非常复杂多变。

可以说,陆地上有的地形地貌海底下都有,海底上有的地形地貌陆地上不一定有。海底通常的地形地貌有海坡、海沟、海谷、阶地、盆地、海山、海丘、海底峡谷、洋中脊、洼地、海底平原和扇形堆积体等等。海底地形地貌越复杂,海流、潮汐的变化就越大、水下航行环境就越恶劣,潜艇航行的安全性越低。

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海底复杂地形地貌示意图

(图片来源:https://www.maritimeherald.com/2018/secret-pictures-of-the-deep-sea-finally-revealed/)

如潜艇在海底峡谷中航行时,峡谷中海流的流速如过大,则容易将潜艇压向岸壁或礁石。这还没算上因火山、海啸和人工建设等引起的海底地形突变对潜艇航行的影响。

其次,海水水体变化十分迅速复杂。

海水时刻处于不停地流动变化之中,不同时间、不同深度、不同海域和不同海底地形地貌情况下的海水水体流动变化极不相同。如狭水道中海流速度会变大大、陡峭岸壁处潮汐变化会更加明显,海沟、海山附近会有吸力极强的涡流(海底漩涡)存在。

当水下航行的潜艇从海流平稳处突然进入变化较大的水域时,操纵不当或应变不及时就可能发生倾斜、颠簸、航向突变,甚至与礁石、岩壁撞击或触碰海底等事故。

另外,海水密度突变会使潜艇产生致命性的“掉深”事故。

由于不同区域海水盐分、温度等不同,海水的密度随着深度的增加并不总是呈现均匀分布状态。当海水的密度随深度的增加突然改变时,就会在垂直方向上产生密度跃层。当跃层上部海水密度小于下部海水密度时,海水浮力由上至下急剧加大,上下层之间就会形成一个屏障,潜艇就会有触碰海底的感觉。

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密度跃层示意图(图片来源:参考文献1)

虽然人们形象地将这种跃层称为“柔软的液体海底”,但是,如果跃层上部海水密度大于下部海水密度时,就会形成负梯度密度跃变层,海水浮力由上至下急剧减小,潜艇将会急剧掉向海底(即掉深),如果不能及时迅速控制住掉深,潜艇下降到极限深度便会艇毁人亡。

碰撞诱因多,未来仍难避免水下撞碰

除开上述分析的可能引发潜艇碰撞的因素外,更新迟延的海底海图、毫无征兆的地形突变、操作不当的导航定位、针锋相对的水声对抗、量身定制的反潜障碍和狭路相逢的运动物体等,都有可能与水下航行的潜艇来一次“亲密接触”,撞坏艇体、仪器,伤及人员,甚至造成艇毁人亡、核泄漏等无法挽回的损失。

值得注意的是,在潜艇的工作水深区间内,也正是浮动的水下冰山、成群游动的鲸鱼、越来越多的无人潜航器等密集活动的水下空间。

已有的统计数据分析显示,核潜艇绝对数量较多、航行批次较多的海域,发生水下碰撞的几率相对要高。比如,冷战时期,苏联的巴伦支海曾是发生核潜艇碰撞几率最高的海域。

而在未来,随着多国核潜艇数量和水下活动的增加,越来越多的核常潜艇在只有自身长度2~3倍左右高度的水下空间活动,潜艇之间、潜艇与其他运动物体和水下固定物体间发生碰撞的可能性依然存在。

特别是核潜艇发生碰撞的概率,某种情况下还会有所升高。在这种情况下,除了核潜艇的失事风险可能加大之外,发生水下核泄漏的可能性也有可能将增大。

因此,为了全球和平发展、为了周边国家人民的安全,对于潜艇的使用中可能出现的各种事故,更应提高警惕、提前防范。


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