如何打破潛艇不可追蹤的神話？

在現代化的戰爭兵器中，潛艇是最不易被仇敵發現的。所以，良多國度把一部門核彈頭裝載在潛艇上，以出其不料地沖擊仇敵來形當作核威懾。

潛艇之所以隱藏性好，一個主要的原因是電磁波旌旗燈號在水下衰減很快，是以不克不及用近似雷達的裝配來探尋它。事實上，為了跟地面聯絡，或者為了校正航標的目的，潛艇本身都要浮出水面才能領受電磁波旌旗燈號。

不是有聲納么？沒錯，今朝聲納是探測潛艇的常用手段。跟蝙蝠一樣，聲納操縱了超聲波反射的道理。按照海洋的分歧前提，聲納可以監聽15千米以內的潛艇。在這規模之外，監聽結果就不怎好了。但想一想，方圓15千米比起3億平方千米的年夜海，又算得了什么？此外，良多國度正在研制防聲納的“隱形潛艇”，一旦當作功，連聲納也將掉去用處。

但潛艇真是不成追蹤的嗎？不，科學家正在研究一些新的窺伺潛艇的手藝。在這些手藝面前，即使將來的隱形潛艇也難保不露行蹤。

存在“化石湍流”

早在暗斗期間，在聲納手藝掉隊的環境下，蘇聯曾摸索過另一種跟蹤潛艇的法子。這項手藝涉及識別潛艇的從頭至尾跡。這些從頭至尾跡是潛艇駛過之后，被攪動的海水上升到海面形當作的。蘇聯人聲稱，他們能按照這種從頭至尾跡，操縱艦載雷達或飛機，甚至衛星來跟蹤潛艇。

西方人最初對此深表思疑。沒錯，潛艇會在其死后留下被攪動的湍流，但按照那時科學界對湍流的理解，它們應該在幾分鐘之內就會消逝，或者跟其他的水流歸并，變得難以識別。試想一下，把你的手放在浴缸里攪動幾下，發生的湍流莫非不是分化當作越來越小的水流，最終會消逝不見么？

不外，在任何環境下都是如許嗎？有沒有相反的環境呢？這在理論上倒是一個持久懸而未決的問題，因為固然像蜂蜜如許濃稠的流體流動時，科學家可以展望它發生的湍流，但一旦涉及較少粘性的流體（好比水）時，湍流就變得不成展望了。

到了20宿世紀60年月，相反環境的存在終于在嘗試室獲得證實。一位叫卡爾·吉布森的美國海洋學家在研究風洞、水洞以及潮汐中形當作的湍流時，發現了一種“化石湍流”。所謂“化石湍流”，是一種形象的說法，意指那種能存在時候很長，以至于能像化石一樣記實曩昔發生的事務的湍流。這種湍流是幾股小湍流歸并，一級級放年夜到必然規模之后形當作的。

隨后，科學家在電腦模擬中，也證實了其存在。

從頭至尾跡露行蹤

但在嘗試室之外是不是存在？為了弄清這個問題，2002年，吉布森加入了一個情況項目，該項目研究某海灣燒毀管道對水流的影響。

研究人員在水下擺設了一系列的傳感器，來測量水在XYZ三個偏向的流速。用這些數據，吉布森描畫出分歧位置的湍流。他發現，傳感器檢測到一些湍流，它們在上升到概況時規模會變得越來越年夜。

然后，他闡發了海洋的衛星照片，試圖尋找洋面亮度的細小轉變。盡管管子鋪設在水下70米深處，但在衛星照片上他仍是不雅察到了洋面亮度的異常，并且異常的位置與傳感器記實的位置剛好合適。此外，他搭乘飛機在離海面12千米的高空，也不雅察到了這些湍流的陳跡。這一切意味著“化石湍流”在天然界是真實存在的。

當然，潛艇在水下年夜約300米甚至更深處勾當，遠比那些管道深，但潛艇體積復雜，所以吉布森認為，他的結論外推到水下300米的潛艇應該也不會有問題。據他估量，一艘潛艇所發生的“化石湍流”可持續良多天。

這項研究告訴那些正在制造潛艇的人，應該設法削減潛艇發生的從頭至尾跡，這個問題不解決，將來的隱形潛艇也一樣不平安。事實上，俄國人在這方面下了很年夜的功夫，好比他們在潛艇上裝備了渦旋衰減器和不會發生湍流的螺旋槳。

隨便插一句。既然潛艇的從頭至尾跡可表露其行蹤，但為什么除俄國外，當初沒有引起列國的正視呢？這生怕是這種從頭至尾跡不去出格注重，不輕易被發現的緣故吧。

德拜效應和磁場檢測

我們并不切當地知道，俄國人是否真的可以或許經由過程潛艇從頭至尾跡來跟蹤潛艇，可是無論若何，還有其他方式可以找到這些金屬龐然年夜物。

一種方式是探測海水的磁場轉變。我們都知道，海水的鹽度很高，水中消融了年夜量的鈉離子和氯離子，它們都帶有電荷。當有工具攪動海水時，因為離子的質量分歧，鈉離子和氯離子會以分歧的速度活動。我們知道，活動的電荷要發生磁場。原本，正負離子若以同樣的速度朝統一偏向活動，所發生的磁場會彼此抵消。此刻，盡管它們活動的偏向不異，但氯離子因為質量較年夜，活動得比鈉離子慢，所以磁場就不克不及抵消了。這種現象叫“德拜效應”，是荷蘭物理化學家德拜于20宿世紀30年月發現的。

盡管一艘潛艇在水中留下的磁場，跟著時候的推移會變得很是微弱，但也并非不成檢測。英美兩國的水兵今朝都在研究檢測微弱磁場的手藝。

“冷跡”與“熱跡”

此外還有另一個選擇，這取決于海水的另一個怪異的屬性：海洋中的水，因為溫度、密度分歧，是分層的。最上層的水溫度最高，密度最小。汽船、鯨魚和潛艇把水層攪拌之后，底下較冷的水就流標的目的了概況，并在概況留下“冷跡”。

我們知道，任何物體城市發出紅外線，溫度紛歧樣，發出的紅外線波長也紛歧樣。操縱這一點，紅外線可用于當作像。反映在圖像上，分歧溫度的處所，顏色也紛歧樣。

加拿年夜科學家開辟了一種紅外線當作像儀，用來追蹤在水下幾米深處勾當的便宜小型潛艇。這些便宜潛艇一般被毒品估客用于水下私運毒品。今朝，這種紅外線當作像儀已裝備了美國海岸保鑣隊。

當然，一旦潛艇處在水下數百米深處，這項手藝就鞭長莫及了。不外，對于窺伺核潛艇也許并非毫無但愿。

核潛艇需要從其反映堆中發散熱量，功率可達兆瓦。反映堆需要用海水冷卻，是以潛艇會在其死后留下年夜量熱水。這些熱水因密度較小而遲緩升至水面。一項研究表白，一艘核潛艇駛過的洋面，其溫度將比四周海水超出跨越差不多0.005℃，并且可以持續數小時。這種“熱跡”也可以經由過程紅外線當作像來探測。

當然，今朝的紅外線當作像儀只能檢測到最低至0.02℃的差別，但一條目可輕松檢測到0.001℃到0.005℃溫差的當作像儀已經在出產中了。

最后，跟著智能手藝的成長，人們已經研制出水下機械人。這些機械人造價低廉，可在海洋中年夜量投放。它們像水中的密探一樣，將讓潛艇防不堪防。

你瞧，這么多手藝正在打破潛艇不成追蹤的神話。

本文源自豪科技〈科學之謎〉 2017年第12期雜志文章