“海闊憑魚(yú)躍”，只是潛艇水下航行的美好想象

出品：科普中國(guó)

制作：大暉

監(jiān)制：中國(guó)科學(xué)院計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息中心

2021年10月2日，美國(guó)“海狼”級(jí)攻擊型核潛艇“康涅狄格”號(hào)發(fā)生了水下碰撞事故。

除了聲納系統(tǒng)，現(xiàn)代潛艇還依靠多種系統(tǒng)相互補(bǔ)充與印證，確保水下的潛艇在既定航向、深度安全航行。

紅色部分為“康涅狄格”號(hào)可能受損的部分（圖片來(lái)源：央視新聞）

大家可能會(huì)問(wèn)：既然潛艇擁有如此先進(jìn)的導(dǎo)航定位和避碰技術(shù)，為什么時(shí)不時(shí)地還會(huì)發(fā)生潛艇與水面艦船、潛艇與潛艇、甚至潛艇與海底海山相撞的事故呢？

今天，我們接著說(shuō)一說(shuō)危及潛艇水下航行安全的“危險(xiǎn)因素”。

“海深路窄”，潛艇航行安全深度受限

潛艇，特別是核潛艇，身量大、水下活動(dòng)空間有限、海底地形地貌以及潛艇在其中活動(dòng)的水體復(fù)雜多變，動(dòng)輒長(zhǎng)度上百米、水下排水量上萬(wàn)噸、潛航速度可達(dá)30多節(jié)的核攻擊潛艇要實(shí)現(xiàn)安全航行確實(shí)難度不小。

有數(shù)據(jù)顯示，世界四大洋的平均深度，太平洋為4000米左右、大西洋為3600米左右、印度洋為3800米左右、北冰洋為1200米左右。這么大的水深，是不是潛艇就可以在其中“五洋捉鱉”任意馳騁呢？

實(shí)際上，和大家的直覺(jué)矛盾的是，海洋水很深，潛艇水下航行區(qū)域卻很狹小?？梢哉f(shuō)，潛艇在大洋中的活動(dòng)空間很憋屈。

潛艇水下航行的海洋區(qū)間以深度來(lái)表示，通常分為潛望鏡深度、工作深度和極限深度。

潛望鏡深度一般為10米左右。潛艇的潛望鏡升起并露出水面，可對(duì)海面、空中進(jìn)行雷達(dá)、目力觀察、偵察和通信。但潛艇的隱蔽性和安全性差，極易被對(duì)手發(fā)現(xiàn)和跟蹤，或與海面船只、水中漁網(wǎng)等發(fā)生碰撞、絞纏等事故。

弗吉尼亞級(jí)核潛艇“印第安納”號(hào)（圖片來(lái)源：中國(guó)國(guó)防報(bào)）

極限深度是潛艇耐壓艇體不發(fā)生永久性變形、潛艇最大安全下潛深度。根據(jù)各國(guó)潛艇性能不同，基本保持在300～600米。潛艇通常在試驗(yàn)或危急情況下在此深度作短時(shí)間停留，若長(zhǎng)時(shí)間處于極限深度,航行中操縱稍有不當(dāng)，部分艇體超過(guò)極限水深的話(huà)，外界海水壓力就可能壓破艇體的薄弱部位進(jìn)入艇內(nèi)，嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致潛艇沉沒(méi)。

工作深度是潛艇可以長(zhǎng)時(shí)間安全航行和進(jìn)行魚(yú)雷導(dǎo)彈發(fā)射等的深度。為防止被衛(wèi)星、反潛巡邏機(jī)等發(fā)現(xiàn)，并避免與吃水達(dá)20～30米深超級(jí)油輪、漁船水中拖網(wǎng)等發(fā)生碰撞，常規(guī)潛艇通常選擇60～100米左右、核潛艇通常選擇100～300米左水深作為安全工作水深。

目前，在潛艇艇身長(zhǎng)度上，常規(guī)潛艇通常為80米左右、攻擊核潛艇100米左右、戰(zhàn)略核潛艇150米左右。潛艇的安全工作水深理論上只有高度為60～300米的水下空間，即常規(guī)潛艇只能在其艇身長(zhǎng)3倍左右、核潛艇在其艇身長(zhǎng)2倍左右的水下空間活動(dòng)。

看似廣闊無(wú)垠、深不見(jiàn)底的遠(yuǎn)海大洋，潛艇的可航空間相對(duì)來(lái)說(shuō)真的十分有限，只有接近于海洋表面非常淺的一段水層。

碰撞誘因多，潛艇水下航行困難重重

海洋很遼闊，潛艇水下航行環(huán)境卻很危險(xiǎn)?！疤旄呷硒B(niǎo)飛、海闊憑魚(yú)躍”的描述通常不適合水下航行的潛艇。

除了潛艇航行安全深度的限制外，海底地形、水體運(yùn)動(dòng)和水下運(yùn)動(dòng)物體等都對(duì)潛艇航行安全有較大的影響、限制和危險(xiǎn)。勇闖“水下迷宮”的潛艇，可以說(shuō)是“危險(xiǎn)處處存在、意外步步驚心”。

首先，海底地形非常復(fù)雜多變。

可以說(shuō)，陸地上有的地形地貌海底下都有，海底上有的地形地貌陸地上不一定有。海底通常的地形地貌有海坡、海溝、海谷、階地、盆地、海山、海丘、海底峽谷、洋中脊、洼地、海底平原和扇形堆積體等等。海底地形地貌越復(fù)雜，海流、潮汐的變化就越大、水下航行環(huán)境就越惡劣，潛艇航行的安全性越低。

海底復(fù)雜地形地貌示意圖

（圖片來(lái)源：https://www.maritimeherald.com/2018/secret-pictures-of-the-deep-sea-finally-revealed/）

如潛艇在海底峽谷中航行時(shí)，峽谷中海流的流速如過(guò)大，則容易將潛艇壓向岸壁或礁石。這還沒(méi)算上因火山、海嘯和人工建設(shè)等引起的海底地形突變對(duì)潛艇航行的影響。

其次，海水水體變化十分迅速?gòu)?fù)雜。

海水時(shí)刻處于不停地流動(dòng)變化之中，不同時(shí)間、不同深度、不同海域和不同海底地形地貌情況下的海水水體流動(dòng)變化極不相同。如狹水道中海流速度會(huì)變大大、陡峭岸壁處潮汐變化會(huì)更加明顯，海溝、海山附近會(huì)有吸力極強(qiáng)的渦流（海底漩渦）存在。

當(dāng)水下航行的潛艇從海流平穩(wěn)處突然進(jìn)入變化較大的水域時(shí)，操縱不當(dāng)或應(yīng)變不及時(shí)就可能發(fā)生傾斜、顛簸、航向突變，甚至與礁石、巖壁撞擊或觸碰海底等事故。

另外，海水密度突變會(huì)使?jié)撏Мa(chǎn)生致命性的“掉深”事故。

由于不同區(qū)域海水鹽分、溫度等不同，海水的密度隨著深度的增加并不總是呈現(xiàn)均勻分布狀態(tài)。當(dāng)海水的密度隨深度的增加突然改變時(shí)，就會(huì)在垂直方向上產(chǎn)生密度躍層。當(dāng)躍層上部海水密度小于下部海水密度時(shí)，海水浮力由上至下急劇加大，上下層之間就會(huì)形成一個(gè)屏障，潛艇就會(huì)有觸碰海底的感覺(jué)。

密度躍層示意圖（圖片來(lái)源：參考文獻(xiàn)1）

雖然人們形象地將這種躍層稱(chēng)為“柔軟的液體海底”，但是，如果躍層上部海水密度大于下部海水密度時(shí)，就會(huì)形成負(fù)梯度密度躍變層，海水浮力由上至下急劇減小，潛艇將會(huì)急劇掉向海底（即掉深），如果不能及時(shí)迅速控制住掉深，潛艇下降到極限深度便會(huì)艇毀人亡。

碰撞誘因多，未來(lái)仍難避免水下撞碰

除開(kāi)上述分析的可能引發(fā)潛艇碰撞的因素外，更新遲延的海底海圖、毫無(wú)征兆的地形突變、操作不當(dāng)?shù)膶?dǎo)航定位、針?shù)h相對(duì)的水聲對(duì)抗、量身定制的反潛障礙和狹路相逢的運(yùn)動(dòng)物體等，都有可能與水下航行的潛艇來(lái)一次“親密接觸”，撞壞艇體、儀器，傷及人員，甚至造成艇毀人亡、核泄漏等無(wú)法挽回的損失。

值得注意的是，在潛艇的工作水深區(qū)間內(nèi)，也正是浮動(dòng)的水下冰山、成群游動(dòng)的鯨魚(yú)、越來(lái)越多的無(wú)人潛航器等密集活動(dòng)的水下空間。

已有的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析顯示，核潛艇絕對(duì)數(shù)量較多、航行批次較多的海域，發(fā)生水下碰撞的幾率相對(duì)要高。比如，冷戰(zhàn)時(shí)期，蘇聯(lián)的巴倫支海曾是發(fā)生核潛艇碰撞幾率最高的海域。

而在未來(lái)，隨著多國(guó)核潛艇數(shù)量和水下活動(dòng)的增加，越來(lái)越多的核常潛艇在只有自身長(zhǎng)度2～3倍左右高度的水下空間活動(dòng)，潛艇之間、潛艇與其他運(yùn)動(dòng)物體和水下固定物體間發(fā)生碰撞的可能性依然存在。

特別是核潛艇發(fā)生碰撞的概率，某種情況下還會(huì)有所升高。在這種情況下，除了核潛艇的失事風(fēng)險(xiǎn)可能加大之外，發(fā)生水下核泄漏的可能性也有可能將增大。

因此，為了全球和平發(fā)展、為了周邊國(guó)家人民的安全，對(duì)于潛艇的使用中可能出現(xiàn)的各種事故，更應(yīng)提高警惕、提前防范。

參考文獻(xiàn)：

（1）張建華,黃海峰,胡坤,劉廣旭.密度躍層對(duì)潛艇操縱運(yùn)動(dòng)的影響及應(yīng)對(duì)措施研究[J].兵器裝備工程學(xué)報(bào),2021,42(04):118-122.