潜艇在水下与陆地是怎样通信的（海阔凭鱼跃只是潜艇水下航行的美好想象）

潜艇在水下与陆地是怎样通信的（海阔凭鱼跃只是潜艇水下航行的美好想象）“海深路窄”，潜艇航行安全深度受限今天，我们接着说一说危及潜艇水下航行安全的“危险因素”。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。红色部分为“康涅狄格”号可能受损的部分（图片来源：央视新闻）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？

出品：科普中国

制作：大晖

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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。

红色部分为“康涅狄格”号可能受损的部分（图片来源：央视新闻）

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，大平洋为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。

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。

△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。

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。

参考文献：

（1）张建华 黄海峰 胡坤 刘广旭.密度跃层对潜艇操纵运动的影响及应对措施研究[J].兵器装备工程学报 2021 42(04):118-122.