外军军史▏美国海军潜艇的北极冰下导航（下）

美国“鲟鱼”级攻击核潜艇

⒎ 1970年Hammerhead号惯导失效后的航行潜艇Skate、Sargo和Seadragon(1958～1962年)北极航行所获得的经验和知识，指导了Sturgeon(637)(“鲟鱼”)级潜艇的装备开发和艇只设计。1967年以来，这艘具有设计的极区航行能力的潜艇，被美国海军用来继续探索北冰洋。1967年以来的多次潜艇探险中，有次航行对讨论潜艇极区导航及操纵有特殊意义。这次探险中惯导失效了，对这次失败的探讨可以说明目前的冰下导航系统。1970年秋天， 美国海军核潜艇Hammerhead(“槌头双髻鲨”)(SSN-663)在Powell F.Carter艇长的指挥下，从Virginia的Norfolk启程，向北航行到Labrador海，穿过Davis海峡和Baffin Bay到KaneBasin和Kennedy Channel的狭水道中。Hammerhead上加装的海冰规避声纳是从1960年Sargo试验性声纳开发而来，引导Hammerhead穿越Baffin Bay中的众多冰山。艇上装备了舰载惯导系统(SINS)，该系统根据Nautilus和Skate第一次北极航行(1958年)加装的N6A自动导航仪开发而来，与N6A的原理基本相同。此外，截至到1970年潜艇上都装备了导航卫星(Navsat)接收机，即用来接收导航卫星发射的信号，并在接收端计算出地理位置。卫星星历给出了任何区域上空可以观测到某颗卫星的时间。通过Navsat可以很快获得舰位，其误差圆的不确定度为0.2nmile。除了高纬度某些时候，视野中经常看到不止一颗卫星，这造成了干扰并破坏了任何观测。12月初，在Kane Basin以北，Hammerhead上的舰载惯导系统经历了一次海上无法修复的计算机内存系统故障，不仅使舰载惯导系统无法运转，也使Navsat系统没法使用，因为计算机也用来解算卫星信号所示的位置。因此，有必要退回到原来航行到极点的老办法--陀螺罗经、速度计和(或)螺旋桨转数、天文钟和天文观测(像1931年和1957年的Nautilus)。所幸Hammerhead装有一种Ⅲ型潜望镜六分仪(固定光学)，通过它可以在任何方位观测星体的高度，不再使用不那么精确的气泡六分仪。又所幸每次上浮时，天空足够明晰而可以天文定位(航向极点时外面一片黑暗)。舰载惯导系统失效后的23天内，观测到了336条天文位置线。例如，有一次典型的位置确定中，观测了14条天文位置线，算得的误差圆为2nmile甚至更低(通过观测值的散布来判定)，最小的圆大约1.4nmile。每天通过天文观测进行定位，这些舰位之间，通过Mark19陀螺罗经引航，并利用螺旋桨转数推算距离。纬度88°20′N处，将Mark19罗经切换到方位仪(自由陀螺)模式并假定其漂移速率为某一常值，以此引导潜艇沿直线航迹驶向北极点。11月19日，Hammerhead抵达90°N处，11月20日整天呆在水面。在此24h之内，观测了很多星体，以确保将航向设在从北极点出发的某条已知经线上，位置误差圆小于2nmile。Mark19陀螺的漂移速率确定为0.71°/h，这是个令人满意的低速率。Hammerhead从极点开始沿着预定的120°经线南行，11月21日晚间在接近87°N的地方冲破14英寸(36cm)的冬季坚硬浮冰层上浮。通过一系列的星体观测确定了3nmile以内的位置精度，从极点驶离的累计误差显示为6.6°，此处关闭了处于方位仪模式的Mark19罗经，将其轴转到对准由Arcturus星方位观测所确定的真北，然后重启并切换回寻北模式。观测该罗经并与星体观测的结果进行比对，直到确信其已能稳定地对准真北，误差或未对准率是偏西0.2°。Hammerhead继续南行，直接穿越Nares Strait的狭水道到达Baffin Bay，并于1970年12月7日返回Norfolk。Hammerhead的探险，是采用航海罗经、六分仪和星体、螺旋桨转数及天文中的传统方法，前往北极点和从北极点返回的绝好示范。

⒏ 1970年皇后鱼号的北极航行曾任美国核潜艇指挥官的麦凯伦撰写、亚拉巴马大学出版社出版的秘密航行回忆录《未名水域》，叙述了1970年美国核潜艇“皇后鱼”号的北极之行。“皇后鱼”是在北极浮冰下潜航的先驱者，是当时第一艘巨型潜艇，是美国专为在极地的全年军事行动而设计。美国这样是为了秘密准备北极潜艇军事行动，并在军事竞赛中不输给苏联。“皇后鱼”拥有一套先进专业声学传动装置，以帮助其“看清”浮冰下的世界。例如，潜艇有一套特殊传感器，用于发现海底冰山。从船首到船尾，它共有7件声敏组件以帮助工作人员判断冰山的厚度。在麦凯伦的指挥下，“皇后鱼”在冰下隐秘而安静地穿梭着。为了寻找潜艇航行的安全路线，它要绘制上千英里(1英里约合1.6km)的海床地图，而这些海床是以前地图上从未标明的。为了执行任务，它还不得不在浅水区和冰层之间游荡，或深入100多英尺(1英尺约合0.3m)的海底。这给潜艇本身和117名工作人员的生命带来了极大威胁。另外，潜艇还有被严寒冻在水下的危险，在这个“冰冻坟墓”里既没有出路，也没有食物和其他供给品的援助，只能等待救援。“皇后鱼”曾一度滑向死亡的边缘，救援工作持续了1h，潜艇才从”冰冻坟墓”中被解救出来。“皇后鱼”被拿掉了所有可以证明身份的标识并载满鱼雷，于1970年8月5日抵达北极。然后潜艇驶向西伯利亚大陆架，开始了它的侦察之旅。但绘制海底地图的任务时差点遇险。当时，船员们正在看电影，一名传令兵拍着麦凯伦的背小声地说，潜艇要搁浅了。他在书中写到：“我的心几乎要跳了出来，我跑向控制室的后舱口，看到冰山侦查器上满是从四面八方发来的冰山海面反射讯号。”麦凯伦命令所有船员都动起来，他和其他的看守人员则跑向了螺旋推进器、方向舵和船尾，以使“皇后鱼”缓慢后退。最终，潜艇驶入深海区，全体船员“长长地舒了一口气”。两个月的航行过去，潜艇最终到达阿拉斯加的诺母镇。

⒐ 1979年鲷鱼号的北极航行美国的两位作家谢里·桑塔格和克里斯·塔夫·德鲁合写了一本书，书名叫《瞎子的伎俩》。书中首次披露了冷战时期美国海军所进行的大量秘密间谍活动。书中描述了1979年美国核攻击潜艇“绸鱼”(Parche)号在苏联海底深处通过苏联海底通信电缆窃取其军事情报的内幕。1979年深冬的一天，美国核攻击潜艇“绸鱼”号在美国总统吉米·卡特的授意下悄悄地载着一小组通信专家，从北冰洋厚厚的冰层下驶入巴伦支海。他们就象是一群“海底幽灵”。他们首先利用一部远距离摄像机，找到了一条连接苏联北方舰队司令部所在地莫尔斯克港至苏联北方舰队某主要基地的军事通信电缆，然后将潜艇悄悄地坐沉在海底，几名潜员和专家钻出潜艇，将一种特殊设计的窃听录音装置接在电缆上。这条电缆是专家们足足花了两个星期才从数百条线路中挑选出的可录音的线路。“鲷鱼”号潜艇在苏联军事通信电缆上安装的先进窃听装置，向美国中央情报局和国家保密局提供了大量十分有价值的苏联军事情报。美国也因此搞到有关苏联海军进行未来核战争的详细计划，知道苏联不会首先实施核攻击。直到1981年下半年，苏联才破获了这一窃听装置，停止使用被窃听的电缆，断掉了美国政府“最宝贵的财富来源”。

10.1999年Hawksbill穿越北极的考察1999年3月18日，“鲟鱼”级核动力攻击潜艇“玳瑁”号从母港夏威夷州珍珠港出发，一周后(3月25日)经过阿留申群岛，于白令海中央潜入冰下，开始执行为时8周、具有历史意义的北冰洋研究任务。“玳瑁”号潜艇是潜航北冰洋的老手，专门装备了一批新型传感器与系统，大大增强了在冰下安全活动、绘制北冰洋海床地图、搜集科学资料与样品的能力。一套新式的海底特征化与测绘吊舱(SCAMP)系统使“玳瑁”号能记录北冰洋数量空前的三维等深数据。同时，艇上的剖面记录仪搜集了深达海床下200m的海底下痕迹。在向北冰洋潜航的航渡中，“玳瑁”号的艇员面临着北冰洋冬季充满挑战的条件，这些条件与该潜艇26年前(1973年)首次北极之行时所遇到的相同。自1958年美国核动力潜艇“鹦鹉螺”号首次潜航穿越北极点以来，美国潜艇极少在冬末白令海被坚冰封盖时航渡白令海以北较浅的通道。“玳瑁”号缓缓向北航行，海水迅速变浅，平均深度只剩160英尺。艇上方厚厚的冰层使活动条件变得复杂化。有好几次，潜艇前视测冰声纳突然发现迹象，前方800码左右处有巨大的冰峰，有时冰基深入水下100英尺深。潜艇通常在125英尺深度航行，这时艇长下令潜艇贴近洋底航行，艇底与洋底仅离开20～30英尺。潜艇从艇底到指挥室围壳顶部的高度为30英尺，有时冰盖层在它上方20英尺甚至更近处漂过。楚科奇海中条件恶化了，冰墙挡往了潜艇的去路，需要巧妙的水下航行，所有控制装置的操纵都要非常轻柔。整个航渡期间，有2个值勤小组轮流执勤在主控制室中，艇上值日军官和导航员得到杰弗里·戈塞特和兰迪·雷两位专家的协助。戈塞特是北冰洋潜艇实验室作业主任，是一位已有21次冰下航行经历的老手，他和雷一起坐镇在艇上进行指导，担任潜艇北冰洋行动的冰区引航员，有多年在北冰洋遥远和不熟悉地区潜航的经历，提出的忠告和建议非常宝贵。“玳瑁”号寻求保持零浮力，但北冰洋的海水密度差(因淡水造成)和不同深度的不寻常温差影响了潜艇的机动性。尽管这些差别影响潜艇的平衡，但在每个值日组中担任“值勤长”的久经考验的军士长通过使潜艇保持在零浮力，协助了对潜艇的控制。为了让艇上的测冰声纳正常工作，并为了避免擦到海底或顶上的冰块，潜艇深度必须严格保持在上下误差不超过1英尺和沉浮偏差角为“零度”，潜艇慢慢潜人冰下时水平舵不能有任何偏差。为了避开冰峰，找到穿越或绕过冰峰的通道，在频繁甚至有时是剧烈的机动运动中，年轻的操舵士兵和水平舵操舵兵不得不自始至终精确地控制好潜艇的深度。随着潜艇谨慎、稳步地向北航行，总值日军官全神贯注地盯着冰块规避声纳上的读数，频繁地向操舵士兵发出命令，让潜艇迁回穿行于“冰龙骨”(毫无规则地、深度差别很大地向冰下伸展的磋峨的巨型冰峰)组成的迷宫之中。“玳瑁”号的导航小组认真地测绘潜艇有时迁回曲折的路线上的一个个位置，下潜值日军官仔细地监控着龙骨下面的水深。从潜艇于3月25日在白令海潜人冰下到它在应用物理实验室冰站浮上水面之前，导航小组一直没有机会获得导航定位。控制潜艇声纳设备的军士们始终担任着潜艇的“耳目”。在整个航渡中，“玳瑁”号的OD-161型高频声纳持续不断工作，测量冰的吃水(冰伸到海平面以下的深度)。读数以电子方式记录在艇上的数字冰剖面测定系统和硬拷贝的模拟记录卷上。一名军士不停地监控着关于上方冰貌的读数，以便一旦有紧急情况，潜艇能够立即从敞开的水面浮出水面或撞破薄冰浮出水面。在楚科奇海中，导航与安全处理潜艇的能力被北冰洋之行开始时发给“玳瑁”号的海图上的数据奇缺弄得复杂化了。与这个世界大洋中其他部分不同的是，北极海盆一直没有综合性的海洋测绘图。意外在所难免，“海图上标着在200噚时海底非常平坦”斯托纳说，“当我们通过那里时，深度陡降到1300噚--条非常深的海沟，而图上没有标出来!”“玳瑁”号的海底特征化与测绘吊舱系统记录下来的这种宝贵的观察结果与测量数据，将用来更新该地区的海图。4月3日，到达北冰洋浮冰上的一个称作应用物理实验室莱昂冰站的临时小营地，接上科考人员后再次下潜，向北航行进行科学考察，5月3日从北极点浮出冰层，从而成为20世纪在北极点浮上水面的最后一艘美国潜艇。“玳瑁”号再次潜入北冰洋洋面下，又进行了2周时间的SCICEX-99研究。然后离开北冰洋的冰下，驶入娜威海，访问英格兰港和佛罗里达港后，向西驶回母港。“玳瑁”号作为水下研究平台的独特能力与取得的成就受到SCICEX研究人员和海军高级官员的赞扬。过去，北冰洋研究是从破冰船、飞机或北冰洋冰上营地出发实施的，因而考察范围相当有限。而核潜艇可以自主地驶到北冰洋海盆中凡深度允许的任何地方进行活动，核潜艇的速度、稳定性和天然的安静性使其成为理想的科学研究仪器。美海军研究办公室主任保罗·加夫尼少将的结论是：“核潜艇的能力使通过SCICEX计划获得的关于北冰洋的科学知识发生指数式的增长。”

11.美军潜艇近期的穿极活动美国海军，更小范围内的英国海军，在北冰洋永久杯盖之下巡逻时所采集的水深数据，开始于1957年。这些数据被存储在一个保密数据库中，但是1997年被允许公布1957～1982年间 26次任务所采集的接近24000个水深数据。随后，1983～1988年22次任务所采集的水深数据也被批准公布，这些数据中只有14000个左右是现代的数字形式。其余的部分将按计划被数字化。除了提供历史数据之外，美国海军通过它的科学冰演练(SCICEX)项目支持了非保密的制图行动，在1993～1999年间6次冰下任务中沿着52000nmile的航迹中采集了52000个水深数据。与潜艇数据集相结合，这些最近的水深数据已作为北冰洋中部的IBCAO的主要数据来源。还有一些现在刚解密的美国核潜艇1993～2005之间北极巡航所获得的水深数据。这些数据提供了在几个很少制图的区域的水深值，但是仅部分地用于加拿大海盆2011年3月，美国海军在北冰洋高调进行潜艇演习。五角大楼审计长罗伯特·黑尔、海军部长雷·马伯斯及其他重要人物本月冒着零度以下的严寒，到访距阿拉斯加普拉德霍湾以北约150英里处的临时营地。两艘美国核潜艇正在那里进行军事演习。此次演习将训练美国潜艇艇员应对延伸至水下20～50英尺的冰底，以及在冰盖下影响通信及导航的不断变化的盐浓度，测试雷神公司的新信息系统。海军军官还利用此次机会测试“新罕布什尔”号等艇上的新装备及其在北极冰水中的表现。“新罕布什尔”号是第二艘参加演习的新“弗吉尼亚”级潜艇。潜艇艇员将演练直接通过厚厚的冰层或在附近的无遮盖水域将8000吨的潜艇浮上水面，并学习如何避免碰上其他船只。据中国国防科技信息网报道，美国海军2月24日发布了更新的北极路线图，以对未来15年海军部队在北冰洋的行动做准备。认识到在北极恶劣环境下行动所固有的风险和挑战，北极路线图的实施计划强调：提高研发投入，以更好地掌握长期气候变化和提高短期天气预测能力；为支持精确的海图，对海底测绘作出努力；开发在北极水域航行需要的标准辅助工具；评估未来岸上基础设施的需求；并评估北极行动的后勤保障能力的需求。

12.俄罗斯和英国海军潜艇的北极活动鉴于北极的军事战略意义，1962年6月，前苏联潜艇Leninskiy Komsomol巡航到北极点，苏联海军冷战时的主要任务之一，就是确保己方核潜艇能在北极冰层的掩护下向美国发射核导弹。“台风”是俄罗斯海军第3代核动力弹道导弹潜艇，具有一系列适于在北极冰层下活动的结构特点：储备浮力大，艇体结构坚固，很容易破冰而出发射导弹。譬如“台风”浑圆的舰体及短胖的帆罩使它有3米的破冰能力，其设计作战目标就是为了对付美国。1995年8月，俄罗斯利用这种潜艇在北极冰下进行了SS-N-20导弹发射试验。2006年9月9日，俄667型“海豚”级战略核潜艇在北冰洋水域发射了一枚PCM-54洲际导弹，导弹飞行距离设定为2600km(伊万诺夫说:“这对洲际导弹来说是最短的距离”，伊万诺夫还说:“在北极，纬度和经度属于相对概念，从那里测定靶场目标使演习变得更为困难”)，其携带的3枚弹头均摧毁了俄罗斯西北端靶场的预定目标，这是俄罗斯战略核潜艇11年来首次从北冰洋发射洲际导弹。2007年俄罗斯决定将所有的3艘“北风之神”级核潜艇放到正在筹建中的堪察加基地，建成之后，当今世界上最先进的潜艇之--新一代955最新型北风之神级导弹核潜艇“尤里·多尔戈鲁基”号将首先部署到那里。随后，另外两艘正在建设中的核潜艇“亚历山大·涅夫斯基”号和“弗拉基米尔·莫诺马赫”号也将被部署到新的核潜艇基地。这3艘核潜艇每艘潜艇将装配12枚“圆锤”弹道导弹，每枚导弹可携带10枚分导核弹头，射程超过8000km。冷战期间，英国和美国的攻击型核潜艇频繁出人北冰洋，考察海底地貌，为未来的作战做淮备。在20世纪80年代，苏联和英美的核潜艇经常在北冰洋海底“擦肩而过”，甚至发生过碰撞事故。英军潜艇Dreadnought(S-101)1971年、Sovereign(S-108)1976年先后两次抵达北极点。2007年3月21日，英美海军深入北冰洋水域联合举行了代号“2007·冰”的秘密演习，因为英国皇家海军“不懈”号核攻击潜艇发生爆炸事件，才让这场秘密演习曝光在公众视野之下。

13.结束语若要用潜艇探险北冰洋，必须开发一种冰下引水和导航的技术。需采用一种引水技术使潜艇在冰盖之下安全航行，穿过吃水很深而可能破坏冰下航道的冰障，同时可以使潜艇破冰而出；还需一种必要的导航技术，来在无法进行天文导航或无线电辅助导航的冰下确定潜艇的地理位置。目前冰下导航的主流方法就是借助一套惯导系统，同时观测导航卫星不时进行位置检核或更新。惯导系统的开发持续改善了陀螺因素、固定平台和加速度计的稳定性。陀螺罗经和Omega系统提供了备份的导航能力。经验显示，最关键的是有多套导航系统，特别是有两套独立的惯导系统。除了那些浮冰站所在区域的补充信息，北冰洋的海底地形图是将潜艇所采集到的水深数据进行最大部分的综合而得。精度对于潜艇冰下导航非常必要，北冰洋的很多区域仍然没有海图，对此要由潜艇或浮冰站花费多年采集数据才能完成。除了丰富导航和海图信息之外，还需要一种引航技术使潜艇下潜并在冰下航行。该技术就是一种声纳系统，可以精确地测量距离海底的距离、与上部海冰的距离、海冰吃水、通过扫描来描述潜艇前方海冰，利用这种系统来规避海冰障碍并引导潜艇在冰盖下安全航行。

俄罗斯“北风之神”级核潜艇

■本文作者：温朝江 陈秋 汪志军 卞鸿巍 刘文超。第一作者介绍：温朝江，1985年出生，男，博士研究生，主要从事极区导航研究。本文来源于《中国测绘地理信息学会海洋测绘专业委员会第二十七届海洋测绘综合性学术研讨会论文集》，版权归《海洋测绘》所有。考虑到文章较长，分上、下篇编发，本文为上篇。其他平台如要转载，请备注作者与出处。

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