海洋军事▏潜艇水下通信技术揭秘

我们先从一个简单实验说起，手机信号是依靠电磁波传输，如果将手机用防水袋包裹好放入水中，信号便会顿然消失，可见电磁波在水中传输会受到极大限制。水下“龙宫”虽然美妙，但在水下如何与外界保持信息畅通一直是世界性难题，所以“龙宫飞鸿”成为各国长期探索研究的焦点。

水下激光通信

探秘“龙宫”

说起水下“龙宫”，奇妙的小鱼儿漫游在绚丽的珊瑚丛中，奇异可爱的贝类、海星、水母以及各种颜色的海草，在波浪涌动下翩翩起舞，构成五彩缤纷的美丽景象。可是我们知道，潜艇通常工作在15～500m下，通信方式主要分为潜对岸、岸对潜和潜对潜等几种。目前，世界各国广泛采用的甚高频和特高频通信方式，主要是用于潜对岸、飞机及水面舰船，而岸对潜通信方式则主要是采用甚低频和极低频，因为其他无线电频率电磁波在海水中衰减很快，无穿透海水能力。如果潜艇浮出水面伸出天线获取信号，不仅会限制其机动性，而且在反潜技术空前发展的今天，随时可对潜艇隐蔽性带来安全威胁。目前世界已被发现并运用的“龙宫飞鸿”手段有甚低频、极低频、蓝绿激光、中微子通信、卫星中继、高频以及声波等。由于海水是导电媒质，对电磁波具有很大的衰减作用，因而解决与潜航潜艇通信一直成为困扰各国的技术难题，从近些年军事强国研究发展看，完全理想的“龙宫飞鸿”方法还没出现，但相关领域核心项目已处于新技术革命的前夜。

水下对抗博弈

拉长电波 让电磁波穿透海水

“龙宫”世界，奥妙无穷，但要想探秘“龙宫”，首先必须解决“龙宫飞鸿”技术难题。世界海军史上，日本是最早使甚低频技术达到实用化的国家之一，早在1929年便建成了佐佐美通信站；第二次世界大战中，德国海军在马德堡建立了甚低频通信站；英国海军也相继在路格维建设起了发射频率为甚低频的通信站。上个世纪五十年代后期，弹道导弹核潜艇问世，为了尽可能提高自身隐蔽性，其通常在大深度游弋待令，甚低频电波的入水深度已无法满足通信要求。为解决这一难题，专家根据无线电波频率越低穿透海水深度越大的原理，提出了超低频通信方案。该方案用超低频波来激励大地与电离层间空腔产生谐振，使电波传播到全球并实现海水大深度 “龙宫飞鸿”，从此超低频系统为解决潜艇远洋隐蔽通信立下汗马功劳。据悉，自1985年5月起，美国已先后在太平洋舰队、地中海、西太平洋及北极冰盖条件下成功实施对潜超低频通信系统试验；继后，又相继建起多个超低频发射台并交付海军使用。目前，各军事强国在成功运用该项技术的过程中，一直在努力探索和实现新突破。

蓝绿激光在海水中衰减率低

蓝绿激光  打开信息传递之窗

阳光照射到宁静的水面，美不胜收。我们知道，海水呈现蓝绿的颜色，是因为海水吸收了光谱其他色光的缘故。早在20世纪70年代初，美国便率先发现了“海水窗口”，他们巧妙利用一定波长的蓝绿激光，可由卫星或飞机中继，为潜艇实现“龙宫飞鸿”开辟了崭新途径。外军试验表明，潜艇在水下700米深左右可接收到激光信号，而在多云的白昼及夜间则不到600米。在1984年一项试验中，战斗机携带功率1瓦的激光器发送每秒数千比特速率信息，被水下300余米的潜艇接收到，且接受时潜艇航速不受限制。可见，激光通信具有穿透海水能力强、数据传输水平高、方向性好、设备轻小且能够抗截获、不易受核辐射影响等特点，因而为对潜通信带来了新的希望。但同时，人们也发现了它的致命缺陷：必须借助高空飞行的卫星或飞机，一旦卫星和飞机被击毁，蓝绿激光通信系统即会瘫痪，且激光通信也难以达到“以点盖面”，所以各国又开始了对潜通信新的探索。

澳大利亚与美国联合研制的通信浮标系统

通信浮标  为潜艇戴上“助听器”

浮标通信技术，是指主要通过潜艇所携带的浮标实现对潜艇通信的系统。对潜信息发射平台位于岸上、卫星、飞机等，潜艇只在接受信息时才释放浮标。美、俄、英等国潜艇较早前便装备了浮标通信系统。1962年古巴事件时，美潜艇因装备有通信浮标系统显示出了优异性能。2008年6月，美海军进一步实现了计算机、卫星通信和声学技术等浮标系统综合集成，在巴哈马群岛海域投放浮标，顺利实现了远程联络。目前，潜艇通信浮标分为六种，其中综合通信浮标可通过短波发信机和超短波发信机向指挥中心发送信息；高速曳航浮标是一种可减小海水阻力、增强潜艇稳定性和隐蔽性的通信浮标；应急通信浮标是用于潜艇遇险救生、发射报警信号的通信浮标；消耗型无线电浮标是一种消耗型无线电系统，通信结束后会自动引爆并下沉；潜艇卫星终端浮标可以通过天线，向通信卫星定向发射和接收信息，然后由计算机进行信息处理。该方式速度快、容量大、方向性强、保密性能好；此外还有可回收系留光线浮标，可在水面特混编队与深潜潜艇间建立起稳定的双向通信。

微观量子互动

量子通信 龙宫上演“诡异互动”

量子通信，是经典信息论和量子力学相结合的一门新兴交叉学科。在微观世界里，不论两个粒子间距离多远，一个粒子的变化都会影响另一个粒子，这一现象被爱因斯坦称为“诡异的互动性”。前不久，英国科学家成功研发的“量子罗盘”让世人眼前一亮，使潜艇不仅可能摆脱战争中卫星被击落、数据遭篡改等威胁困扰，而且将大大提高导弹发射精度和联合作战能力。量子概念早有应用。第二次世界大战中，波兰和英国通过量子密钥分配成功破译了德国著名的“恩格玛”密码，并破解了德军许多重大军事行动。量子不可复制的特性，是量子通信安全性的根本来源。窃听者如果想拦截量子信号，就要对其进行测量，而这将破坏携带密钥信息的量子态，从而被发现。因此理论上，这种不可窃听不可复制的信息传输方式，可以保证信息传输的绝对安全，这是唯一一种从物理上保证信息安全的方式，和过去以计算复杂性为基础的传统密码通信相比要高明得多。8月16日凌晨，中国自主研制的全球首颗量子通信卫星在酒泉顺利发射升空，这颗量子卫星，被正式命名为“墨子”。据悉，这颗量子卫星的寿命为两年时间，将完成四大任务：星地高速量子密钥分发实验，广域量子通信网络实验，星地量子纠缠分发实验和地星量子隐形传态实验。外电评析认为，具有颠覆性作用的“量子技术”未来将以独到的技术优势尽展风采，它可能会实现前所未有的高速和安全数据传输，彻底改变以往潜艇通信方式，为潜艇真正融入“龙宫”网络中心战开辟广阔前景。

立体水下通信系统

■文章来自于《解放军报》，文中观点仅代表作者个人观点，我们依据最新内容进行了部分补充。

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