提到冷战时期美军遍布全球的SOSUS水下固定水声监听系统无人不知，但知道它的来历是一个“脑洞”的求救系统么？以后后来如何发展为IUSS系统。冷战后又如何向亚太和印度洋蔓延，大有从“捆熊绳”变成“缚龙索”的趋势哦！

一、一切源于一个神秘通道的发现

1930s的海洋学家们无意中发现了海洋中存在一个神秘的“深海低频声学通道deep sound channel”，也叫SOFAR声学通道，在这个通道里，低频声波能几乎毫无损耗地传递数百英里! 而当时其他声波在海水中也就传播几英里就衰减了。

SOFAR通道是以海洋垂直声速剖面SVP的局部最小值为中心的一个通道，在这个通道中的低频声波可以以最小的能量衰减传递很远的距离，而原因就是不同温度水层的形成的“通道折射”效应，使得声波避免与海面或海底的接触损耗。

1944年春天，美国海军曾做过实验，从一组炸药产生的周期性爆炸声，在SOFAR通道传递了超过900英里依然清晰可接收！

但这玩意儿被发现后，首先却是用在一个“脑洞”的救生系统里面，即海军使用低频声波作为远距离发送求救信号的工具。最初的构想是，海上坠机或沉船的幸存者可以扔一个炸弹在SOFAR声学通道的深度爆炸，借助SOFAR声学通道的远程传递，该爆炸信号可以传得很远，然后被岸上许多间隔很远的岸基监听站接收到，统计分析声波的到达时间就可以计算出救生筏的大概位置。该项目被称为SOFAR项目，以SOFAR声学通道命名。然后没了下文……

二、苏联潜艇的威胁

时间很快到了二战结束，苏联和美国及其盟友之间的冷战开始了。到1950年初，美国海军意识到苏联潜艇是以德国二战最好的潜艇技术为基础的，对美国的海上安全构成了严重的威胁。美军内部举行了好几次秘密技术会议来讨论如何应对苏联潜艇的威胁。

虽然一战就发明了原始声纳SDF，二战时期已经有了大量的主被动声纳探测潜艇的应用，但这些早期系统多采用较高频率的声波，有利水文条件下作用距离也就几百米。

于是二战期间哈佛大学水下声音实验室负责人弗雷德里克·亨特（Frederick Hunt）想到了SOFAR升学通道，提出海军可以使用SOFAR（for Sound Fixing and Ranging）通道，来聆听潜艇发出的噪音，在数百英里的距离上就能探测潜艇!

还不止这个，弗雷德里克·亨特还作了一个令人信服的论证，即无论潜艇本身是否处于SOFAR通道里，其发出的任何低于500Hz的低频声波几乎都可以从任何震源深度渗透到SOFAR通道进行远距离传输。这就是SOSUS系统的科学基础。

几百英里以外就能听到苏联潜艇？这无疑太诱人了！

三、初期探索和SOSUS系统的诞生

1950年年底，海军研究办公室（ONR）资助美国电话电报公司（AT＆T）及其制造部门WesternElectric开发海底监视系统，以通过SOFAR信道检测和跟踪苏联潜艇。最初的项目代号为“Jezabel”。

于此同时著名的伍兹霍尔海洋研究所和加利福尼亚斯克里普斯海洋学研究所等机构继续进行原理研究，针对海洋里声音的远距离传输理论。这个项目被称为Michael项目。

之后Jezebel项目和Michael项目进行了整合，就变成了高度机密的SOSUS系统（Sound Serveillance System）。作为掩护，对外的公开绰号是“Caesar凯撒”。

通过一系列非凡的工程努力，大量水听器阵列被放置在海底。这些水听器通过水下电缆连接到位于岸上的信息处理中心，这些中心的对外官方名称为模棱两可的”海军设施”Naval Facilities(NAVFACs)。第一个全尺寸的SOSUS系统原型包括一个长达1000英尺的水平阵列，包括40个水听器，部署在1440英尺的海底，于1952年1月在巴哈马的Eleuthera建成。经过测试后，该阵列能够检测到当时的美国潜艇，于是美国海军决定在整个美国东海岸安装类似的阵列。

图：第一批SOSUS台站分布于Barbados巴巴多斯到NovaScotia新斯科舍省的一个巨大的半圆形，俯视着整个北大西洋。与威胁方向成直角

两年后，海军决定将系统扩展到西海岸和夏威夷。早期的SOSUS线阵列位于大陆架的边缘，俯瞰深海。当时技术水平限制，电缆长度不能超过150英里（241公里），因此NAVFAC信号处理中心必须位于大陆架最靠近陆地的沿海地区。

为了分析这些信号，AT＆T公司采用了一种称为声谱图的设备（Sound spectrogram），这是当时被用来分析语音的最新设备，用当时最牛逼的静电指针在特殊的敏感纸上画出黑色的纹路。安装在NAVFAC上的低频分析和记录（LOFAR）仪器被设计用于分析低频水下声音以显示出现哪些频率。然后在所谓的LOFAR图谱中可以清晰分辨出潜艇产生的独特声音特征图谱。AT&T的项目代号Jezebel。

图：左边是位于Centerville海滩的一处NAVFAC中心，位于加利福尼亚州旧金山以北225英里处。右边是NAVFACCentreville Beach的SOSUS频谱绘图仪。每个LOFAR频谱绘图仪能画出从特定方向到达阵列的声音的频率与时间的显示。

SOSUS系统在检测和跟踪嘈杂的柴油潜艇以及冷战时期的苏联核潜艇方面非常成功。当然系统运作早期，SOSUS阵列的操作人员也发现了一些声音的来源是最初未知的。一个特定的未知声音被命名为“Jezebel怪物”。后来被认为可能是来自鲸鱼。

随着越来越多的苏联潜艇从巴伦支海和白海的基地开始进入北大西洋，在冰岛和英国威尔士建立了更多的NAVFAC信号处理中心。到二十世纪七十年代中期，SOSUS系统由20个NAVFAC信号处理中心组成，分别隶属于太平洋和大西洋两个大洋系统司令部（COMOCEANSYSLANT和COMOCEANSYSPAC）以及约3500名人员组成。

图：1970s的SOSUS系统部署，黑星代表全球20个NAVFAC的信号处理中心，两颗白星代表了两个大洋的系统司令部。

在NAVFAC信号处理中心，所有声学信号最终被处理为一个扇形的水平波束，其中特定的声音信号都可以绘制为一个个小角度扇形，每个扇形角度只有2-5度，表示了声源的方位角。然后就是对声源的时频分析，区分出海洋背景噪音，以及与机械相关的特定的频谱，这是识别目标的关键。这些LOFAR分析仪的绘图和数百名操作人员的记录表，还有那个静电敏感纸条绘图发出的烟雾和臭氧味道充斥着每个NAVFAC，24小时工作。这些记录汇总到专门训练的分析人员那里进一步分析，寻找潜艇特定的“声学指纹”，进行身份识别，同时通过多个方位角扇形来交叉定位，预测其下一步走向，必要时给出预警。

1957年，SOSUS系统延伸到太平洋，除了北美洲，在关岛、中途岛、阿留申群岛、檀香山都部署了NAVFAC中心。

在20世纪80年代，随着民用海底电缆技术的飞速发展，SOSUS系统的电缆技术也得到了改进，最显著的就是SOSUS系统的水听器阵列可以位于距离NAVFAC更远的地方，这样就能大大减少NAVFAC信息处理中心的数量，又能把SOSUS水听器阵列向大洋深处延伸。

例如，所有的大西洋和加勒比地区的NAVFAC都被Dam Neck的海军海洋信息处理设施（NOPF）所取代。此外，在海底固定阵列网络基础上，还增加了船载的拖曳监听阵列传感器系统（SURTASS），这是一个长达8000多英尺的船载拖曳线阵列。整个系统，包括固定和拖曳阵列，被称为综合海底监视系统（IUSS）。

到了冷战高峰的1980s后期，整个IUSS系统包括11个NAVFACs / NOPFs岸基处理中心，14艘SURTASS船，两个大洋系统司令部，工作人员也达到顶峰的4000多人。累计投资160亿美元，布防的海底电缆长度超过3万海里。

图：1980s后期的IUSS系统部署情况。黑星代表NAVFAC或NOPF岸基处理中心;两颗白星代表两个大洋系统司令部

四、冷战初体验，效果出乎意料地好！

使用上，海军希望SOSUS系统提供苏联潜艇进入北大西洋or东太平洋的预警信息，并为前沿反潜部队提供概略提示信息。通过多个阵列提供的方位数据，就能计算出目标的大概位置区域，然后引导巡逻机、水面战舰和潜艇去进一步查证。这当然需要整个SOSUS系统、NAVFAC中心与当地舰队战术部队的沟通和密切协同。

SOSUS最初设计的主要那些浮出水面充电的苏联柴油潜艇，毕竟水面柴油机航行的噪音远大于水下电动机，并据此建立了系统的关键技术特性，如频率覆盖等。幸运的是，这种能力在1958年第一批苏联核动力潜艇开始运行的时候，证明其效果更为显著。

在1961年对系统的性能演示验证中，系统追踪了美国自己的战略导弹核潜艇“乔治·华盛顿”（SSBN-598）从美国本土出发穿越北大西洋抵达英国的整个过程。这也是“SOSUS系统能隔着大西洋听到苏联潜艇出港”传言的由来。

然后，1962年6月，NAVFAC哈特拉斯角中心在苏联柴油潜艇上实现了第一次SOSUS接触，一个月后，NAVFAC巴巴多斯中心首次在挪威西部发现了一艘苏联核潜艇。那年晚些时候，在古巴导弹危机期间，SOSUS系统的水声数据第一次与现场的视觉数据进行了关联比对，当时一架巡逻机证实了NAVFAC Grand Turks中心“听到”的一艘苏联F级潜艇的存在。

1968年，NAVFAC Keflavik中心首次“听到”了苏联的CHARLIE和VICTOR级核潜艇，同年，5月，SOSUS在定位美国海军在亚速尔群岛附近失踪失事的“天蝎座”号潜艇（SSN-589）残骸方面发挥了关键作用。此外，1968年3月的SOSUS数据促成了多年后苏联“高尔夫”级潜艇的部分被发现，一个月后那艘G级潜艇因事故沉没在夏威夷北部。

随着越来越多的苏联潜艇从巴伦支海和白海基地驶入北大西洋，它们利用地形复杂的挪威北部作为掩护，向南侵入格陵兰 - 冰岛 - 联合王国（GIUK）一线，越来越难以被常规手段所发现。作为应对，美军决定将SOSUS扩展到更多的北大西洋水域，并于1966年在冰岛凯夫拉维克和1974年威尔士布劳迪成立了新的NAVFACS。

而且SOSUS系统尝试使用新的“分割阵列”技术，即一些单个线阵列被分割成单独处理其输出的小片段，然后以电子组网的方式重新组合以实现更窄的波束和更大的方向性。1974年，凯夫拉维克成为第一个检测DELTA级苏联SSBN的NAVFAC，它当时正南下移入北大西洋。

图：一个典型的LOFAR频谱图LOFARgram，频率沿着水平轴描绘，时间沿着垂直轴描绘。声波能量的高低通过纸的明暗来表示。在这种表示中，一条长而窄的垂直线表示以感兴趣的方位线为中心的单一频率上的持续窄带分量（最有可能是由旋转机械引起的“音调”）。宽带噪声源或环境背景则是更宽的灰色背景区域。

随着冷战的持续，苏联潜艇舰队的规模和能力不断增强，SOSUS就成为美军的“秘密武器”，使美国反潜部队能够密切跟踪在深水区域内潜伏的所有敌方潜艇。由于苏联潜艇噪音普遍比美国同行高约30分贝，因此SOSUS系统的效果还不错，在几千英里远的地方很容易发现苏军潜艇。

在二十世纪八十年代中期，固定SOSUS阵列网络增加了一小部分民用海事卫星通信链路，而船载的SURTASS系统在海上通过拖曳声纳搜集的信息也可以被传送到岸上的SOSUS评估中心，与来自固定阵列的数据融合，为可能的目标进行位置估算。随着时间的推移，固定阵列，岸上处理设施和SURTASS船舶的整体被称为综合海底监视系统（IUSS）。

图：在1984年到1988年间，建造了18艘第一代SURTASS船，其中USNS Indomitable（T-AGOS-7）就是一例。大部分船员是民间雇员，他们在224英尺长，吨位2260吨的船上配置了一个长达8000英尺的拖曳线阵列，进行每次为期60-90天的深海反潜巡逻任务。

五、从间谍泄密，到冷战后期的衰落

作为当时的最高机密，SOSUS系统的保密工作一直做得很好，直到美国海军内部的一起泄密事件“Walker-Whitworth间谍网”，才让苏联情报机构获悉SOSUS的存在。

约翰·沃克（John Walker）是美国海军军官和潜艇通信专家，他从1968年开始向苏联出售了无数的美国海军情报，直到1985年被捕。杰里·惠特沃斯（Jerry Whitworth）是沃克招募的另一名美国海军通讯专家，协助他进行间谍活动。得知SOSUS系统的存在和巨大作用后，苏联海军迅速做出反应，努力使自己的潜艇安静下来。5年内，苏军一线潜艇的噪音就明显降低。

另外“疯狂的伊万”曾经有过另一个更直接的办法，改造一些老旧的W级常规潜艇，在艇艏装上特制的金属犁，以破坏海床上的SOSUS系统的电缆。后因为不切实际，效果堪忧而作罢。

到20世纪80年代末冷战结束时，苏联最新一代潜艇的噪音水平与美国潜艇相当接近，IUSS系统远程探测和跟踪苏联核潜艇的能力显著下降。现代柴电潜艇则更加安静，更难以被动监听。

为了重新占据主动，IUSS系统开始将长线阵列和他们的水平侦听扇形定位方式转向了更简单，密集分布在海底的“向上看”的水听器，每个水下探测器只专注与侦听路过其头顶的潜艇。因此，检测和本地化被纳入到一个一体化系统中，并且根据这个策略建立了第一批“固定分布式系统”FDS，在1985年开始部署。

随着冷战的结束和技术的进步，尤其是声学信号处理技术的不断改进，第一代岸上处理硬件每天24小时持续工作的数百台LOFARgram频谱绘图仪被计算机工作站取代，纸条也被数字化技术取代，传入的声音数据进行预处理直接存储或显示在多个计算机屏幕上。

此外，为了减少人力需求并提高其他效率，大部分原始阵列的NAVFAC处理中心被关闭或“远程”接入到少量的中心站，导致运行的NAVFAC中心站的数量稳步减少。这些过渡在1997年和1998年完成。总体来说IUSS系统的规模进一步减小。到2010年，只剩下两个NOPF信号处理中心，五艘SURTASS船只（全部在太平洋），一个系统司令部，还有大约一千人。

图：2010年的IUSS部署情况。黑星代表NOPF处理中心; 白星代表海底监视司令部。。

然而具有讽刺以为的是，更多安静潜艇出现了

图：苏联人制造了更多的Delta级核潜艇，比其他任何级别的弹道导弹潜艇都多，达到47艘。1972年，第一艘Delta级下水，建造一直持续到1992年的Delta IV。排水量11,750吨的小身板运载了12枚洲际导弹。后来的改进型增加了大约2000吨排水量和4枚导弹。1974年SOSUS第一次在海上发现了Delta级。

图，从1958年到1982年，苏联制造了大约80艘F级常规潜艇，其中将近20艘用于出口。F级长300英尺，排水量2400吨，成为冷战高峰时期苏联柴电潜艇的主力军。它是SOSUS的最初设计目标，其中第一艘是在1962年发现的。

六、IUSS系统的现在和未来

今天，依然海军保持这相当数量的SOSUS阵列处于工作和战备状态，但岸上只剩下三个处理中心：弗吉尼亚州Dam Neck，华盛顿州惠德贝岛，英国圣马根，来承担全球IUSS系统的数据。

而只顾抬头看天的FDS系统也逐步部署到了重要的狭窄海峡/水道、关键节点、濒海地区的海床上。而且还推出了FDS-C系统，是一种用COTS商用技术的高性价比版本，以满足舰队长期水下监视的需要。

SOSUS系统、FDS系统和FDS-C系统共同构成了IUSS系统，提供威胁位置给战术部队，并有助于美国联合部队指挥官获得准确的海上图像信息。由于其战略定位和寿命长等优点，在冲突开始前，它提供了敌方海上活动的指示和警告。

七、除了听“黑鱼”，也听“真鱼”

一方面几乎没有假想敌的核动力潜艇还在大洋上巡航；另一方面现代化的安静型柴电潜艇在被动方式下几乎无法远程侦听到。于是，IUSS系统听到的潜艇越来越少，反而杂事儿越来越多。

比如追踪迁徙的鲸鱼和探测公海非法漂网捕鱼。而且，随着海军在未来探索使用低频有源（LFA）声学来探测和跟踪事故沉没的潜艇，固定阵列和其余的SURTASS舰只可能扮演重要角色，作为辅助或双静态接收站点。

虽然是最高机密，但从冷战时期开始，美国海军就允许少数海洋学家利用SOSUS系统进行海洋科学研究。最早的应用之一是用浮标测量深海洋流的速度和方向。浮体被设计为随着洋流和内波漂移，并定期发出低频声音信号，这些信号被SOSUS水听器阵列接收到的，通过到达时间来计算浮标位置，从而推测深海洋流数据。这些浮标被称为SOFAR浮标。

随着冷战的结束，美国海军允许更多民间科学家进入SOSUS系统进行海洋学基础研究。自二十世纪九十年代初以来，该系统再承担军事用途之余，一直还承担水下火山喷发和地震研究工作，还有研究海洋哺乳动物及其发声。最后，通过精确测量超远距离的声音传播速度，来测量大范围的海洋温度变化。

默虹点评：

可以看到，SOSUS系统可绝不是简单的水下听音器网络：

1、首先是科学基础理论创新：必须先有“深海低频声学通道”的发现和几十年理论研究为支撑，才能有一个水听器听几百海里，64组水听器覆盖大半个海洋的可能性。否则，单凭当时作用距离才几千米的普通水听器，想覆盖大洋简直是不可能完成的任务。这是典型的基础理论创新、前沿颠覆性技术！

2、其次是工程应用研发：光有理论原理还没用，必须向工程应用转化。那就是美国电话电报公司AT&T这样的公司介入，研发出一系列具备实用化、工程化的水听器、电缆、原始而有效的静电敏感频谱绘图仪、频谱分析工具、远程定位算法、声纹识别技术等，将理论变为实用。

3、浩大的工程建设：一旦原型系统验证成功后，就是半个多世纪、一百多亿美元、全球64个点、20个站、3万多海里的阵列建设，以及后续数千人的半个多世纪，365天24小时的运作。

4、体系的建立与维护：SOSUS系统只是美军全球反潜体系的一部分，还有潜艇、水面舰艇、巡逻机等战术机动力量，各种专业化的反潜传感器、武器、指控、通讯装备等，更有背后强大的海洋科学研究、海洋环境数据采集和目标声纹库的充实等基础性工作，以及整个体系的联动机制。

最终，让一个大胆的概念，变为冷战时期一项伟大工程，效果还出奇地好，在冷战的海洋里，

为美国提供了空前的潜艇侦察和战略预警优势。

（未完待续，下篇讲SOSUS系统在东亚的新发展）

更多美国海军靠谱资讯，关注本号: