《初中物理专题分析》--声呐

　　第二次世界大战及战后年代作为水声兵器的声呐得到了较全面的发展。这时期，声呐作用的距离不断增加，对目标的分辨能力不断提高，出现了各种类型的声呐，大到核潜艇上的巨型声呐，鱼雷头上的制导声呐。二次大战中为了使用声呐，美国集中力量深入地研究了声速分布对声传播的影响，美国和苏联各自独立地发现了由于水文分布而产生的。大洋声道＂，声波在这里不会碰撞海面和海底，而可以传播很远的距离。在二次大战期间，交战各方共损失一千多艘潜艇，其中大部分是被声呐发现的。二战后，美、苏两霸进行军备竞赛，水声兵器是重要内容之一。随着信息论和数字处理技术的迅速发展，核潜艇和核导弹的出现，使原来近距离监测潜艇的战术性声探测，发展为在大洋中远距离监测核潜艇的战略性声探测。为了增大探测距离，声呐降低了使用频率以减少海洋的吸现收；而为保持较强的方向性，水听器的数量就要增加，并按一定的空间分布安装起来，成为声呐基阵；为减小自身螺旋桨噪声的干扰，常把声呐安装在舰首的底部，但这样舰尾方向就成了声呐搜索不到的盲区，为此，又发展成用拖缆将声呐拖在舰尾的海水中，并可调整其深度，叫可变深声呐，这样又能使声呐不受海面恶劣情况的影响；另外，换能器阵的长度要增大，但船的长度又有限，于是在船后拖一条长长的电缆，装上数百个换能器，构成几百米长的拖曳线列阵，放在一千米深的深水层里，可探测很远的距离；为了迅速、大面积地搜索某海区的潜艇，还发展了用直升飞机投放声呐浮标的方法，如图3－8。反潜飞机能携带八十多个声呐浮标，浮标布放海面后，由计算机控制，能同时监视三十多个声呐浮标，迅速对海区实行大面积搜索。

　　苏联解体，两强对峙的局面消失后，声呐逐步转向浅海探测和海洋开发应用的研究。发展了能观察200～300公里范围海洋现象的海洋声层析术，把大洋当作人体进行透视、层析。最近又发展了大洋气候声学测温，测量大洋声道的声速，根据声速与海水温度的关系，算出大洋声道上的温度，得到由于二氧化碳的温室效应产生的温升资料，去解决人类环境保护的重大问题。

　　现在的声呐有了飞跃的发展。现代声呐的作用距离增加了几百倍，定向精度可以达到几分之一度，包括电子计算机和很复杂的大规模集成电路。现代核潜艇声呐站的换能器，直径达到几米，重量达十吨，用电相当于一个小城市的用电量。现在除了舰载声呐以外，在港口、重要海峡和主要航道处，都固定地布设有庞大的声呐换能器基阵，对潜艇来说，这是由声呐织成的天罗地网。

　　此外，反探测技术也发展很快。如干扰声呐工作的噪声堵塞技术，降低回波反射的隐身技术，以及干扰声呐员判断的假目标等等。这些在现代军事术语中叫做电子对抗。

　　有趣的是，声呐并非人类的专利，不少动物都有它们自己的“声呐”。蝙蝠就用喉头发射每秒10-20次的超声脉冲而用耳朵接收其回波，借助这种“主动声呐”它可以探查到很细小的昆虫及0．1mm粗细的金属丝障碍物。而飞蛾等昆虫也具有“被动声呐”，能清晰地听到40m以外的蝙蝠超声，因而往往得以逃避攻击。然而有的蝙蝠能使用超出昆虫侦听范围的高频超声或低频超声，从而使捕捉昆虫的命中率仍然很高。看来，动物也和人类一样进行着“声呐战”！海豚和鲸等海洋哺乳动物则拥有“水下声呐”，它们能产生一种十分确定的讯号探寻食物和相互通迅。

　　海豚声呐的灵敏度很高，能发现几米以外直径0．2mm的金属丝和直径lmm的尼龙绳，能区别开只相差200卜s时间的两个信号，能发现几百米外的鱼群，能遮住眼睛在插满竹竿的水池子中灵活迅速地穿行而不会碰到竹竿；海豚声呐的“目标识别”能力很强，不但能识别不同的鱼类，区分开黄铜、铝、电木、塑料等不同的物质材料，还能区分开自己发声的回波和人们录下它的声音而重放的声波；海豚声呐的抗干扰能力也是惊人的，如果有噪声干扰，它会提高叫声的强度盖过噪声，以使自己的判断不受影响；而且，海豚声呐还具有感情表达能力，已经证实海豚是一种有“语言”的动物，它们的“交谈”正是通过其声呐系统。尤其是仅存于世的四种淡水豚中最珍贵的一种－我国长江中下游的白鳍豚，它的声呐系统“分工”明确，有为定位用的，有为通讯用的，有为报警用的，并有通过调频来调制位相的特殊功能。

　　多种鲸类都用声来探测和通信，它们使用的频率比海豚的低得多，作用距离也远得多。其他海洋哺乳动物，如海豹、海狮等也都会发射出声呐信号，进行探测。

　　终身在极度黑暗的大洋深处生活的动物是不得不采用声呐等各种手段来搜寻猎物和防避攻击的，它们的声呐的性能是人类现代技术所远不能及的。解开这些动物声呐的谜，一直是现代声呐技术的重要研究课题。