核潛艇，如何憑空消失？

拆解100個(gè)改變世界的瞬間，今天是潛艇隱身。

2009年，大西洋深處，兩艘核潛艇迎頭相撞——它們都沒看到對(duì)方。

因?yàn)楝F(xiàn)代核潛艇為了隱藏自己，可能有點(diǎn)用力過猛了。

大家好是我火箭叔，今天讓我們潛入深海，看潛艇如何憑空消失。

你會(huì)以為深海越黑暗越安全，但事實(shí)并非如此。光在海里很快沒了，但聲波不但活得久，而且跑得遠(yuǎn)。海水里聲速大約 1500 米/秒，是空氣的幾倍；更關(guān)鍵的是，低頻聲波在水中的衰減極小，有時(shí)能順著海層“跑”出數(shù)千公里。換句話說，水下不是“看不見”的世界，而是“極易被聽見”的世界。任何微小的機(jī)械節(jié)律或氣泡爆裂，都會(huì)被遠(yuǎn)方的耳朵放大成目標(biāo)。

而海洋本身，既是隱身者的屏障，也可能是最大的出賣者。聲音在海里并不是直線跑的，它會(huì)被溫度、鹽度和壓強(qiáng)三者聯(lián)手“折”來“折”去——這些變化讓海水成了一個(gè)分層的聲學(xué)迷宮。

比如溫躍層：表面暖、下面冷，聲速驟降的那層像一道“聽力屏障”，上層的主動(dòng)聲吶可能被折回去，聽不清下面的動(dòng)靜；潛艇就能借這層水“消失”一會(huì)兒。再比如深聲道：聲速在某一深度最低，聲波被困在那一帶，沿著海洋傳播得極遠(yuǎn)——是天然的“聲學(xué)隧道”，能讓監(jiān)聽效果驚人，但若自己出聲，也會(huì)被傳得更遠(yuǎn)。還有影區(qū)：因?yàn)檎凵浠蚝５椎匦危行┑胤降穆暡ǜ纱嗟讲涣耍窆獗簧綋醭霭涤啊ＹN底航行、沿海脊?jié)撔校瑵撏Ь湍芘R時(shí)躲進(jìn)這片聲學(xué)暗區(qū)。

指揮官要“讀懂”這些層，就像棋手讀盤。潛艇憑聲速廓線、洋溫場(chǎng)來選路線；反潛方也能反推這些結(jié)構(gòu)，預(yù)測(cè)你的藏身點(diǎn)。于是，大海成了一場(chǎng)看不見的棋局——你躲在流體里，他用算法聆聽海洋。

那回到潛艇自身，盡量少發(fā)出噪聲當(dāng)然更加重要。在內(nèi)部，所有旋轉(zhuǎn)部件都要做減振、發(fā)動(dòng)機(jī)與機(jī)艙用橡膠隔離、裝配平衡的轉(zhuǎn)子，甚至連走路都要輕聲細(xì)步。這是把“聲源”盡量壓小的第一步。外部再用消聲瓦覆蓋——這種像鱗片的合成材料既能吸收敵方主動(dòng)聲吶的回波，也能減弱自身噪聲泄露。而推進(jìn)裝置，才是一個(gè)更大的麻煩。槳葉高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，局部壓力下降到水的飽和蒸氣壓，水汽形成氣泡——這就是空化現(xiàn)象。氣泡在壓強(qiáng)回升處劇烈崩潰，產(chǎn)生短促而強(qiáng)烈的沖擊聲，這種聲學(xué)“爆破”極容易被遠(yuǎn)方的水聽到。工程師的應(yīng)對(duì)有兩招：一是降低槳葉轉(zhuǎn)速、增大直徑，讓同樣推進(jìn)力在更溫和的轉(zhuǎn)速下產(chǎn)生；二是改用泵噴推進(jìn)，把槳葉包在殼體里、通過導(dǎo)流降低局部減壓，從根源上抑制空化。

另外，槳葉的形狀本身就是“聲紋制造機(jī)”。葉片的數(shù)量、弧度、傾斜、前緣形狀和表面處理都會(huì)影響流場(chǎng)和空化位置，從而形成獨(dú)一無二的聲譜：對(duì)方的被動(dòng)聲吶能聽出“這是哪一類推進(jìn)器”甚至“可能是某個(gè)班次的某艘船”。因此螺旋槳造型常常是高度機(jī)密的工程設(shè)計(jì)——這就是為什么你在公開場(chǎng)合看到的，基本都被包得嚴(yán)嚴(yán)實(shí)實(shí)。

當(dāng)然潛艇隱身，并不僅僅是聲學(xué)一項(xiàng)。鋼鐵在地球磁場(chǎng)里移動(dòng)會(huì)產(chǎn)生可測(cè)的磁異常，巡邏飛機(jī)上的磁異常探測(cè)器就能捕捉到這種信號(hào)。對(duì)策是退磁——在艦體中布置線圈產(chǎn)生抵消場(chǎng)，把“磁指紋”抹掉。熱學(xué)上，發(fā)動(dòng)機(jī)和電力系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量通過艙體漏出，會(huì)形成海水溫度異常；潛艇用換熱器把熱量分散到更大的水體里、或者混合排放以降低熱斑對(duì)比，從而減少被紅外探測(cè)器識(shí)別的概率。連海面上也藏著風(fēng)險(xiǎn) ：潛望鏡或通氣桅在水面出現(xiàn)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生湍流、尾跡或雷達(dá)反射。這里就要靠流體力學(xué)優(yōu)化外形——用 CFD 模擬調(diào)整桅桿截面、減小渦街，表面涂層和角度設(shè)計(jì)也會(huì)減少雷達(dá)回波。

把這些手段加在一起，才是一艘潛艇真正的隱身工程：內(nèi)部的噪聲管理、外部的吸聲材料、推進(jìn)器與桅桿的流體優(yōu)化、退磁與散熱系統(tǒng)、以及對(duì)海洋聲學(xué)環(huán)境的動(dòng)態(tài)利用。可正因?yàn)橐衙恳豁?xiàng)指標(biāo)都做到極致，輸錯(cuò)一處就會(huì)被別處放大——于是，“前衛(wèi)”號(hào)與“凱旋”號(hào)相撞了。

當(dāng)每個(gè)人都極力沉默時(shí)，反而是最危險(xiǎn)的時(shí)刻。潛艇不必真正消失，它要做的，是讓對(duì)手永遠(yuǎn)不確定：你究竟在不在。

那下一個(gè)改變世界的瞬間你在嗎？關(guān)注我，別錯(cuò)過。