水下通信的过去与现在

窃听水底的空管听声器 在现代海战中，潜水艇越来越显示出它的威慑力量。但潜水艇也遇到一个很大的难题，即如何有效地进行水下通信问题。于是，水下“无线电话”一时成了科学家的研究热门。 水下通信技术的发展史可以追溯到很久以前。今天，我们仍可在意大利著名艺术家达？芬奇（公元1490年）的笔记本中找到这样一段话：“将一根长管的封闭端插进水里，把开口端放在耳朵旁，可以听到远处船行驶的响声。”可以说，这是较早的研究水下通信的文字资料。后来科学家又得出进一步的结论：水的密度比空气大得多，声音可以在水中迅速传播，在海水中的声速为5500千米／小时。据此计算，从太平洋一侧发出的一个声信号，经过4小时就能到达另一侧。此外，海水的盐分越多，深度越深，声音传播速度也越快。在深度为1万米的深海底，声在水中的传播速度可达6000千米／小时。 利用声音在水中传播速度快的特点，科学家们为早期的潜水艇设计了一种“空气管式”的听音设备。这种听音设备类似于医生会诊用的听诊器。

1为空心管道，内部是空气；

2为空心橡皮球，安装在空气管两端；

3为垂直空气管，一端与1和2相联接，另一端穿过潜艇甲板，插入艇内；

4是听音筒，与垂直气管相连接；

5是调节手柄，可以左右转动。当潜水艇潜入水中时，将听音设备的听筒挂在耳朵上，如遇到附近有船只行驶时，螺旋桨拨动水而发出的声波传到空心球处，使球壁发生振动，空心管内的空气柱也发生振动，潜艇内的人员就可从听筒听到声响。转动调节器，根据两耳声音的强弱变化程度，就可凭经验确定附近船只的方位。以后又发展到由许多空气管组成的声波接收器。这种装置的特点是可以在水下相互进行通信，一方发出表示信号的响声，另一方可接收到并进行“对话”。当然，这样很容易暴露潜艇的位置，不利于保密和安全，很快就被淘汰了。

易收难发的无线电通信 无线电通信出现后，给潜艇通信提出了新问题。当潜水艇浮在水面时，可以利用各种无线电通信方式。但当潜入水下时，因为通常使用的无线电波很难穿透到水下，大部分被水体反射回空气中，小部分进入水中也很快被水吸收掉，潜艇无法利用当时的无线电装置与外界联系。研究发现，电波的频率越高（即波长越短），越容易被水体吸收。为解决潜艇水下通信问题，科学家们采用了频率很低的超长波进行试验，波长范围在5000—20000米之间的电波，向海面发射时，可穿透20米左右的水深。为了建立超长波信号发射台，需要建立高达300米的天线，显然，在潜水艇上是不可能安装如此高大的天线的，这就决定了当时的潜水艇只能接收超长波信号而不能在水下发射信号的命运。

为了接收超长波信号，潜艇甲板上装有边长约1米的方框形天线。进入水里的电磁波穿过天线框时，框内会产生随信号变化的感应电势，微弱的感应电流经放大和解调处理后就可再现原来的信号。为了适应战争环境的需要，潜艇应该能主动地与指挥部取得联系，为此，设计出了一种装有特殊的可快速升降的桅杆，普通的短波发射天线固定在这种桅杆的顶部。潜艇向地面指挥部发射信号时，首先升到离水面只有7--10米处，然后将装有天线的桅杆往上升，直到天线露出水面，迅速地发完全部信息。完成发射后，立即收杆，潜艇全速下沉转移。

旧式的潜艇为了观察周围有无敌情，先要伸出潜望镜，而现代化的潜艇装有先进的可升降的潜艇雷达，它升出水面后能快速扫视四周，迅速、准确地探测四周的动静，同时向陆地发送短波信号，或可用波长极短的超高频电波直接与空中的卫星联系。卫星通信天线也安装在可升降桅杆的顶部。

现代最新型的潜艇还配备有弹射式呼救器，遇到紧急情况时，潜艇可从水下将呼救器弹出水面。呼救器到了水面会自动地连续发出无线电波，向卫星或周围呼救。

穿透深海的极长波通信 超长波通信虽然可使潜艇在离海面20米以内的水下接收信号，但此深度对现代海战中的潜艇，特别是核潜艇来说很不安全，这就迫使科学家们寻找一种真正称得上深水通信的有效手段。

根据无线电波穿透海水的理论推算，波长越长，越易穿透海水，因而科学家决定采用比超长波更长的电波进行试验。美国海军部科研中心采用波长为300千米的极长波进行试验。当然，为了发射这种极长波电讯，天线也将成百倍地增长，竟达100多千米。这样长的天线只有铺设在地面上，并应选择电导率较低的岩层地区。美国的一个海军试验场东西、南北方向交错地铺设着20根这样长的发射天线，每根相距1千米。用这样的方法可将电波发射到海面下200米左右的深度。由于极低频的频率极低（约76赫），相应地它们所携带的信息变化也很慢，传送三个字码约需半小时。不过，对于长期隐蔽在深水下的核潜艇来说，这种通信方法仍非常必要。此外，科学家们已找到了巧妙的字母组合方法，按照不同的排列组合，组成三个字母群。可编制特殊的电文。

极低频通信非常稳定，几乎不受外界干扰，即使遇到核爆炸，也有高度的抗干扰能力。潜艇在水下快速前进时同样能顺利地接收极低频信号。美国海军在一次试验中，向表面被10米厚冰层覆盖的北冰洋发射极低频信号，电波经冰层，直达120米深的水下，正在那里以20海里时速行驶的潜艇及时接收到了各种指示。极低频通信虽然解决了向深海潜艇发送电信号的问题，但仍然不能进行双向通信。

贯穿海空的蓝光通信 宇航员从航天飞机上看地球是蔚蓝色的，这是因为地球表面约71％被水体所覆盖。蔚蓝色的大海确实与蓝绿色特别有缘，其它红、黄、橙、紫色的光线只能进入海洋的表层。从潜水员摄得的水下照片中可以证明，在3米深度以下的水里，什么东西都成了蓝绿色，只有在3米以上的表层水里，尚残留一些其他颜色的光，才能摄得多种色彩的景物。这是因为海水具有滤色作用，阳光中的红色光一进入海水几乎全被吸收了。科学实验证明，波长为490毫微米的蓝绿光最易穿透海水，不过由于水温与含盐量的不同，适于进入海水的蓝绿光的波长也有所不同，如在沿海一带是510—550毫微米波长的光穿透深度最大，而在大西洋水温较低的区域则为470--500毫微米波长的光。

现在要得到单一波长的纯色光或波长可调节的蓝绿光可采用激光发生器，在外界能量的激励下，它能发单一波长的激光。蓝、绿色激光不仅能有效地穿透海水，也能有效地穿过空气，与其他单色光相比，不易被空气中的水珠或云、雾吸收，它的这种通天入海的奇特本领引起了研究潜艇通信的科学家的重视。试验中，飞机从12千米高空向海面发射一束蓝绿之光，结果一路畅通无阻，直达位于海面下300米深处的“海豚”号潜艇。潜艇也以相同的方式向飞机发送了信息，终于实现了水下与空中和地面进行双向通信的愿望。

现代水下声纳通信随着现代化的潜艇通信技术迅速发展的同时，人们并没有抛弃早期的水声通信方法，特别是超声波技术的发展，使水下声纳通信技术进入了“柳暗花明又一村”的黄金时代。实验表明，超声波在水中不仅有很好的传播性能，而且不为人耳所察觉，具有较好的方向性，非常适合潜水艇与潜水艇之间的相互通信。这种超声波通信系统由超声波发生器、声调制器和超声接收器、发射器等组成。其工作原理是，将接收到的超声信号送入声电转换器，可得到按信号变化的电流，推动扬声器就可听到话音。

随着水下通信技术的不断完善，现代潜艇上装备了多种形式的通信设备，以便根据需要，随时选择最合适的通信方式，与水下己方的其他潜艇、地面指挥部或空中的飞机、卫星等取得联系。