“激声”——未来水下作战前沿技术

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“激声”——未来水下作战前沿技术

远望智库技术预警中心侯兵编译

“激光”大家耳熟能详，来自英语“laser”（受激辐射光放大）。二十世纪中期发明的激光逐渐走入了我们的生活，是一种广泛应用的现代技术，有时其运用甚至不易察觉。在科幻小说、电影中很流行，激光武器成为未来战士不可或缺的装备。

激光在军事领域的运用走过了很长的路，主要用作侦察、目标指示装备，现在可能成为战场上的武器，将使战争的面貌焕然一新。

但还有一种辐射——“激声”，大部分人却知之甚少。

1、什么是“激声”？

“激声”，类似于“激光”，是指受激辐射声音放大，通过一定频率的相干声波发生器，可以产生“声波激光”——激声。

如果说激光中发生光量子——光子的振荡，那么“激声”中，发生的是声子振荡。与光子不同，声子是前苏联科学家塔姆提出的准粒子。声子是晶体原子振荡运动量子或声波能量量子。

2009-2010年目睹了最早的“激声”研究。两个科学家团队提出了获得“激声”辐射的方式——一是在光学谐振器中借助声子激射器，二是在电子格栅中借助声子激光。美国加利福尼亚技术学院物理学家设计的光学谐振器“激声”试验样机中，使用两个外径63微米、内径12.5、8.7微米的轮环状硅光学谐振器，向其发射激光束。改变谐振器之间的距离，可以调整频率差，使其符合系统的声学谐振，结果产生了频率为21兆赫的激声辐射。改变谐振器之间的距离，可以改变声波辐射的频率。

英国诺丁汉大学的科学家借助电子格栅制造了“激声”试验样机，其中声音要穿过超结构（由相互交错、厚度为几个原子的多层镓、铝半导体构成）。在补充能源的刺激下，声子雪崩式积累，并在超结构内部各层中多次反射，直到以频率440吉赫的激声辐射形式从这一结构输出。

据推测，“激声”将引起微电子和纳米技术革命，正如当年的激光。获得频率达太赫兹的辐射后，可以使用激声进行高精度的测量，获得物体的宏观、微观和纳米结构图像，高速改变半导体的光学、电子属性。

2、 “激声”在军事领域中的应用——新型传感器

战斗行动环境多种多样决定了每种情况下有效传感器的选择。目前航空兵的主要侦察装备是雷达，使用毫米波、厘米波、分米波、甚至米波（地面雷达）。地面战场需要提高准确识别目标的分辨率，目前只能由光学侦察装备提供辅助。当然地面装备可以使用雷达，航空兵也可以使用光学侦察设备，但优先使用一定波长时，获取的目标信息存在变形，这取决于战斗行动环境复杂多变，这一点显而易见。

水的物理特性大大限制了大量光学、雷达频谱电磁波的传播距离，但水可以保证良好的声波传播条件，与水下敌人作战时，水决定了潜艇、水面舰艇侦察、武器制导的运用。因此，侦察潜艇的主要装备是声呐。

分为有源和无源声呐。有源状态下，声呐发射调制声音信号，接收从敌人潜艇反射的信号。问题在于，在声呐接收到反射信号之前，敌人可以在很远处测定声呐发出的信号。

无源状态下，声呐“监听”潜艇或水面舰艇发出的噪声，进行分析，探测目标，并对其进行分类。无源状态的不足在于，新型潜艇的噪声大大降低，几乎可以淹没在海洋噪声当中。因此，对敌人新型潜艇的探测距离大为缩短。

声呐天线是复杂形状的离散相控阵，由几千个压电陶瓷或纤维化学转换器构成，可以保证接收声音信号。

简言之，现代声呐可以与航空兵装备的无源相控阵雷达相类比。

可以预测，激声出现后，可以制造出与有源相控阵雷达（已成为最新战斗机的标配）相类比的新型声呐。

这种情况下，基于激声辐射器的未来声呐就像是航空有源相控阵雷达：可以形成窄天线方向图信号，对抗干扰源，或施加干扰。

有可能建立目标的三维声学全息图，经转换后可以获得被研究目标的图像，甚至内部结构，这对于目标识别极为重要。以有源状态工作时，可以建立定向辐射，使敌人很难探测到声波来源，当潜艇在浅水区活动时可以探测自然、人工障碍，发现水雷。

应该指出，水的环境对“声波束”的影响明显大于大气对激光辐射的影响，要求研制高效的激声制导、校正系统，这种情况下与“激光束”不同，激声辐射的散射要大得多。

3、 “激声”系统——未来潜艇的自卫武器

尽管早在上个世纪中叶激光就出现了，但作为武器，实现对目标的毁伤，近几年才成为现实。可以预测，激声同样可期。但至少“激声炮”可能长路漫漫（如果可以制造出来）。

与激光相类比，可以预测，基于激声，未来可能研制出自卫系统，原理类似于俄罗斯的L-370“维捷布斯克”（“总统-S”）机载自卫系统，借助光电压制站对抗红外导引头导弹，激光辐射器可以致盲导弹的自导引头。

相应地，基于激声辐射器的潜艇自卫系统，可以对抗敌人的声学制导鱼雷、水雷。

4、结论

利用激声原理研制未来潜艇的侦察装备、武器，很可能至少是中期前景，甚至是长远未来的事。但是现在就应该为未来武器装备的研制奠定坚实的基础。

二十世纪激光成为现代侦察、目标指示系统不可或缺的组成部分。二十世纪末、二十一世纪初，没有有源相控阵雷达的战机不可能被认为是技术进步的巅峰，显然不及装备有源相控阵雷达的对手。

近十年军用激光将大大改变陆地、海洋、空中战场的面貌。很可能，本世纪中叶至世纪末“激声”也将对水下战场的面貌产生深远影响。

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