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潜舰匿踪技术

台《海军学术月刊》林武文/文


    提　　要：

    一、由于中共强大的潜舰舰队是造成台湾海峡军力不平衡的主要因素，而以潜制潜则是最高的海上决胜的主要战术。

    二、潜舰与水面舰最大的差异，在于潜舰以隐密奇袭为主，因此潜舰作战，兼具战略及战术意义，战略上以其神出鬼没之师，可以形成震撼吓阻之反击力量；战术上，以其隐蔽匿迹之姿，可以遂行奇袭歼敌的战场主宰。

    三、潜舰的设计考虑参数，主要分为载台，战斗系统以及海洋作战环境，而隐形技术则为三者共通的关键性技术，不仅硬件须与载台配合，软件更是战斗系统与作战环境不可不考虑的决胜因素。更由于作战环境牵涉到地域特性，因此，绝不能假手于外人，而必须靠国人平时不懈怠的数据库的建立及充实。



    [b]壹、前言[/b]

    在国人殷切期盼下，美国终于答应售我八艘传统潜舰，也为我国未来的水下防卫作战注入了生力军，有鉴于大部分国人对潜舰的好奇与陌生，因此，乃就本人过去数年来有关潜舰的特性的研究〔注一～十〕，特别是潜舰有别于其它表面舰艇的特殊设计理念－隐形技术，作一整理，以分享国人。

    这几年来，由于中共引进了苏联的基洛级（Kilo）潜舰，其舰体所涂覆的特殊消音瓦，能有效的降低中频声纳的侦测机率，水下的隐形技术，再度引发国人的高度关切，而在不久前下水的日本传统潜舰「亲潮」号，也在舰体加装了格状棋盘形的消音瓦，显示了未来水下隐形技术发展的重要性及其趋势。

    潜舰作战以隐密奇袭为主，为达成该作战目标，潜舰之设计制造，首先必先以隐形为主，也就是将潜舰本身在进行作战任务时，可能产生的物理场降低或消除，以免为敌方之侦测系统所侦获，这些物理场，包括：潜舰本身进行时，推进器所产生的声场、潜舰本身切割地球磁场所产生的异常磁场、引擎或空调系统所产生的热（红外线）以及由于不同金属舰体在海水中所形成的电磁场等。

    随着前苏联的瓦解以及后冷战时期的结束，世界局势，由以往意识形态之对立逐渐转为区域冲突，战争的型态，也由大洋作战的深水对抗，演化成近海作战的浅水攻防，使得传统适用于浅水海域，如水雷一类的水中武器的重要性重新获得重视。传统的感应水雷，从早期的单一磁引信到声磁压复合引信，已逐渐因扫猎雷的技术日益精进而渐失去其光环，水中攻防技术也由于新技术的引入而迈向另一个里程碑，科学家必须另起炉灶，寻求在浅水海域可以侦潜防潜的工艺。

    早期，声纳被认为侦潜最有效的利器，然由于近年来潜艇声防护技术的提升，例如：前苏联的Kilo级常规潜艇，台风级核子攻击潜艇，美国之洛杉矶级，俄亥俄级潜艇等之加装消音瓦，使得中频声纳（7～10kHz）的功能大打折扣，侦潜声学系统乃朝向大功率低频主动式声纳（High Power，Low Frequency Active Sonar，简写成LFAS）系统发展，然而，在近岸浅水海域，由于海水中富含浓悬浮粒子与多样海底底质的特性，产生高混响（Highly Reverberant）与多层次（Heavily Layered）效应，使得音响侦测效能受到相当的挑战，导致误警机率（Probability of False Alarm）

    也相对提高，因此，非音响方式侦潜的研究，也逐渐受到重视。

    此外，由于非音响感应式水雷的技术（如磁感应水雷、压感应水雷）相当成熟，且其精进型的研发亦不绝于途，面对浅水海域作战环境诡谲多变的态势，早年可以不凿痕迹通过的海域，或轻易反制的水下武器，未来可能荆棘遍地，丝毫不得大意，因此，海军舰艇，特别是潜舰，必须针对日益智能型水雷的威胁，以及非音响水下监侦系统侦测方式，及早作适当的防护措施，以提高自身的存活率及战力〔注十二〕。

    所谓「隐形技术」，就是指「为防护自己免于受到敌人侦测系统所侦获的各种措施」，因此，载具所产生会被侦测到的特征信号，均为防护措施重要之课题。对一般水面舰艇而言，隐形技术主要是针对雷达波和红外线等特征，而以雷达之隐形最为主要，至于潜舰之隐形技术，也就是探讨，潜舰如何反制侦测系统的各种措施，包括：潜舰航行时，引擎、推进器、空调及泵所产生的声音；其船壳切割地球磁力线所产生之磁场变异；引擎或热源产生之红外线，以及船尾迹流（Wake）现象等物理场。兹分析如下：

    [b]贰、水声隐形技术[/b]

    由于声波在海水中可做长距离的传播，使得声纳成为侦潜的利器，也因声纳技术有了长足的发展，使得潜艇不再是纵横水下的无敌杀手，为了对抗声纳的侦测，在这几年来，世界各国减噪技术之提升，使潜舰辐射噪音强度大幅降低至100 dB re 1V／uPa以下〔注十三〕。尤其中共引进了前苏联的基洛级潜舰，能有效地降低中频声纳的侦测，且德国212型级常规潜舰采用低磁钢和MTU公司的无磁柴油机技术及艇上装配消磁系统等之减磁技术，可使磁场强度降低三分之一，因此再一次显示了未来水下匿迹技术的重要性。

    在声纳方程式中，与隐形技术相关的参数是潜舰本身的目标强度及其辐射出的噪音强度。因此，潜舰必须针对声纳的特性予以因应，才能减少被声纳侦获的机率，反制之道只有从降低本身的目标强度，以及减少本舰之辐射水声迹讯着手，才能达到隐形的效果。

    一、降低目标强度

    所谓目标强度，是距离目标中心1米处，所量测到目标之回波与入射声波之相对强度之比。影响目标强度的因素：包括目标之形状、结构、材料、方位，声纳之工作频率、脉波宽度等〔注十四〕。因此，降低目标强度之技术，事实上，和降低雷达截面（RCS）的技术，其原理类似，包括：改变构形、使用无回音之涂覆物以及安装消音瓦等消音技术〔注十五〕。

?  改变构形

    改变构形之目的在于使回波能偏离接收器的方向，对隐形战舰而言，而降低RCS为最直接有效的方法，是外形设计上尽量避免直角、空腔或断面结构，以减少镜面反射或共振面产生较强的反射波，因此，常使用多斜面的舰桥设计，或加装金属网，将舰体反射之雷达波偏折以减少RCS。此外，亦需注意尽量减少舰体表面有任何突出物，例如：天线或武器系统等。而对潜舰，则尽可能采用流线形，并尽量避免存在空腔，或外形不连续之突出物，以减少声音散射或引起共振。

    采用无回音涂覆物

    德国人于二次大战时设计Alberich复合材料铺设于潜艇金属外壳上的目的，主要是针对美﹑英两国之主动声纳，而以其工作频带10～20 kHz为主要衰减范围，而经实验证实，在频率8～18kHz时，可使入射声波衰减超过30 dB，且有效深度可达水下68米；但其缺点为：在此工作深度时，Alberich会因海水之静压而变形，导致原先之设计功能无法达成。同时，其吸音特性亦受水温及静水压的影响。而美国Goodrich公司也展开水下吸音材料的研发，其最著名的代表，即所谓的「Rho-C橡胶」，表示该橡胶材料之声阻抗（密度与声速之乘积）和海水非常匹配。此项材料以后被广泛应用于

    声纳之声窗（Acoustic Window）用。Goodrich公司的另一项产品SAPER，也是脱胎于德国的Alberich，但不同的是，德国Alberich的工作压力，只能达到688kPa，而SARER则提升到1.72 MPa，该系列的材料，包含一连串不相连的空腔，而为了能抵抗静水压力，在这些空腔中被注入了压缩空气，使其压力等于设定水深之静水压，因此，它可以在较高压力下工作，而不致有太大的变形，也因此可以使涂覆此种吸音材料的潜艇，在不同工作深度下，都能维持它的功能。

    安装消音瓦

    前苏联在二次大战后，继承了德国人的技术，而全力发展水下吸音材料，并在六十年代，开始部署在其台风级弹道飞弹核子潜艇，其技术一直居于世界领先之地位。以中共所引入之基洛级常规潜艇为例，其消音瓦对7～9 kHz中频声纳之吸音效果，可达25 dB左右，NATO和美国将这一类吸音材料，称为Clustergurad〔注十六〕，敷贴在潜舰艇壳上，可使MK46鱼雷的侦获距离减少50%。

    美国则在八十年代，开始发展固特异A型及AA10型消音瓦，并于洛杉矶级攻击性核子潜艇上，安装反声纳吸音涂覆层，到如今，所有俄亥俄级和海狼级以后之各级潜艇上，也都安装有此类材料，瑞典皇家海军的Sjoormen级、Nacken级以及哥特兰级也先后加装了消音瓦。

    潜艇安装消音瓦之后，它一方面能吸收敌方主动声纳发射的声波，减少回音的反射量，因而降低敌主动声纳或是归向鱼雷侦获潜艇的机率，同时，由于消音瓦之机械阻尼特性，更能抑制潜艇本身的振动及流动噪音，降低潜艇之辐射自身噪音，目前消音瓦吸音系数可达0.9以上，显示安装消音瓦的潜艇，可使敌声纳的探测能力降低50～75 %左右，而造成敌声纳侦潜困难，另外，前苏联潜艇阿库拉级和S级在安装消音瓦之后，使美国之MK46反潜鱼雷之侦测，距离减少500～1000码，并使美国潜艇声纳BQ5的侦测距离缩短25%～50%，证明消音瓦之声隐形效果，十分良好〔注十七〕。

    二、降低辐射水声迹讯的音源强度

    目标舰所辐射出来的音源强度，主要来自舰船本身的机械噪音，螺桨噪音及水动力噪音。机械噪音，包括：引擎、各种抽水马达、发电机、减速齿轮、轴承以及空调设备等运转时所产生的噪音。而螺桨噪音，主要是指?叶旋转时的击声或?叶空蚀所引起的噪音，但通常不包括涡轮内部叶片产生的空蚀所引发的涡轮震动或管路震动。此外，推进大轴旋转时，带动?叶旋转，导致之叶片转动率以及?叶不平衡所导致的舰船壳体振动等均属之。低速时，螺桨噪音并不明显，而一旦空蚀发生，噪音便很明显激增。至于水动力噪音，则是指水流通过艇壳时，由于不规则压力扰动所引起的噪音，包括：船壳边界层内的紊流、或尾迹紊流、以及引起的声音及振动等，这些物理现象所引起的噪音，通称为流动噪音。

    为了有效降低敌被动声纳的侦获机率，舰船本身的辐射声讯必须尽可能的降低，若舰船的噪音强度降低5dB，则音响自导鱼雷的追踪半径将下降28%，音响水雷的引爆半径将缩小43%，而因本舰噪音的降低，其声纳之侦测距离对同一目标而言，增大了63.5%，搜索面积比原来扩大了2.7倍。

    至于降低辐射水声迹讯的音源强度，包括：减少舰船本身各种周期性转动机械运转时所产生的巨大声讯，这些讯息可经船体结构传至水中，即所谓的结构性噪音，其中一部分与水耦合，再经由水介质辐射出去，即得水性噪音，成为敌人声纳所欲侦测该目标船舰之声纹数据，这些声纹数据，还包括?叶以及水动力噪音等。其中，以推进系统所产生的噪音最为严重。

    在降低机械噪音方面

    对高速舰艇，为兼顾推进效率及静音要求，在推进主机的选用方面，除了传统的燃气涡轮热机系统外，也有采用喷水式推进系统，电磁推进或磁流动力推进（MHD）技术，如：前苏联的AK级潜艇采用电磁推进，而其台风级、O级和D级潜艇的尾柱上，则安装了磁流动力推进器，而英国的敏捷级﹑特拉法尔加级，和美国的海狼级核潜艇，则采用喷水推进，平均可降低10dB左右的噪音，而前苏联的绝气推进系统（AIP），最近也逐渐被西方国家所接受，如瑞典的哥特兰级潜艇，即采用AIP为其推进主机。机械噪音起因于推进主机、辅机、大轴以及船体振动所产生的声音，其降低与控制的方法大都采用吸音、遮音、阻尼（振动衰减）或弹簧（振动绝缘），兹分述如下〔注十七〕：

    吸音：吸收声音之能量，通常是将声能转变为热能而消除之，使用材料大略可分为多孔质吸音材料（如岩棉、木屑、玻璃纤维等），开孔板材料（如开孔石音板、开孔石棉水泥板、开孔铝板等）以及板状材料（如合板、石棉水泥板）等三类。对于噪音辐射量较高的装备，应以内贴吸音衬材的护罩加以密封，机壳散热或冷却的空气进出口需加装消音器，且基部与底部结合的部位，均应以橡皮之类的避振材料做衬垫，以防止振动能量之传播。又为了降低机舱内之噪音强度，在机舱的顶盖，前后隔舱壁，以及两舷的侧壁均须铺设吸音材料。

    遮音：间接减低音源的振动，换句话说，也就是遮蔽声音的传递。使用材料包括用于舱壁上覆盖之石棉或石膏板等。如通风管之外围均须以遮音的衬材加以包裹。并于适当位置插装消音器，且通风管、消音气的所有悬吊装置均应具备避振功能。

    阻尼：吸收来自振动源之振动能量，使用材料大部分采用金属、橡胶、塑料等材料，以喷涂或铺设方式加在船壳内部或船舱底板，以有效降低该区域结构噪音辐射至水中的强度。

    弹簧：为降低装备之振动，使振动源之振动不直接传至舱壁、基座或周遭之附属物，使用材料大都是金属弹簧、防振橡胶、气垫等。对于船舱内所有振动较剧烈的装备（如：主机及发电机等）之振动，会经由底座传至舰壳，将能量辐射至水中，因此在各种机械装备与其底座之间应该加装弹性基垫、座架，以获得较大减振消音之效果。

    在降低螺桨噪音方面

    部分潜舰或水下动态武器，例如鱼雷，则采用固定螺距螺桨（FPP），包括：对转螺桨（CRP），或结合转子（Rotors）、静子（Stators）与护罩（Shrouds）的导罩式螺桨及喷泵系统。就潜舰所辐射的水声迹讯中，以推进主机（活塞的前后运动）所产生的低频线谱最为明显，而高频部分，则以推进系统的螺桨噪音最为重要，起因于大轴及?叶振动，对于大轴应做局部船体结构振动之模态分析，于轴承与减速齿轮，加装吸音或遮音包裹衬材与避振阻尼基垫，以期降低大轴运转之振动效果，且大轴应定时检查轴承、减速齿轮，以避免因其老化超限而产生不应有之噪音。  

    叶所产生的噪音，包括：流动噪音及空蚀噪音。流动噪音可由减少?叶表面及轴毂的粗糙度或突出物而获得改善。而对于?叶在设计时应予以最佳化设计使其避免产生空蚀噪音，如未能达到此效果时，则可实行下列方式来减低：

    使用通气系统，由?叶叶上设计一系列气孔排气放出由小气泡所组成之气泡群，使?叶所辐射出的水流噪音，先与气泡作用而产生反射损失与穿透损失，其次再由细小的气泡流将?叶噪音由低频转换成高频，因高频噪音衰减率较大，不易传播，使得?叶噪音强度降低。

    使用可变螺距（CPP），潜艇在低速时用小螺距，在高速时用调整为大螺距，对于操纵可交互运用而提高推进效益，但其噪音强度随?叶转速增加及螺距减小而增加，因此对于可变螺距?叶设计选用，如何寻求最佳之?叶转速/螺距之组配，期使潜艇在航行操控时，获得高效益的推进与低?叶噪音

    由于桨叶鸣音时必然随着很明显的叶片振动，因此，避免鸣音的方法可以降低叶片的共振效应着手，此可以用高阻尼合金来制作?叶片或减振处理方式来达成，或者是改变涡流溢放频率来防止叶片共振，此可透过削尖或钝化叶片前缘或后缘来完成，只要不影响桨叶的强度即可。

    三、在降低流动噪音方面

    当船速高达某一速度以上时，海水流经船壳上不滑顺部分（如船壳焊接施工时所遗留之凸出不平的外表或海生物滋长附着物）会造成边界层内压力急剧的变化，或在船壳上突出物之后方，造成水流剥离现象（Flow Separation），产生气泡与出现周期高低压交替现象。导致水分子振荡产生特定频率之流动噪音，一般而言，由流体动力所造成的噪音强度与其速度之平均马赫数（Mach Number）的5.4次方成正比，显示直接由边界层内之压力搅动所产生的噪音强度，会随船速之提高而大辐增加，容易造成明显的线谱，被敌人声纳所侦获，或借着结构传播及海水传播路径到声纳音鼓，成为本舰噪音，因此必须降低流动噪音，其技术包括：?流线形舰船构形设计。?采用X型艉舵。?涂覆聚合物减阻涂料。?安装消音瓦。?减少突出物。?艇壳设计系列气孔，排放气泡群成气罩屏蔽。

    总而言之，潜舰在建造时，其辐射噪音量已经设计与评估，待出厂完工后，其辐射噪音量大致已经定型，但在舰船大修或加改装后，则必须针对原始减振降噪的机构，重新审查，最好的方式是定期在水下音响测试场作噪音量测，分析在不同速率﹑不同机械组合时的特征信号声纹，以检视各种静音装置是否失效或衰减的参考。

    [b]参、水下磁隐形技术[/b]

    由于建造潜艇的材料，以及其推进系统，大多为铁磁材料，因此，不可避免的会受地磁的作用而磁化，而在舰船周围产生舰船磁场。当潜艇在水中潜航时，也会切割地球的磁力线，使附近的地磁场造成磁异常现象。水中反潜武器，如水雷所使用的磁感应器，或鱼雷所使用之近发引信，便是以此物理现象为基础所发展出来的。而反潜侦测系统，如美国之P3C反潜机﹑SH60B / F反潜直升机，均安装有AN/ASQ81型磁异侦测仪。因此，为了达到磁匿迹的目标，潜艇必须致力于磁防护措施，减少其本身的磁信号，以免为敌之磁探仪或水中武器的磁近发引信所侦获，以提高潜艇的磁匿踪能力，而达到反制敌方反潜飞机之磁探仪，或水中武器的磁感应引信，以提升其隐蔽性和存活率。

    一、被动式消磁技术

    目前世界各国对磁隐形隐形技术的发展，大略是朝几个方向进行〔注十八〕：

    采用低磁性材料

    德国建造其212型常规潜艇时，艇壳即采用1.3964奥氏体钢制造，此种材料为一种无磁性钢材，具有良好的机械特性和耐腐蚀的能力。前苏联在六十年代建造的645型核子潜艇，亦曾采用低磁性钢，以降低此型潜艇的磁场强度。

    八十年代以后，更采用钛合金作为壳体和导流罩材料，钛合金是一种无磁性、抗腐蚀性、重量轻、坚固的金属，但由于不易焊接，且价格昂贵，并不为西方国家所采用。此外，在前苏联之基洛级常规潜艇之舰艉，稳定翼及舵等部分，也都大量使用低磁性钢，而其声纳导流罩部分，则采用钛合金，以有效地降低该艇的磁性。西方国家则采用玻璃强化塑钢一类的复合材料，以及高张力铝合金于上层结构﹑指挥塔等，以降低舰艇之磁场。

    采用低磁性设备

    广泛采用低磁性设备，例如：船用主机﹑发电设备及武器系统等，均采用无磁性或低磁性材料，以降低潜艇整体的磁信号强度，例如瑞典的绝气推进系统，更大量采用低磁性材料，使其哥特兰级潜艇成为磁隐形之潜艇，以及德国在其212型常规潜艇中，特别采用了MTU公司的无磁柴油主机，此一先进技术，已引起国际上广泛的重视。

    二、主动式消磁技术

    对于无采用低磁性或无磁性材料的主机﹑推进系统﹑传动轴或武器系统等，则采用局部消磁或低磁化补偿措施，此即所谓的主动式消磁技术。目前，舰船消磁最基本的方法，就是利用电流通过线圈产生磁场，来消除舰船的磁性，或针对舰船的磁场作局部补偿。以消磁方式而言，可分为固定线圈消磁法和临时线圈消磁法两大类。

    采用固定线圈消磁法

    目前大部分国家的主力舰艇，在该舰船内部，均安装有消磁线圈，使用时将电流通入线圈，使其产生与舰船磁场大小相等﹑方向相反的磁场，而抵消舰船本身之磁场，并随时监测各主要装备和舰艇本身的磁异常现象，作及时消磁和磁补偿。当舰艇航行时，可调整消磁线圈中的电流，使其产生的磁场，自动地随舰船所在的纬度﹑航向及横摇的变化，作出对应的改变，使舰船磁场能有良好的补偿，也使舰船能随时保持在磁安全范围内。目前，前苏联基洛级潜艇与德国的212型潜艇均有安装。

    采用临时线圈消磁法

    临时线圈消磁法，主要是透过消磁站或消磁船来进行的。当舰船需要实施消磁时，先在舰船上临时绕上消磁线圈，或开到消磁站已铺设好消磁圈上方，进行消磁，然后，再把临时绕上的消磁线圈拆除，或驶离消磁站。

    一般使用临时线圈消磁，主要是消除舰船的永久磁性（或称固定磁性），有时也使舰船产生反向磁化，以克服垂直方向的感应磁场的影响，而对安装有固定线圈的舰船，临时线圈亦可视任务需求，对舰船之磁场特征加以调制。通常，小型舰艇及无内装固定消磁线圈之某些常规潜艇，多采用临时线圈（或消磁站）消磁，而大型舰船或扫雷舰艇，大部分采用固定线圈消磁法，但有时因任务需求，两种方法都用。事实上以上两种消磁方法各有千秋，固定线圈消磁法，能补偿舰船因航向、纬度改变及横摇所造成的磁场变化，能有效补偿舰船磁场，但设备及电缆耗费庞大，而消磁时，电力之耗损也颇可观，增加舰船之酬载及人力负荷。相对的，临时线圈消磁法，主要目的是，消除舰船的固定磁性，而对感应磁场则无法补偿，然而，在一段时间后，固定磁性又再恢复，因此之故，以临时线圈消磁，必须定期重复实施。总而言之，为了确保舰船安全，防止其受磁性武器之攻击，以及降低其被磁探测仪侦获的能力，最好是每年定期，或机动的实施消磁及整磁。

    [b]肆、电磁隐形技术[/b]

    由于海水本身是导电介质，当潜舰航行时，舰体不同位置的金属同时浸泡于海水中，由于不同的氧化电位，而产生电化学反应，形成一电池，氧化电位低的(如锌、铁等)形成阳极，氧化电位高的作为阴极，因阳极在电化学反应时，会形成离子而溶于海水中，称为腐蚀(Corrosion)，其中：最为严重的是，?叶所使用铜合金(如镍铝青铜)，与舰壳常使用的钢，此两种不同电位的金属置于海水中，便由于电化学反应而导致船壳腐蚀，此一现象为十八世纪时，意大利的科学家伽凡尼(Galvani)所发现，故称为伽凡尼反应(Galvanic Reaction)，当此反应发生时，即有腐蚀电流产生，而

    为了防止舰体腐蚀，舰船大都配赋有防腐蚀系统，例如：强制电流阴极防护系统（即Impressed Current Cathode Protection系统），简称为ICCP系统，此系统运作时，亦伴随有电流产生，因此，即导致电磁迹讯的发生。

    潜舰艇所产生的电磁迹讯(Electro-Magnetic Signatures)，包括：静电场(Static Electric，简写成SE)或水下电位(Underwater Electrical Potential，简写成UEP)，与电化学反应产生的腐蚀相关磁场(Corrosion Related Magnetic，简写成CRM)，及极低频之电磁场(Extremely Low Frequency Electro-magnetic，简写成ELFEM)迹讯，兹分析如下：

    SE迹讯，主要由腐蚀电流、或腐蚀防护系统的电流中的直流电，流经海水所产生。CRM迹讯通常伴随SE迹讯而产生，主要是由电流产生磁场的效应所引起的。此与铁磁舰壳(Ferromagnetic Hull)切割地球磁场，或被地磁磁化所引起的铁磁迹讯(Ferromagnetic Signature)不同，其感应距离较近，信号较强，频率较低，接近于直流(DC)，为一种近场效应(Near-Field Effect)，一般磁感应水雷即针对此种铁磁迹讯作感测。至于与腐蚀相关之磁信号，它和一般舰船磁信号不同的地方，在于它是由前面所述的静电场所引起（电流的流动产生磁场），其衰减和距离的三次方成比例，而一般铁磁现象所产生的信号，其信号强度和距离的平方成比例，衰减较前者为慢，可采用主动式阴极防护法（ACP）来改善。此外，它在海面上有较大的振幅，为其主要特征〔注十九、二十〕。而CRM迹讯为一种交流(AC)信号，它的衰减较慢，可传播到较远距离，显示出远场(Far Field)的威胁，是近代水雷发展的方向。

    ELFEM迹讯依其产生的来源之不同，其频谱，可分布在两个不同的频域，即：ICCP的电流受到电源频率(Power Frequency)调制的极低频之电磁场，简称PF ELFEM，大约在几百Hz左右，和大轴转速(Shaft Rate)有关的极低频之电磁场，简称SR ELFEM，其频域大约在几十Hz左右。PF ELFEM主要是来自于腐蚀防护系统的电流，受到不良的ICCP系统的电源供应器的调制(Modulation)所引起的，当然，船上的交流电源或旋转机器亦会产生类似的电磁场，只是这种电磁场受舰壳影响，很快衰减，因此不会被水雷或水下监侦系统所感测。至于SR ELFEM迹讯，则是由流入?叶的防腐蚀系统的电流，受?叶大轴的转速率所调制而引起的。当大轴转动时，大轴轴承或滑环(Slip Ring)的电阻产生飘移，使得通过大轴的ICCP电流受到调变，联带使其产生的电磁场受到调变，而产生极低频之电磁场辐射出去。

    根据以上的叙述，我们大致了解潜舰所产生的磁迹讯的种类及其原因，以下我们再来探讨如何降低或消除这些迹讯。

    一、降低SE和CRM迹讯的方法

    降低近场的SE迹讯与CRM迹讯的方法，与该潜舰所使用的防腐蚀系统有极密切的关系，常用的防腐蚀的方法，有(1)阴极保护法(Cathode Protection)、(2)钝化法(Passivity)、(3)阳极保护法(Anode Protection)、与(4)保护层法(Protective Layers)。兹说明如下：

    所谓钝化法，其处理的方式，是让金属表面生成一层保护膜(Protective Film)，以防止内部的组织进一步氧化(生锈)，例如：将铁浸泡在浓硝酸(Concentrated Nitric Acid)中，可以使铁表面产生一层保护膜而使铁钝化。

    所谓阳极保护法，是利用当高电流由金属流入电解液时，该金属之电位会因金属离子的快速堆积而趋近于阴极的电位，也可能会有氧化膜的形成，此两种效应当中任一种发生时，皆可防止腐蚀到某一种程度，但此法对在海中航行的舰船不适用。

    所谓保护层法，是利用金属和空气接触时所形成较为密致的氧化层，以阻止内部金属继续氧化之法，例如：一般钢铁暴露于大气中时所产生的厚氧化层（锈），因其结构较松散，反不如不锈钢、铝、铬、钛等金属上，所生成的几乎看不见的薄薄的一层氧化膜来得具有防蚀功能，因此，在低合金钢中，加入少量的铬、铜、镍等，使其具有自我防护的功能，是常用的防腐蚀方法，但此法不一定能适用于浸泡于海水中的舰船。

    至于所谓的阴极保护法，乃是利用电化学反应时，阳极因腐蚀而溶解，但阴极因还原作用而受保护的原理。这个方法的发现，可以追溯到公元1824年，英国科学家韩福瑞、戴维（Humphry Davy）发现在盐水中，铜与铁或锌耦合时，铜本身会被保护，而免于腐蚀，他因此向英国皇家海军推荐，在铜壳船体上，藉使用铁块与船壳接触，利用牺牲铁块而达到防止铜壳船身腐蚀的目的，此为最早的牺牲阳极的阴极防护法。1829年，任职于英国皇家都布尔(Royal Dublin)大学的化学教授，爱德蒙、戴维（Edmund Davy）改良他的方法，将锌块安置在铁壳浮标之上，而成功的保护铁壳免于锈蚀。1840年罗勃、马力特（Robert Mallet）生产一种锌合金，特别适合作为牺牲阳极，因此，当钢取代木材成为标准的舰壳材料以后，所有英国舰船均在船壳上装配这一类的锌合金，成为标准配备，沿用迄今。此即早期，一般舰船常采用的所谓牺牲锌阳极法(Sacrificial ZincAanodes)〔注二一〕，是一种被动式阴极保护法(Passive Cathode Protection，简称为PCP)。

    至于所谓的主动式阴极保护法(Active Cathode Protection，简称为ACP)，是因电化学腐蚀的产生，常伴随着阴极和阳极间电流的流动，因此，若能控制此腐蚀电流的流动，即可防止腐蚀现象发生，而终极之目标，即为抑制所有由阳极所流出的电流，此可透过外加电源的方式，强迫电流流进阳极面(此和在腐蚀过程中，电流由阳极流出相反)，使阳极蜕变成阴极而达成防腐蚀的目的，故又称之为强制电流阴极保护法。

    CRM虽然是一种磁迹讯，但由于CRM是由潜舰外海水中的电流所产生，故无法透过船内的整磁系统(Degaussing System)来消除，此整磁系统，只能针对舰船本身的铁磁壳体，因受地磁场作用所感应的磁场，即所谓的铁磁场迹讯发挥作用，对CRM则不生影响。虽然CRM是伴随SE而生，但降低近场的SE迹讯却并不保证一定会降低CRM迹讯，反之亦然，而且，虽然ICCP系统是用来防止舰船的腐蚀，但在达成低迹讯时，也可能会牺牲部分的腐蚀防护，反之亦然，同时，潜舰也无法阻止其它船用电机所产生的杂散电流或接地电流流入海水中，因此，也不能完全消除SE和CRM场。

    二、对极低频之电磁场迹讯的防护

    而伴随静电场之腐蚀相关磁场（CRM）信号，还有极低频电磁（ELFE）信号，产生的原因，包括流入螺桨轴之静电流（SE）之变化，经由轴承返回之电流，以及由于大轴转动时轴与轴承间电阻的改变等，此可透过主动式轴的接地（ASG）及被动式轴的接地（PSG）技术来消除〔注二一～二四〕，例如：加拿大W.R.DAVIS工程公司之AN/SJQ501 ASG系统，已为加拿大、日本、荷兰、瑞典、澳大利亚、美、英、法、德等国海军舰艇采用。

    前面提过，产生极低频之电磁场迹讯的主要来源有两个，即：由电源供应器所产生的PF ELFEM，和与大轴转速率有关的SR ELFEM，因此，降低极低频之电磁场的方法，可以直接由其发生源来寻求解决。首先，针对降低PF ELFEM迹讯来说，有二种方法：

    使用线性电源供应器

    该线性电源供应器，配合在ICCP的电源供应器的控制电路，加装输出滤波装置，可以有效降低作用于防腐蚀电流上电源之频率的变化，使其涟波较为稳定。

    使用切换式电源供应器

    切换式电源供应器（Switch Mode Power Supplies，简写成SMPS)，以SMPS取代ICCP系统的电源供应器，可以有效地去除电源的涟波，主要是由于SMPS可以将电源之频率，转换到更高的频率上。只要电源供应系统正常运作，PF ELFEM的迹讯自然就会消除到最低限度。

    至于降低SR ELFEM迹讯的方法，基本上就是产生一电流用以抵消伽凡尼效应，使得大轴或轴承上无电流存在，此可由将电流回路加以短路，或以被动式大轴接地法(Passive Shaft Grounding，简称为PSG)或主动式大轴接地法(Active Shaft Grounding，简称为ASG)等方法来达成。兹说明如下：

    被动式大轴接地法

    被动式大轴接地法，主要是在大轴和舰壳之间，透过滑环及轴榇(bushes)而以导线连接，因而使大轴和舰壳间的电阻降低，因此，也降低了防腐蚀电流的漂移。相对应的，也降低了SR ELFEM迹讯。一般商船也用被动式大轴接地法来降低大轴和轴承的腐蚀。

    主动式大轴接地法

    主动式大轴接地法，此系统利用一组感应装置，透过滑环组(Slip Ring Assembly)，来侦测大轴和壳体之间的电位差，并将此电位差信号放大，来控制大电流供应器，驱动滑环和壳体的电流，它能确保大轴与壳体间无电位差存在，因此，也保证防腐蚀电流的漂浮量趋近于零，也连带的消除了SR ELFEM的迹讯。

    一般海军舰艇的主动阴极保护系统(ACP)的电源供应器，其电压和电流大约是30伏特，150安培，主要是用来保护船壳，防止腐蚀。而此电源之谐波(Harmonics)传入海水中，却产生极低频的电磁迹讯(ELFEM)，主动大轴接地系统(ASG)则纯粹是用来防止此种ELFEM迹讯的装置，但这并不意味着主动大轴接地系统(ASG)可以取代主动阴极保护系统(ACP)，此两种系统的功能是完全不同。

    [b]肆、电磁隐形技术[/b]

    由于海水本身是导电介质，当潜舰航行时，舰体不同位置的金属同时浸泡于海水中，由于不同的氧化电位，而产生电化学反应，形成一电池，氧化电位低的(如锌、铁等)形成阳极，氧化电位高的作为阴极，因阳极在电化学反应时，会形成离子而溶于海水中，称为腐蚀(Corrosion)，其中：最为严重的是，?叶所使用铜合金(如镍铝青铜)，与舰壳常使用的钢，此两种不同电位的金属置于海水中，便由于电化学反应而导致船壳腐蚀，此一现象为十八世纪时，意大利的科学家伽凡尼(Galvani)所发现，故称为伽凡尼反应(Galvanic Reaction)，当此反应发生时，即有腐蚀电流产生，而为了防止舰体腐蚀，舰船大都配赋有防腐蚀系统，例如：强制电流阴极防护系统（即Impressed Current Cathode Protection系统），简称为ICCP系统，此系统运作时，亦伴随有电流产生，因此，即导致电磁迹讯的发生。

    潜舰艇所产生的电磁迹讯(Electro-Magnetic Signatures)，包括：静电场(Static Electric，简写成SE)或水下电位(Underwater Electrical Potential，简写成UEP)，与电化学反应产生的腐蚀相关磁场(Corrosion Related Magnetic，简写成CRM)，及极低频之电磁场(Extremely Low Frequency Electro-magnetic，简写成ELFEM)迹讯，兹分析如下：

    SE迹讯，主要由腐蚀电流、或腐蚀防护系统的电流中的直流电，流经海水所产生。CRM迹讯通常伴随SE迹讯而产生，主要是由电流产生磁场的效应所引起的。此与铁磁舰壳(Ferromagnetic Hull)切割地球磁场，或被地磁磁化所引起的铁磁迹讯(Ferromagnetic Signature)不同，其感应距离较近，信号较强，频率较低，接近于直流(DC)，为一种近场效应(Near-Field Effect)，一般磁感应水雷即针对此种铁磁迹讯作感测。至于与腐蚀相关之磁信号，它和一般舰船磁信号不同的地方，在于它是由前面所述的静电场所引起（电流的流动产生磁场），其衰减和距离的三次方成比例，而一般铁磁现象所产生的信号，其信号强度和距离的平方成比例，衰减较前者为慢，可采用主动式阴极防护法（ACP）来改善。此外，它在海面上有较大的振幅，为其主要特征〔注十九、二十〕。而CRM迹讯为一种交流(AC)信号，它的衰减较慢，可传播到较远距离，显示出远场(Far Field)的威胁，是近代水雷发展的方向。

    ELFEM迹讯依其产生的来源之不同，其频谱，可分布在两个不同的频域，即：ICCP的电流受到电源频率(Power Frequency)调制的极低频之电磁场，简称PF ELFEM，大约在几百Hz左右，和大轴转速(Shaft Rate)有关的极低频之电磁场，简称SR ELFEM，其频域大约在几十Hz左右。PF ELFEM主要是来自于腐蚀防护系统的电流，受到不良的ICCP系统的电源供应器的调制(Modulation)所引起的，当然，船上的交流电源或旋转机器亦会产生类似的电磁场，只是这种电磁场受舰壳影响，很快衰减，因此不会被水雷或水下监侦系统所感测。至于SR ELFEM迹讯，则是由流入?叶的防腐蚀系统的电流，受?叶大轴的转速率所调制而引起的。当大轴转动时，大轴轴承或滑环(Slip Ring)的电阻产生飘移，使得通过大轴的ICCP电流受到调变，联带使其产生的电磁场受到调变，而产生极低频之电磁场辐射出去。

    根据以上的叙述，我们大致了解潜舰所产生的磁迹讯的种类及其原因，以下我们再来探讨如何降低或消除这些迹讯。

    一、降低SE和CRM迹讯的方法

    降低近场的SE迹讯与CRM迹讯的方法，与该潜舰所使用的防腐蚀系统有极密切的关系，常用的防腐蚀的方法，有(1)阴极保护法(Cathode Protection)、(2)钝化法(Passivity)、(3)阳极保护法(Anode Protection)、与(4)保护层法(Protective Layers)。兹说明如下：

    所谓钝化法，其处理的方式，是让金属表面生成一层保护膜(Protective Film)，以防止内部的组织进一步氧化(生锈)，例如：将铁浸泡在浓硝酸(Concentrated Nitric Acid)中，可以使铁表面产生一层保护膜而使铁钝化。

    所谓阳极保护法，是利用当高电流由金属流入电解液时，该金属之电位会因金属离子的快速堆积而趋近于阴极的电位，也可能会有氧化膜的形成，此两种效应当中任一种发生时，皆可防止腐蚀到某一种程度，但此法对在海中航行的舰船不适用。

    所谓保护层法，是利用金属和空气接触时所形成较为密致的氧化层，以阻止内部金属继续氧化之法，例如：一般钢铁暴露于大气中时所产生的厚氧化层（锈），因其结构较松散，反不如不锈钢、铝、铬、钛等金属上，所生成的几乎看不见的薄薄的一层氧化膜来得具有防蚀功能，因此，在低合金钢中，加入少量的铬、铜、镍等，使其具有自我防护的功能，是常用的防腐蚀方法，但此法不一定能适用于浸泡于海水中的舰船。

    至于所谓的阴极保护法，乃是利用电化学反应时，阳极因腐蚀而溶解，但阴极因还原作用而受保护的原理。这个方法的发现，可以追溯到公元1824年，英国科学家韩福瑞、戴维（Humphry Davy）发现在盐水中，铜与铁或锌耦合时，铜本身会被保护，而免于腐蚀，他因此向英国皇家海军推荐，在铜壳船体上，藉使用铁块与船壳接触，利用牺牲铁块而达到防止铜壳船身腐蚀的目的，此为最早的牺牲阳极的阴极防护法。1829年，任职于英国皇家都布尔(Royal Dublin)大学的化学教授，爱德蒙、戴维（Edmund Davy）改良他的方法，将锌块安置在铁壳浮标之上，而成功的保护铁壳免于锈蚀。1840年罗勃、马力特（Robert Mallet）生产一种锌合金，特别适合作为牺牲阳极，因此，当钢取代木材成为标准的舰壳材料以后，所有英国舰船均在船壳上装配这一类的锌合金，成为标准配备，沿用迄今。此即早期，一般舰船常采用的所谓牺牲锌阳极法(Sacrificial ZincAanodes)〔注二一〕，是一种被动式阴极保护法(Passive Cathode Protection，简称为PCP)。

    至于所谓的主动式阴极保护法(Active Cathode Protection，简称为ACP)，是因电化学腐蚀的产生，常伴随着阴极和阳极间电流的流动，因此，若能控制此腐蚀电流的流动，即可防止腐蚀现象发生，而终极之目标，即为抑制所有由阳极所流出的电流，此可透过外加电源的方式，强迫电流流进阳极面(此和在腐蚀过程中，电流由阳极流出相反)，使阳极蜕变成阴极而达成防腐蚀的目的，故又称之为强制电流阴极保护法。

    CRM虽然是一种磁迹讯，但由于CRM是由潜舰外海水中的电流所产生，故无法透过船内的整磁系统(Degaussing System)来消除，此整磁系统，只能针对舰船本身的铁磁壳体，因受地磁场作用所感应的磁场，即所谓的铁磁场迹讯发挥作用，对CRM则不生影响。虽然CRM是伴随SE而生，但降低近场的SE迹讯却并不保证一定会降低CRM迹讯，反之亦然，而且，虽然ICCP系统是用来防止舰船的腐蚀，但在达成低迹讯时，也可能会牺牲部分的腐蚀防护，反之亦然，同时，潜舰也无法阻止其它船用电机所产生的杂散电流或接地电流流入海水中，因此，也不能完全消除SE和CRM场。

    二、对极低频之电磁场迹讯的防护

    而伴随静电场之腐蚀相关磁场（CRM）信号，还有极低频电磁（ELFE）信号，产生的原因，包括流入螺桨轴之静电流（SE）之变化，经由轴承返回之电流，以及由于大轴转动时轴与轴承间电阻的改变等，此可透过主动式轴的接地（ASG）及被动式轴的接地（PSG）技术来消除〔注二一～二四〕，例如：加拿大W.R.DAVIS工程公司之AN/SJQ501 ASG系统，已为加拿大、日本、荷兰、瑞典、澳大利亚、美、英、法、德等国海军舰艇采用。

    前面提过，产生极低频之电磁场迹讯的主要来源有两个，即：由电源供应器所产生的PF ELFEM，和与大轴转速率有关的SR ELFEM，因此，降低极低频之电磁场的方法，可以直接由其发生源来寻求解决。首先，针对降低PF ELFEM迹讯来说，有二种方法：

    使用线性电源供应器

    该线性电源供应器，配合在ICCP的电源供应器的控制电路，加装输出滤波装置，可以有效降低作用于防腐蚀电流上电源之频率的变化，使其涟波较为稳定。

    使用切换式电源供应器

    切换式电源供应器（Switch Mode Power Supplies，简写成SMPS)，以SMPS取代ICCP系统的电源供应器，可以有效地去除电源的涟波，主要是由于SMPS可以将电源之频率，转换到更高的频率上。只要电源供应系统正常运作，PF ELFEM的迹讯自然就会消除到最低限度。

    至于降低SR ELFEM迹讯的方法，基本上就是产生一电流用以抵消伽凡尼效应，使得大轴或轴承上无电流存在，此可由将电流回路加以短路，或以被动式大轴接地法(Passive Shaft Grounding，简称为PSG)或主动式大轴接地法(Active Shaft Grounding，简称为ASG)等方法来达成。兹说明如下：

    被动式大轴接地法

    被动式大轴接地法，主要是在大轴和舰壳之间，透过滑环及轴榇(bushes)而以导线连接，因而使大轴和舰壳间的电阻降低，因此，也降低了防腐蚀电流的漂移。相对应的，也降低了SR ELFEM迹讯。一般商船也用被动式大轴接地法来降低大轴和轴承的腐蚀。

    主动式大轴接地法

    主动式大轴接地法，此系统利用一组感应装置，透过滑环组(Slip Ring Assembly)，来侦测大轴和壳体之间的电位差，并将此电位差信号放大，来控制大电流供应器，驱动滑环和壳体的电流，它能确保大轴与壳体间无电位差存在，因此，也保证防腐蚀电流的漂浮量趋近于零，也连带的消除了SR ELFEM的迹讯。

    一般海军舰艇的主动阴极保护系统(ACP)的电源供应器，其电压和电流大约是30伏特，150安培，主要是用来保护船壳，防止腐蚀。而此电源之谐波(Harmonics)传入海水中，却产生极低频的电磁迹讯(ELFEM)，主动大轴接地系统(ASG)则纯粹是用来防止此种ELFEM迹讯的装置，但这并不意味着主动大轴接地系统(ASG)可以取代主动阴极保护系统(ACP)，此两种系统的功能是完全不同。
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    这篇文章非常系统、全面的介绍了潜水艇“隐形”一系列方法和措施。因为其作者是台湾人，因此在语法和部分用于习惯上会和我们日常所接触的普通话有所不同，但基本上要领会作者要表达的意图还是没有问题的。
   
    实际上，潜水艇作为一种在水下航行的舰艇，其在光学领域上已经是“隐形”的了。而考虑目前侦察潜艇主要依靠声学原理（声纳），只要能够做到声学上的“隐形”，对潜艇的发现的难度无疑就是会非常高的。

    说到本质，潜艇要想做到“隐形”，最有效的手段就是用尽一切办法降低自己发出的声音。概括而言，这可以分为两大类。
   
    一是依靠外界的帮助。潜艇是无法完全做到真正意义上的“静音航行”的，潜艇只要做到发出的声音不比周围的声音响就可以了。打个简单的比方，如果你身边放一台大功率的音响，当你说话的声音比音响的声音低的时候，别的人就听不到你在说什么。同样道理，只要海洋里的其他声音高于潜艇的声音，或者能够帮助阻隔潜艇所发出的声音，就能够避免潜艇被发现。

    这包括利用海洋的背景噪音、利用洋流的不同、利用盐水层、温水层等，这些都能够有效地掩盖潜艇自身发出的噪音。有研究表明，一般情况下，大洋的背景噪音在90到95分贝左右（好像是这个数据，忘记具体了），只要低于这个标准，潜艇就不会被一般的声纳发现，美国的海狼传闻就能够达到这标准。同时海洋中洋流的变化，包括温水层等，就能够做到阻隔声音的作用。这是由于介质的不同，声波的传递就会受到影响。只要能够掌握这些洋流，也能够非常有效的帮助潜艇消声，二战德国就利用这个方法潜入大西洋。这就要求该国对这一海区的水文资料全面掌握，这是一个系统工程。

    以上是借助大自然的力量。如何合理利用大自然的力量为自己服务，将是将来的发展方向。

    第二点，使用自身的手段达到良好的消声效果。一个是控制音源，潜艇的音源主要是发动机、转轴和桨叶。目前依靠AIP系统是一个发展方向，中国也已经迈入这一领域；关于桨叶的噪音问题，英国新的核潜艇才去喷水推进的方式，这就能够有效降低噪音，中国目前也有在这领域取得一定的成果。另一方面，在外面裹上一层“棉袄”，也就是消声瓦，也能够有效降低噪音。

    至于其他文中提到的方式，由于目前的探测技术局限，还并不是非常迫切，潜艇隐身的方式还是以上几种为主。中国目前的潜艇研制水平与国际先进水平还是有一定差距，但这个差距在急剧缩短。093虽然难免让人有所失望，但我们应该纵向比较他的巨大进步，很多先进技术已经应用在新型的核潜艇上。而在常规潜艇上，由于中国未来的海洋战略需要大量的潜艇，常规潜艇的进步也是日新月异的。宋改的出现使得中国大量老式潜艇退役后没有出现较大的断层，039A（平秃子还以为是041，闹了大笑话）则是中国最新潜艇技术的代表。目前039A有确切证明的一共有4条，每条都有所改进，而且前后出现的时间也越来越短，这说明中国最新型常规潜艇即将最终成型。这是值得欣慰的。

    但比起中国潜艇部队需要面对的主要对手——日本和美国，我们的差距还是很大。所以我们前进的脚步必须加快再加快，实现保卫祖国海疆的战略目标。

非常喜欢潜艇 2战时期德国海军的狼群计划 真是非常华丽的

噪音问题

说白了现在的潜艇都是有很大噪音的，但是在大洋噪声的背景下是可以接受的，中国的093级的噪声应该控制到了一个相当可以的水平

中国军方把核潜艇作为杀手锏，从七十年代开始就重视了。这个东西和航空母舰不一样，美国航母有近百年的历史，战术和经验丰富世界第一，核潜艇诞生不过五十几年，各大国基本上闭门造车，我们和美俄差距不像主战舰艇那么大。

大洋背景噪声100-110分贝，洛杉矶级达到120，从简式等资料看093噪声水平应该还高于这个水平，130、140吧，质量还不算太好。

看看第一岛链的国家，尤以日本为甚，特别特别重视反潜技术，目的不言而喻。

其实隐形与通信总是相对的矛盾，这也影响潜艇能力的发挥．