新聞鏈接：(新華社北京2009年2月18日電)英國(guó)核潛艇“前衛(wèi)”號(hào)和法國(guó)核潛艇“凱旋”號(hào)本月初在大西洋發(fā)生相撞事故。有專家指出，本來(lái)這種相撞的概率很低，兩艘潛艇在大洋里游弋，就像一個(gè)體育館里兩只蜜蜂飛來(lái)飛去，它們?nèi)绻驳揭黄穑欢ㄊ嵌紱](méi)有睜眼睛和帶耳朵。
潛艇有眼睛和耳朵?你是不是覺(jué)得有些奇怪，其實(shí)這個(gè)眼睛和耳朵就是聲吶。
我們都知道，聲音可以在固體、液體和氣體中傳播，而且遇到障礙物后會(huì)被反射回來(lái)。蝙蝠的回聲定位就是利用的這一特點(diǎn)。而聲吶就是一種利用聲波能在水中傳播的特性，通過(guò)電聲轉(zhuǎn)換和信息處理，來(lái)完成水下探測(cè)和通訊任務(wù)的電子設(shè)備。它是水聲學(xué)中應(yīng)用最廣泛、最重要的一種裝置。它可以接收從被探測(cè)物體上發(fā)射來(lái)的聲波來(lái)確定該物體的信息，也可以向被探測(cè)的物體發(fā)射出聲波，利用回聲的特征來(lái)確定對(duì)方的信息。從這個(gè)方面上講可以把聲吶分成主動(dòng)式聲吶和被動(dòng)式聲吶。因?yàn)楫?dāng)水中或水面目標(biāo)運(yùn)動(dòng)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)和噪聲，被動(dòng)式聲納就可以接收到這種信號(hào)來(lái)探測(cè)對(duì)方的信息。這種被動(dòng)式聲吶隱蔽性好，識(shí)別目標(biāo)能力強(qiáng)，缺點(diǎn)同樣很明顯就是不能偵察靜止的目標(biāo)。主動(dòng)式聲納可解決這一問(wèn)題，但主動(dòng)式聲吶易暴露自己，且探測(cè)距離比被動(dòng)式聲吶短。
你可能會(huì)問(wèn)了，為什么在水中是用聲波來(lái)進(jìn)行相應(yīng)的探測(cè)?光波或者其它波不行嗎?這是因?yàn)樵谒羞M(jìn)行觀察和測(cè)量，聲波具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)，其他探測(cè)手段實(shí)現(xiàn)的探測(cè)距離都很短。就說(shuō)光吧，它在水中的穿透能力非常有限，即使在最清澈的海水中，人們也只能看到十幾米到幾十米深的物體;電磁波在水中傳播損失也很大，即使用大功率的低頻電磁波，也只能準(zhǔn)確傳遞幾十米。但是聲波在水中傳遞過(guò)程中的衰減就小很多。有科學(xué)家做過(guò)這樣的實(shí)驗(yàn)：在深海中一個(gè)幾公斤的炸彈爆炸時(shí)，兩萬(wàn)公里外還可以收到訊號(hào)。所以在液體中進(jìn)行測(cè)量和觀察，至今還沒(méi)有比聲波更有效的手段。
聲吶的技術(shù)至今已有100多年歷史了。其實(shí)早在1490年，意大利著名藝術(shù)家和工程師達(dá)?芬奇就曾說(shuō)過(guò)：“如果使船停航，將一根長(zhǎng)管的封口端插入水中，而將開(kāi)口放在耳旁，便能聽(tīng)到遠(yuǎn)處的航船。”可以說(shuō)，達(dá)?芬奇所說(shuō)的這種聽(tīng)測(cè)管即是現(xiàn)代聲納的雛型。這種方式跟中國(guó)古時(shí)提到的“伏地聽(tīng)聲”異曲同工。但這種聽(tīng)測(cè)管非常原始，它只是被動(dòng)地接收傳來(lái)的信號(hào)，不能探測(cè)水下目標(biāo)的方位，靈敏度也很低，屬被動(dòng)式聲吶的一種。
從嚴(yán)格意義上說(shuō)，第一部聲吶儀是1906年由英國(guó)海軍的劉易斯?尼克松所發(fā)明。他發(fā)明的是一種被動(dòng)式的聆聽(tīng)裝置，屬于被動(dòng)式聲吶，主要用來(lái)偵測(cè)遠(yuǎn)處的冰山。
真正促進(jìn)聲吶的迅速發(fā)展與成熟的歷史上著名的“泰坦尼克號(hào)”事件。1912年4月14日，英國(guó)豪華大客輪“泰坦尼克號(hào)”在赴美首航途中的北大西洋與冰山相撞而沉沒(méi)，這一有史以來(lái)最大的海難事故引起了很大的震動(dòng)，促使科學(xué)家研究對(duì)冰山的探測(cè)定位。英國(guó)科學(xué)家里查孫在船沉沒(méi)后5天和一個(gè)月以后連續(xù)申報(bào)了兩項(xiàng)專利，其中一個(gè)就提出利用聲波在空氣中和水中探測(cè)障礙物，要使用有指向性的發(fā)射換能器。
換能器是聲吶中的重要器件(如圖)，它是聲能與其它形式的能如機(jī)械能、電能、磁能等相互轉(zhuǎn)換的裝置。它有兩個(gè)用途：一是在水下發(fā)射聲波，稱為“發(fā)射換能器”，相當(dāng)于空氣中的揚(yáng)聲器;二是在水下接收聲波，稱為“接收換能器”，相當(dāng)于空氣中的傳聲器(麥克風(fēng))。1913年，美國(guó)科學(xué)家費(fèi)森登用自己設(shè)計(jì)的動(dòng)圈式換能器制造了第一臺(tái)回聲探測(cè)儀。1914年4月他用這臺(tái)設(shè)備發(fā)出的500-1000Hz的聲波成功地探測(cè)到2海里(約合3.7公里)之外的冰山。
緊接著，1914年第一次世界大戰(zhàn)爆發(fā)，從而極大地推動(dòng)了水聲定位技術(shù)的發(fā)展。第一次世界大戰(zhàn)期間，德國(guó)人利用新發(fā)明的U型潛艇，擊沉了大量協(xié)約國(guó)的軍艦和商船，一時(shí)橫行無(wú)敵，對(duì)協(xié)約國(guó)和其他國(guó)家的海上運(yùn)輸造成了很大的威脅，幾乎中斷了橫跨大西洋的運(yùn)輸。協(xié)約國(guó)和其他國(guó)家十分惱火，也下定決心發(fā)展水聲設(shè)備，用來(lái)偵測(cè)潛藏在水底的潛水艇。當(dāng)時(shí)不少著名的科學(xué)家都參加了這一工作，使得聲吶技術(shù)突飛猛進(jìn)。這其中就包括年輕的俄國(guó)電機(jī)工程師希洛夫斯基、法國(guó)著名物理學(xué)家朗之萬(wàn)等。朗之萬(wàn)和希洛夫斯基使用高頻率的超聲波，1915年底和1916年初在賽納河的兩岸間作傳播試驗(yàn)獲得成功，實(shí)現(xiàn)了兩公里的單向傳播，收到了海底的反射信號(hào)和200m外一塊鋼板的反射信號(hào)。
第二次世界大戰(zhàn)及戰(zhàn)后年代，各國(guó)都意識(shí)到了聲吶技術(shù)的重要性，聲吶技術(shù)得到了更為全面的發(fā)展。這時(shí)期，聲吶探測(cè)的距離不斷增加，對(duì)目標(biāo)的分辨能力不斷提高，相繼出現(xiàn)了各種類型的聲吶，如核潛艇上的巨型聲吶，魚(yú)雷頭上的制導(dǎo)聲吶等。
最初大力發(fā)展聲納的主要目的是用于探測(cè)敵方潛艇，因此它還有一個(gè)很響亮的稱號(hào)“水下偵察兵”。不過(guò)隨著技術(shù)的發(fā)展，聲納已發(fā)展到第五代，即數(shù)字式聲納，性能有了很大提高。已經(jīng)不僅僅只是用于軍事上的搜索潛艇、探測(cè)水雷、海底警戒、水下導(dǎo)航、水中(魚(yú)雷、水雷等)制導(dǎo)和對(duì)抗，還用于海洋資源的探測(cè)、研究和開(kāi)發(fā)，如探測(cè)魚(yú)群和蝦群，探測(cè)海洋的深度、海底礁石、沉船、油管、海底電纜和水下障礙物以及海底石油和天然氣等。
其實(shí)聲吶也不是人類的專利，不少動(dòng)物都有它們自己的“聲吶”。如果你是一個(gè)游戲發(fā)燒友，你一定玩過(guò)風(fēng)靡一時(shí)的《紅色警戒》，游戲中美軍一方就有一種水下武器──海豚，它攻擊潛艇的方式就是利用超聲波，這也是一種帶有攻擊性的聲吶系統(tǒng)。
蝙蝠利用自己的“主動(dòng)聲吶”可以探查到很細(xì)小的昆蟲(chóng)及0.1mm粗細(xì)的金屬絲障礙物。而飛蛾等昆蟲(chóng)也具有“被動(dòng)聲吶”，能清晰地聽(tīng)到40m以外的蝙蝠超聲，因而往往得以逃避攻擊。
我國(guó)長(zhǎng)江中下游的白鰭豚，它的“聲吶”系統(tǒng)更為完整，“分工”更為明確，有定位用的，有通訊用的，有報(bào)警用的，并有通過(guò)調(diào)頻來(lái)調(diào)制位相的特殊功能。多種鯨類都用聲吶來(lái)探測(cè)和通信。其他海洋哺乳動(dòng)物，如海豹、海獅等也都會(huì)發(fā)射出聲吶信號(hào)，進(jìn)行探測(cè)。
現(xiàn)在回過(guò)頭來(lái)看看文中一開(kāi)始提到的潛艇相撞事故。美國(guó)環(huán)球安全網(wǎng)主任、防務(wù)專家約翰?派克在接受新華社記者采訪時(shí)就曾經(jīng)表示，本次的潛艇相撞事故可能與雙方關(guān)閉了主動(dòng)聲吶而僅使用被動(dòng)聲吶有關(guān)。潛艇在低速行駛狀態(tài)下噪音很小，很難被探測(cè)到。如果使用主動(dòng)聲吶，又可能會(huì)暴露行蹤。因此，事故發(fā)生前，兩艘潛艇可能都只使用了被動(dòng)聲吶，它可能探測(cè)不到緩慢移動(dòng)的潛艇，這也可能是英法潛艇相撞的真正原因。
本文來(lái)自：逍遙右腦記憶 http://portlandfoamroofing.com/gaozhong/424262.html
相關(guān)閱讀：2013年高中物理學(xué)習(xí)規(guī)律技巧總結(jié)