聲吶的前世今生

聲吶，是一種利用聲波在水中的傳播和反射來進行導航和測距的技術或裝置。軍艦、潛艇、反潛飛機上安裝聲吶後，就可以確定敵方艦艇、魚雷和水雷的方位。 1490年，達·芬奇發現聲音可以在水中傳播。有一次，他在海邊寫生時突發奇想，取來一根管子，將管子的一端插到水裡，另一端放在耳朵旁，聽到了“咕嚕、咕嚕”的聲音。經辨認，他發現這是遠處大船航行時船槳擊水發出的聲響。 從某種程度上說，達·芬奇的這根管子算是聲吶的“鼻祖”。 有人說，最早發明聲吶的人，是英國皇家海軍成員劉易斯·尼克松。1906年，劉易斯發明了世界上第一臺被動聆聽型聲吶裝置，但這臺裝置並非用於作戰，而是用來探測冰山，技術並不成熟。 1912年“泰坦尼克號”沉沒事件發生後，科學家加速對聲吶技術的研發。一年後，美國科學家費森用動圈式換能器製造出第一臺迴聲探測儀。次年春天，他用這臺裝置發出的500-1000Hz的聲波，成功探測到2海里外的冰山。 一戰時，潛艇展露鋒芒，德軍潛艇像海底幽靈般神出鬼沒，讓英國艦船膽顫心驚。 隨後，法國科學家郎之萬和俄國工程師希洛夫斯基用石英成功研製了一種發射器和接收器。該發射器和接收器可以釋放超聲波，並接收反射回來的超聲波，進而精確計算被偵測物體的位置、體積等資訊。 太平洋戰爭爆發後，美日兩軍在海上交鋒時，美軍潛艇像是長了眼睛，準確地穿過日軍設下的水雷封鎖線，突然出現在日本海域，向日本軍艦發動攻擊。 原因很簡單，當時美國海軍使用了較為先進的聲吶裝置。二戰期間，德軍損失的近900艘潛艇中，大多數是被聲吶發現的，聲吶在現代海戰中的地位可見一斑。 隨著電子技術和水聲學理論的深入發展，聲吶作用距離不斷增加，對目標的分辨能力不斷提高。在使用過程中，聲吶也暴露出一些問題：主動式聲吶發出的聲波，容易被水中的潛艇發現；被動式聲吶，對於不發聲的目標無能為力。 20世紀60年代，生物學家諾里斯發現，即使矇住海豚的雙眼，它的行動也絲毫不受影響。經過進一步研究，科學家發現海豚有2個“聲波發射機”，海豚觀察遠距離目標時，就發射低聲波，觀察近距離目標就改發超聲波。 受到海豚探測原理的啟發，科學家發明了一種多波束迴聲探測儀，採用2套相同的水聽器發射陣，效能要比先前聲吶效能出色得多。 近些年，隨著數字技術飛速發展，聲吶技術還廣泛應用於魚雷制導、水雷引信，以及海洋石油勘探、水文測量和海底地質地貌勘測等領域。未來，聲吶將幫助科學家探尋到更多海洋奧秘。 上圖：艦艇利用聲吶系統探測水下目標的示意圖。資料照片