100年前泰坦尼克号上有声纳系统吗？

从达芬奇的笔记说起

远在公元1490年，一位名叫达芬奇的意大利著名艺术家和工程师在他的笔记中写道:“如果你停下船，把一根长管的封闭端放入水中，把开放端放在耳边，你就可以听到远处的船。”这说明几百年前，人们已经意识到声波可以用来探测水下物体。达芬奇描述的测听管是现代被动声纳的原型，它本身并不发出声波，只是监听水下目标发出的声信号。

但是达芬奇听音管的性能并不理想:不能确定水下物体的方位，灵敏度很低。

19世纪后期，电话的发明为声纳提供了一种高灵敏度的水声接收器——碳粒子麦克风。

水下声学的第一次实际应用可以追溯到20世纪初。当时随着航海的发展，出现了大吨位的航船。原导航系统的灯标和音响报警器(如汽雾信号、电雾信号、雾钟、雾炮等。)是不适合的，尤其是在下雨、降雪、刮风或浓雾的恶劣天气条件下。于是，世界上第一个水下导航系统诞生了。

该导航系统由水下导航钟和碳粒麦克风组成。巨型水下航行钟，连同雾号，设置在海岸灯塔附近或航标船上；钟内充满压缩空气，可以带动空气锤敲响钟，从而在水中自动发出声信号。碳粒传声器安装在船首两个诱饵下靠近船板内壁的水密罩内；它们将接收到的铃声信号转换成电信号，通过电线分别发送到面室电话听筒的两个耳机。收听者可以根据从两个接收器听到的铃声信号的强度来大致判断船只相对于信标的位置。如果进一步测量信标发出的雾号声与水下航行钟的到达时间差，那么就可以确定该船离信标有多远。这种导航系统的作用距离一般可以达到16公里左右。

截至1912，全球已安装水下导航钟135座，约有多艘船舶安装了接收机。

但这种导航方式以及后来发明的无线电导航方式，只能确定船舶在航道中的相对位置，避开一些已经发现的暗礁和浅滩，而对于其他潜伏在水中的无声障碍(如冰山，往往只有十分之一露出海面，大部分隐藏在水下)，船舶就成了“瞎子”。所以J一起悲剧是必然的。

1912 4月14日，一艘吨位超过4万吨的英国新游轮“巨人”号正在加拿大纽芬兰南部航行。“巨人”前方不远处有一艘通讯舰。这艘通讯船曾经向巨人号报告过，现在他们正穿过一片漂浮的冰山区域。然而，“巨人”的接线员正忙着发有钱老人的私人电报，却没有收到这份报告。

23时40分，前桅杆上的两个了望员突然发现船正前方出现一座巨大冰山，值班长立即命令左舵满转，但为时已晚。冰山锋利的棱角在吃水线以下的船体上撕开了一个大洞。无情的海水冲进了船面，船迅速下沉。等到两艘游轮闻讯赶到事故现场时，“巨人”已经沉入海底两个小时了。结果只有705人获救，1503乘客遇难。

这是当时世界上最大的海难，引起了全球震惊。怎样才能避免类似事故的发生？许多科学家都在思考。

五天后，一位名叫理查森的英国人提出了用空气声进行回声定位的建议。一个月后，他提出了类似的水声回声定位方案，这是世界上第一个主动声纳方案。所谓主动声纳，是一种水下声学装置，它通过自身向水中发射声波，根据水中物体的回波达到各种探测目的(如定位)。遗憾的是，理查森并没有实现他的计划，因为在那个时候，他还无法制造出能够在水下向给定方向发射声波的设备。

1913年，美国人费森登研制出一种新型动圈式振动器。这种振子可以在水中定向发射和接收声波，结构类似于现在常用的动圈式扬声器或麦克风。就这样，2海里外的冰山很快被探测到。费森登的振动器最初是为水声通信开发的。钥匙接通后，就可以按照莫尔斯电报码收发信息了。据说是一战时安装在美国潜艇上的，这样潜艇就可以在水下互相通信了。它改进的振动器一直用到了1950。

声纳和反潜

历史一再证明，“需要”是发明之母。水下反潜战的迫切需要推动了声纳技术的快速发展。

1965438+2004年7月，第一次世界大战爆发。战争期间，德国发动了“无限制潜艇战”，利用新发明的U型潜艇击沉了协约国的大量军舰和商船。例如，一艘U型潜艇在短短75分钟内用鱼雷击沉了三艘装甲巡洋舰。探测水下潜艇的任务迫在眉睫！盟军立即投入了对徐的打击。

需要更多的人力物力来研究检测方法和设备。磁、光、热的方法都试过了，效果不错。

无视粉的实践证明，最有效的方法是声学法。于是，各种声纳系统就出来了。

在法国，著名物理学家朗·万智与年轻的俄罗斯电气工程师奇洛夫斯基合作，用放置在凹面焦点处的静电发射器和碳粒子麦克风进行了多次实验。终于在1916收到了海底的回声和200米外放置的装甲板的回声。

后来，朗之万转而研究应时的压电效应，并成功地研制出应时-钢夹层超声换能器。朗之万换能器工作频率高，指向性强。它的改良版一直沿用至今。此外，朗之万还在他的实验中使用了新开发的真空管放大器，这可能是电子技术在水下声学中的首次应用。这样在1918第一次接收到水下潜艇的回波，探测距离有时可以达到1500m。

第一次世界大战结束后不久，一种新型的船舶导航设备——回声测深仪诞生了。实际上，它是人们在开发用于海底探测的回声定位系统的过程中的副产品。此后，由于电子技术的发展和水声换能器性能的提高，特别是对声波在海水中传播规律的深入了解，声纳技术不断进步。

第二次世界大战的爆发开启了声纳发展的新时代。此后，一系列新的主动和被动声纳相继问世。参赛国的舰艇都配备了可用于作战的声纳。

1945年，英国潜艇“冒险者”号创造了一项纪录:它完全根据声纳探测到的信息，对一艘同样在水下的德国潜艇发动了攻击。此后，声纳作为水下观测的重要耳目，日益巩固。

战后突飞猛进

二战后，声纳技术发展非常迅速。主要原因如下:首先，50年代出现了带有导弹武器的核动力潜艇，对声纳性能提出了更高的要求；第二，战后电子技术的快速发展为声纳技术的发展准备了条件。

核潜艇的最大潜水速度一般在每小时25海里左右(有的超过30海里)，比柴油动力潜艇快好几关；平均下潜深度可达450左右，远高于柴油动力潜艇。续航能力1.2 ~ 0.2万/20万海里，可连续水下环球航行两三个月，让柴电潜艇“望洋兴叹”；而且还可以在水下发射远程导弹，攻击老方的舰艇或陆地设施。这就要求大幅提高声纳的探测距离和搜索速度，有效提高声纳工作的可靠性和连续性。

现代潜艇装备了用途不同的声纳系统，占据了大量的空间，其价值是船上所有电子设备中最贵的。水面舰艇装备的声呐系统更加庞大。一种舰载主动声纳，型号为AN/SQS-53(改进型)，20世纪60年代问世。这个声纳有50个电子机柜，改进后有37个。所有的设备在船头占据了约16米的空间，足足占了四层甲板。

而且一些国家还大力发展安装在海边或海底的固定声呐系统，以及反潜机携带的机载声呐，利用通信卫星和大型电子计算机对各种探测数据进行采集、传输和处理，形成所谓的海上、海底和空中“三位一体”的立体潜艇探测系统。

战后声纳技术的重要发展还突出表现在它在民用上的迅速普及。除了在回声测深中的传统应用，声纳技术还广泛应用于水下工程设施、海洋研究、海洋开发(包括鱼类勘探、海底资源勘探等)。)，以及寻找海底沉船残骸。

文化用声纳探索海洋的秘密。