【中国軍事技術普及科学】海戦中、ソナーはどのようにして暗い海底を「照らす」のか？

現代の海軍戦争は長い間、空中、水上、水中の 3 つの領域にまたがってきました。水中戦闘では、電磁波は水中で非常に高い割合で減衰するため、検出信号の源として使用することはできません。そのため、音波を使用して水面下の物体を検出することが最も広く使用される手段となっています。ソナーは、水中での音波の伝播と反射を利用して航行や測距を行うもう 1 つの技術または装置です。

広く使われている「水中レーダー」

ソナー技術には100年の歴史があります。 1906年にイギリス海軍のルイス・ニクソンによって発明されました。彼が発明した最初のソナーは、主に氷山を探知するために使用された受動的な聴音装置でした。この技術は第一次世界大戦中に潜水艦を探知するために戦場で応用されました。長年の開発を経て、ソナーは現在海軍が水中監視に使用している主な装備となっている。さらに、水中のターゲットを検出、位置特定、分類、追跡し、水中でのナビゲーションと通信を行うこともできます。

陸軍と海軍が使用するソナーの動作原理の概略図（出典：捜狐）

ソナー装置は通常、アレイ、電子キャビネット、補助装置の 3 つの部分で構成されます。このアレイは、特定の幾何学的形状に配置された水中音響トランスデューサーで構成されています。その外観は通常、球形、円筒形、平面形、または直線形です。受信アレイ、送信アレイ、または送信と受信を組み合わせたアレイに分けられます。電子キャビネットには通常、送信、受信、表示、制御などのサブシステムがあります。補助装置には、電源装置、接続ケーブル、水中接続箱および増幅器、ソナーアレイの送信制御と互換性のある吊り上げ、回転、ピッチ、引き込み、牽引、吊り下げ、および送達装置、ならびにソナー偏向カバーなどが含まれます。

その中でもトランスデューサーはソナーの重要な部品です。これは、音エネルギーを機械エネルギー、電気エネルギー、磁気エネルギーなどの他の形態のエネルギーに変換する装置です。その動作原理は、電界または磁界の作用によって膨張および収縮する特定の材料の圧電効果または磁歪効果を利用することです。

トランスデューサーは水中で音波の送信と受信の両方を行うことができます。ソナーは、トランスデューサーが音波の送信と受信の両方に使用されている場合にアクティブになります。アクティブソナーは主に超音波を発射し、その反射波を計算することで水面を探知します。水中の機雷、魚群、岩礁、沈没船などの計測に適しており、エンジンを停止した隠れた潜水艦の計算も可能です。トランスデューサーが音波の受信専用である場合、ソナーは受動的になります。パッシブソナーは、ターゲットから発せられる信号やターゲットによって生成される放射ノイズを受動的に受信し、そのデータを分析して、ターゲットの特性と位置を決定します。自分自身を公開することなく外部のアクティビティを検出できます。

水中戦場の諜報のバックボーン

現代のデジタル信号処理アルゴリズムとコンピュータ技術の発展により、ソナーの情報処理能力は大幅に向上しました。オープンで標準化されたモジュール式のシステム アーキテクチャにより、新しいソナー技術の迅速な組み込みが促進され、ソナー システムの機能統合の継続的な改善が促進されました。新世代のソナーシステムは、側面、船首、曳航式、アクティブ/パッシブ、マルチバンドソナーを1つに統合し、目標検出、追跡、識別、水文偵察、水中通信、ナビゲーション、総合情報処理と表示、魚雷制御、水中音響対策などの複数の機能を備えており、深海と浅海での潜水艦と水上艦の検出性能と情報戦闘能力を大幅に向上させます。

ソナーは水中戦闘に不可欠である（出典：Sohu）

なかでも、米国のAN/BQQ-10統合ソナーシステムは、このタイプの装備の代表例です。統合ソナー システムは、AN/BQQ-5 および AN/BQQ-6 統合ソナー システムをベースとしており、「民間音響既製技術迅速移植プログラム」を通じてアップグレードされています。 AN/BQQ-10 統合ソナー システムは、潜水艦の水中精密マッピングおよびナビゲーション (PUMA) システムを改善します。このシステムは、機雷などの物体の検出や 3D マッピング表示など、海底地形をマッピングして地理的特徴を記録する機能を潜水艦に提供します。これらのデジタル マップは圧縮され、海上および陸上のプラットフォームに送信されて表示されます。海底地形を正確にマッピングするこの能力により、潜水艦は海底の戦闘空間に秘密裏に備え、機雷原の監視と回避活動を安全に実施できるようになります。

著者プロフィール: Lan Shunzheng は、宇宙戦略、軍事戦略、国際関係に関する研究と理論的執筆を専門としています。陸軍に勤務中に、彼は最初の軍事理論書『陸軍軍曹の国防に関する考察 - 国境を越える兵士たち』を編集し出版した。彼は国際関係学部で修士号取得を目指しながら、宇宙戦略を専攻しました。現在はオンラインメディアや軍事雑誌などで関連記事を頻繁に発表している。さらに、彼の2番目のモノグラフ「震星定海 - 中国の将来の宇宙軍事戦略の構築」も出版されました。

制作：中国軍事技術普及科学

制作者：光明オンライン科学部

著者：藍順正（軍事科学ライター）

科学レビュー：彭坤（上級軍事コンテンツ編集者）

企画：金和