引言：深海有什么？

大海是个魔术师，为我们制造了无穷幻象。我们仰望天空，太空望远镜能看到几百亿光年之外；我们俯瞰大海，却对几千米深的水下知之甚少。

深海有数不清的鱼，有史前怪兽，有连绵不绝的山峰和峡谷。当然，也有人类制造的恐怖核潜艇，还有一张追捕它的深海巨网！

这张巨网一天24小时，一年365天不间断工作，力图监视大洋中的每一艘潜艇——它就是美国冷战时期建造的SOSUS水声监测系统。

SOSUS系统自上世纪50年代开工，累计投入上百亿美元，在太平洋、大西洋海底绵延3万多公里。4000多人围着它持续工作了近半个世纪，绝对是超级工程！

它的诞生发展也充满机遇，是基础理论、工程应用、系统整合的完美结合。

一、声呐和深海通道理论发展。

伟大工程的诞生，从来都是基础理论先行。就像核武器出现，是原子物理发展的结果一样，SOSUS系统也是如此。

▲1970年代美国反潜网，黑点是侦听站

早在第一次世界大战，随着潜艇大量参战，反制声呐也同步诞生。当时的声纳还很原始，用高频声波探测敌人。

海水对高、低频声波吸收差别很大。高频声波在海水中传播几千米就损失殆尽，低频声波却能传播很远，能量损耗仅为高频声波的几十分之一。

在研究声呐过程中，人们对海洋地质越来越感兴趣。很多科学家投身到深海声音研究中，掀开了探索海洋的新篇章。

利哈伊大学的莫里斯• 尤因博士也是其中之一。他热衷研究声音在海水中传播规律，本来目的是地质勘探，发现有用资源。

▲莫里斯• 尤因博士

他常年在各大洋奔波，在不同海域开展声波实验。1937年，尤因和同事在北大西洋海域将一个爆炸装置沉到水下4800米引爆，发现一个惊人结果——声波在海底和海面间不断反射前进，水平方向传播距离远超预期！

尤因发现，深海中似乎有一条“神秘通道”。声波在其中能量损失很小，低频声波尤其如此。他推断声波被锁在“通道”中，避免与海底、海面碰撞损耗，所以才传播很远。

他们继续实验。1944年美国 “巴克利”号驱逐舰出海远航，每隔一段距离就向不同深度海中投一个爆炸物。它航行了近1500公里，尤因博士和同事在基地仍能清楚的听到爆炸声！

▲“巴克利”号驱逐舰DE-51

这简直像宇宙飞船找到虫洞，即将开启跨星际旅行一般惊喜。

后来人们弄清原理，将这个通道称为“深海水声通道（SOFAR）”。

原来海水温度并非上下一致，表层海水受日晒影响温度高；100-1000米深度水温急剧下降；再往下水温趋于稳定，保持在6~8℃之间。

▲水温随深度变化曲线

水温越高，声音传播速度越快。在温度、压力、盐分影响下，声速在垂直剖面上形成一个先慢后快，类似闪电的图案。

声波穿越不同介质时，向声速慢的一面弯曲。它在温跃层两个边界不断弯曲折射，形成水声通道。声速最低点为声道轴。

声波在通道中折射前进，就像光在光纤中折射前进一样，能传到很远的地方。

▲深海水声通道SOFAR示意图

为表彰尤因博士的巨大贡献，人们以他名字设立科学奖项，又在月球上命名了一座环形山。

深海水声通道发现时正值二战，美军觉得对救援飞行员很有帮助。若飞行员坠海后，向海中投掷特制小型爆炸物。爆炸声波进入水声通道，几千公里外的救援站听到后用三角定位确定位置，就能马上营救，挽救很多飞行员的生命。

只是二战很快就结束了，这个构想也就不了了之。

二、冷战催生的超级工程。

二战后不久，世界进入冷战时期。苏联海军以潜艇为重点，投入大量资源，在潜深、航速方面取得重大进步。

美国被刺激得坐立不安，一方面针锋相对研制新潜艇，一方面打算开发远程监听装备，为SOSUS系统奠定基础。

▲苏联641型/狐步级常规潜艇

当时潜艇还是常规动力，柴油机运转声、螺旋桨旋转声、空泡噪声、水流过艇体的声音都很大，有明显特征。

1950年初，美国海军与国家科学院水下作战委员会共同成立“哈特维尔”委员会，开展反潜作战研究。委员会由麻省理工学院主导，海军研究办公室联络，向国内顶尖机构广发英雄帖，希望找到监视苏联潜艇的办法。

第五次研讨会时，哈佛大学水下声音实验室前负责人弗雷德里克•亨特博士提议用尤因发现的“深海水声通道”监视潜艇，引起广泛兴趣。

▲伍兹霍尔，美国最大的独立海洋研究所

美国海军遂拨出大笔经费，迅速批准了几个研究计划：

一是迈克尔（Michael）计划，由哥伦比亚大学哈德逊实验室、伍兹霍尔海洋研究所、斯克里普斯海洋研究所继续开展有关水声传播方面的理论研究。

二是耶洗别（Jezebel） 计划，由美国电话电报公司（AT &T）、贝尔实验室、西部电气制造公司联合研制基于海底水听器阵列的远程监测系统。

三、美国电话电报公司的看家宝贝。

美国电话电报公司（AT &T）前身是贝尔电话公司，是老牌电信商、手握核心技术的高科技公司，家中宝贝自然不少。

接到研制合同后，AT &T从百宝箱中翻出一件语音分析的宝贝，将其改造成记录、分析水下低频声波的声谱仪，叫洛法（LOFAR）声谱绘图仪。

▲洛法（LOFAR）声谱绘图仪

和人的指纹一样，每艘潜艇也有自己独特的声纹特征。其发动机运转、螺旋桨旋转声音都是独一无二的，只要在深海背景声音中找到特定声纹信号，便可以确定那个位置有潜艇。

如何将声音识别出来？

AT &T公司的方案是声谱绘图仪，利用声音共振和敏感纸达成。

当某一频率声音响起时，绘图仪上相应频率的弹簧片共振，带动一个静电指针在特殊敏感纸上打一个点。纸带不断向下滚动，时间长了一个个点连成一条条频谱线。分析人员分析线谱，就能发现潜艇噪声，进而确定位置。

▲敏感纸带上的声音线谱

就这样，深海通道理论、水听器和声谱绘图仪结合，变成了海军需要的远洋反潜网。Jezebel计划和Michael计划合而为一，改称SOSUS水声监测系统。为保密起了个代号：凯撒计划。

四、神兵问世，凯撒出征。

先进设备出炉，美国海军如获至宝，很快开始技术验证。1950年前后，海军在波士顿外海布下多个水听器，监听到几十公里外的潜艇。

不久后，又在条件更好的圣尼古拉斯岛试验，SOSUS清晰听到几百公里外的潜艇噪声。比当时声呐10-20公里监听距离高了几十倍。

1951年，第一个6单元水听器阵列在西印度群岛伊柳塞拉岛铺设。后来又铺了一条304.8米长、40单元水听器阵列。

▲水听器安装在海底山脉上

水听器一般安装在几百米深的大陆架和海底山脉上，中间用电缆相连。

监听信号沿海底电缆传到陆地上的信号处理中心（NAVFAC），几百名分析人员在这里日夜不停的分析图纸。分析结果上报到分管大西洋、太平洋的两大国家反潜指挥中心，形成一张覆盖全球大半个海洋的反潜巨网。

1952年，第一个信号处理中心在巴巴多斯——加拿大新斯科舍半岛之间建成。它和水听器阵列组成一个巨大半圆，俯瞰大西洋西部的广阔水域。

▲第一条SOSUS监听阵列

后来，美国又在加拿大、冰岛、英国、波多黎各、萨尔瓦多建设更多的信号处理中心和水听器基阵。1954年5月，又向太平洋进发。

到70年代中期，美国已在全球建立20个信号处理中心，铺设了上千套水听器。

五、监听GIUK缺口，战果累累。

诸多SOSUS监听链中，最有名的是监听“GIUK缺口”的阵列。

▲GIUK缺口

GIUK缺口是两条至关重要的北大西洋航道，西起格陵兰群岛（Greenland），途径冰岛（Iceland），东至英国（United Kingdom），简称GIUK。

从地图上可以看出，苏联潜艇进出大西洋必经GIUK缺口狭窄水道。美国SOSUS系统平均监测距离500公里，每一艘从缺口穿过的苏联潜艇都会被监听到。

而事实也的确如此。1960年，美国“乔治·华盛顿”号核潜艇横穿大西洋到英国，几千公里航程都被SOSUS监听，而潜艇自己毫不知情。

美军因此狂言：苏联潜艇一出港就能在几千公里外听到它，倒也并不算吹牛。

▲“乔治·华盛顿”号核潜艇

1962年古巴导弹危机，苏联派出5艘狐步级常规潜艇都被监听到。

1963年，SOSUS帮助确定“长尾鲨”号核潜艇沉没位置。

1968年，SOSUS定位了亚速尔群岛西南部沉没的美国“蝎子”号核潜艇位置。

同年苏联K-129潜艇失事，搜了好久没找到。美国查阅SOSUS记录发现可疑声波，计算位置。1974年，CIA在相关海域偷走了部分潜艇残骸。

▲打捞K-129残骸

SOSUS一开始针对常规潜艇。后来潜艇进入核动力时代，大家曾担心它是否有用，后来发现对核潜艇也有很好效果。

六、谍影重重，金身乍现。

SOSUS技术领先苏联多年，美国自然藏得严严实实，一直打着民用海洋学幌子开展研究。

苏联人不知道，可潜艇进出大西洋、太平洋屡屡被发现，还以为美军加强了反潜兵力。

直到1968年，美军潜艇通信专家——约翰•沃克在利益驱使下向苏联出售大量情报，SOSUS才从重重迷雾中现出金身。

苏联人迅速反应，大幅减少潜艇从GIUK缺口进出频率，同时努力更新技术降低噪声。后来的德尔塔IV、阿库拉级核潜艇噪声都低的不可思议，大大压制了SOSUS监听能力。

▲破开冰层射导弹

再后来，射程8000多公里的潜射弹道导弹研制成功。苏联潜艇在北冰洋就能威慑美国，再不用冒险进大西洋了。

七、潜艇声纹库的重要性。

SOSUS非常依赖潜艇声纹特征工作。如果对方是新潜艇，声纹库里没记录，分析员就很难辨认。所以美军派出大量潜艇、音响测量船、反潜飞机到处溜达，就是为了收集各国潜艇声纹特征。

和平时期，SOSUS发现可疑信号，引导反潜飞机和舰艇快速侦察，趁机记下潜艇声纹特征，入库备用。等到战时，这些数据就能大显神威了。

▲SURTASS

80年代中期，美军又研制出移动拖曳阵列传感器系统（TASS）和拖曳式感应监听系统（SURTASS）。各测量船拖着2000多米长的线列阵声纳，到处监听。

1985年，移动系统与SOSUS系统合并，成为综合海底监视系统（IUSS）。

八、飞鸟尽，良弓藏。

苏联解体后，美国压力骤减，各大洋中潜艇数量急剧减少。苏联鼎盛时期的200多艘核潜艇，到九十年代最低迷时只有十几艘能出动。

对手没了，SOSUS也失去价值。1991年系统解密，呈现在公众面前。

SOSUS本以为这里有喝彩声，结果海军舰队和公众并不感冒。因为它保密级别太高，从不和舰队直接联系，所有信息都由指挥中心转发。所以海军舰队根本不知道信息是SOSUS提供的，也没觉得它有多重要。

▲第一代“不屈”号SURTASS船

SOSUS开展自救，与民间机构合作打击海上贩毒、非法捕鱼等犯罪活动，展示自己的卓越能力。然而白费功夫，人们更觉得它不务正业。

几番挣扎后，SOSUS经费被大量消减。大批信号中心关闭，从最高峰20个缩减到3个，人员从4000人削减到1000人。

▲2010年信号中心（黑星）已经快没了

不过海军高层对此重要资产心中有数，削减经费可以，决不能关停。所以该项目一直以低限度运行，只接收信息，不做分析。

九、美国反潜网未来展望。

随着科技不断提高，综合海底监视系统（IUSS）也不断革新。有线电缆变成无线，水听器也换成更简单耐用的“固定分布式系统”FDS。

每个水听器只负责向上看，探测经过其头顶的潜艇，成本更低，使用期更长。

90年代中期，美军提出“由海向陆”战略思想，战场从大洋角逐转向沿海进攻。和风漫谈原创，禁止抄袭。

▲美国能力号，拖曳声呐最长，达2400米

浅海水浅，没有水声通道。为建立完备声纹库，美军音响测量船就频频在全球热点海域游荡，收集海洋信息和声纹数据。

这种事在冷战中经常发生。美国核潜艇长期蹲守在苏联外海，一对一跟踪苏联潜艇。双方在大洋中不时出现惊险角逐，甚至发生碰撞事故。

未来，美军仍将发展新型监听方式，用移动监听设备、反潜飞机、卫星和传统SOSUS固定监听网组成立体反潜网，霸权思想依然显露无疑。

我们也要不断壮大自己的反潜网络和突防能力，才能在严峻国际环境中始终立于不败之地！

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