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- W5 m& c" Z" A* P) _, \: [7 F) L 出品：科普中国
) r$ a& F+ s$ p( U$ P- X* \) X2 G, G 制作：寒木钓萌
$ K" b* H% w& A* G 监制：中国科学院计算机网络信息中心
4 U% I8 H3 q7 u/ m. [ 潜艇用哪种导航系统？GPS？北斗？还是牵星过洋术…… * k+ N; B, X! B) l" t
答案是都不用，所以…… X$ ^" E O3 E9 G* a1 o0 K
它们撞了！很惨。
" W% q3 A ^" K) o @$ F 撞上一座大山
/ C! X. {% O! E+ l7 B3 I 2005年1月8日，美国洛杉矶级核潜艇“旧金山”号在水下航行时，以每小时46公里的速度撞上了一座海底山，98名船员受伤，1人死亡。 7 Q+ B6 F5 {6 N( G. P
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“旧金山”号艇首撞成一团乱麻，所幸核反应堆没有受损。 4 g6 m6 L9 u; R- N a& ~
事后，艇长摩尼上校被解除职务，并遭到处分。而他在听证会上则解释，海图上并没有标明出事海域有任何海底山！
& |% P9 D6 Z" M! l8 g- ^! F8 f 海图是由美国国家地理空间情报局提供的，他们说，那座山是新“长”出来的…… ( B4 s$ ^, r1 l5 h$ \0 ~: o" F
而另一次大众较为熟知的核潜艇撞击事件则是2009年，英法潜艇深海相撞，撞了后双方都不知道撞了啥，都以为是什么不明物体。直到回港查看伤势后，几番周折，两国才知道，那个所谓的不明物体原来是对方的战略核潜艇。
8 T8 X$ V7 Q7 P( y0 M6 X1 F" Z 以上两例都是2000年以来的潜艇撞击事件，如果时间往前推，那案例多得都可以写一本书了。 2 X3 Q G1 T1 }) R; k4 a6 Z
不是有主动声呐吗
) I; y# x! |! i0 D A 水面舰艇航行时有各种导航手段，即使失去一切手段，大不了还可以目视。然而，潜艇则不然，它们的导航手段屈指可数。首先是各种卫星导航不能用，因为你首先得浮上水面才可以，而如果随时上浮，那就不叫潜艇了。 & F. K$ d9 v- J* p' j' K
不是还有主动声呐吗？你为什么不开，怕费电还是怎么的？不开的原因也很简单，容易暴露行踪。战略核潜艇的使命是确保相互毁灭，确保具有第二次核打击的机会，你若是在海下开着声呐到处畅游，追鲸鱼逗鲨鱼，这确实洒脱得很，但你已经失去作为核潜艇的意义。
' `4 _: [1 T+ x- `7 O: z! ?; T 这就不好玩了，潜艇深海潜航，如果不开主动声呐，那岂不是像瞎子一般？大体差不多。 , @% X/ r2 l. M( G8 c; R/ U
这样的潜艇谁敢去驾驶？别急，因为潜艇，尤其是核潜艇，它们每次执行任务时是这样的：出行前，就提前制定好一条预先的航路。 , N( u" B; m& B# {
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比如这样，这只是随手举的例子，如有雷同，也不可能有雷同呀……
8 c4 ~: @) O7 ? 在这条预先的航路上，负责导航的军官会把航路上各种要素详细地标出来：那里有岛屿，这里有暗礁，还有这儿有沉船，水深是多少？海流情况怎样？等等，各种要素都会一一标出来。
/ [+ }$ \3 u3 y) r 问题又来了，你是给我提前预定了航路。然而，水下航行时不知道指南针好不好使，即使可用，它也不靠谱呀，万一我偏离了航向岂不是麻烦？
v' h% i5 z, _ F 这里，我们就需要用到一个高大上的仪器了，它就是陀螺仪。 3 L+ G- e) ~6 W" m6 q) W& [
陀螺仪
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: Y& ~1 D7 x3 l' ^/ b" ~ 陀螺仪有一个非常重要的特性，这就是定轴性。 ' t% J; N* e6 C4 V' z
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上图中，外面两个框架在动，它们所代表的轴也在不断改变方向，而最里面的框架，虽然也动，但它的轴始终不变，这就是陀螺仪的定轴性，它就像指南针一样，永远指着一个方向，但比指南针靠谱。
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4 m2 M; \; S) H1 g 定轴性提供了一个参考系，所以陀螺仪可以给飞机和潜艇等提供各种航行姿态的信息。 ) J3 ?: u. ?) w+ D; P0 ^4 I: C
有了陀螺仪，我们就能确定，何时偏离了航向，偏离了多少等等。现代的陀螺仪已经发展到好几代了，最新的是激光陀螺仪和光纤陀螺仪，在这样的陀螺仪中，已经没有转子存在，精确性大大提高。 : _" Z; y/ j* [2 `
显然，仅仅是知道航向还远远不够，到了那座暗礁旁，我就应该往左45度开，但我怎么知道到了那座暗礁了？
) n$ G' K! D% u 这也不难。首先，核潜艇出发前，就已经知晓了自己初始位置的精确坐标，它距离那座暗礁有多少公里也是精确可知的，所以，只要行驶了多少公里后，就知道是不是已经到了那个地方，或者距离那个地方还有多远。
5 ~+ u% ]5 l4 i' i& I 然而，潜艇并非从头到尾都以一个固定的速度航行，有时加速了，有时减速了，我们又怎么断定到底行驶了多少公里呢？
! Q- e0 u* t" e# M1 O 此时，我们又得使用另一个仪器——这就是“加速度计”。
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/ u O$ Z z3 c2 W8 i) e# y J4 I 加速度计大概原理。 ; h5 u% o2 n& S8 z M
乘车时，当司机突然加速，我们就会往后靠，突然减速，我们就会往前扑。根据这个原理制成的加速度计，配合各种复杂的计算，就能实时地知道当前速度，以及行驶了多少里程等。 5 Y4 T9 a: ~2 z6 t& M% h k
陀螺仪和加速度计配合使用，它就是传说中的惯性导航，其为潜艇最最主要的导航方式。
9 Y! q! H3 A8 ]( c 核潜艇没有驾驶窗，即使有也没用，几百米深的海漆黑一片，看美人鱼那是不可能的。所以，潜艇的水下潜航，其导航方式有点儿类似于，你在黑夜里行走，而却精确地知道每一步跨过的距离，往正南方向走15步，就会到达墙的拐角，再往右23步，前方有个井，它没有井盖，必须停住，再往左30步……然后就到家了。
5 ^& _& w. p1 y& W# d 此时，如果有位盲人也在这条路上，那么你俩就可能相撞了。就像英法核潜艇相撞一样，当时，英法两潜艇低速行驶，噪音极低，双方的被动声呐都没有听见（也许是寂寞的声呐兵在看照片也说不准），总之是撞上了。
" E' K$ t' o! j$ |" o& [ 还有，如果你的前进道路上，前两天突然坠落一块大石头但你不知道，或者是该有的井盖结果被偷了，那么你也只能认栽。就像是美国的旧金山号核潜艇一样。
, B/ x; f: c& \2 U, Y4 i 惯性导航的特点 / w9 B# P2 f1 i
惯性导航，其误差会随着时间累积，误差大到一定程度就得上浮校正位置。而现在的惯性导航已经很先进，误差很小。目前比较先进的舰船惯导系统，可以实现航行三天三夜只误差370米左右，随着技术的进步，误差只会越来越小。 z. _3 T4 [" u% Z `
惯导之所以成为潜艇最主要，甚至说是唯一的导航方式，是因为它有两大优点。
7 S( o- `# l# D5 ]& J, n4 D" F& u' | 一是，惯导无须接收外部任何信息。无论是卫星导航还是无线电导航或者是天文导航，它们都需要浮出水面或者是靠近水面，这容易暴露目标。而惯导天不靠地不靠，只靠牛顿——惯性定律是他弄出来的。 $ k* V. w& h* Q# s9 w* m' j9 I2 p
二是，惯导不会向外辐射能量，从而也不会暴露自己，这种不声不响的品质跟核潜艇最般配。
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! d0 Y. g* w, \ 惯导不但用在潜艇上，它还用在导弹上。有人甚至说，弹道导弹打得准不准，70%依靠惯导的精度。 ! w$ B# Q' r: t6 Z& k9 ?
P* t* e- N% w4 _2 Q 因此，人们常把核动力、导弹和惯性导航称为战略武器的三大关键技术。 4 e2 ~9 w. _9 k
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