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" }4 h! b3 n# U3 i' m7 j 制作：寒木钓萌
) Z$ u) K1 z: l+ v! s% h 监制：中国科学院计算机网络信息中心
3 _% L* H* q% `" t/ E 潜艇用哪种导航系统？GPS？北斗？还是牵星过洋术…… % I9 e7 X4 i* ~) C6 t5 n5 V
答案是都不用，所以…… : J7 o+ L1 p* |8 s: O! h. Z
它们撞了！很惨。
9 @) E4 o& g5 @ 撞上一座大山
4 \1 E5 C6 @" g+ u$ j5 z3 e! I; k! ] 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。
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5 s& W b$ K! [) n' ^! i( K “旧金山”号艇首撞成一团乱麻，所幸核反应堆没有受损。
( {( H; F7 N1 X5 X" c 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！ . K% T7 ~; B# Q6 |
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…… 9 c4 z$ Y/ `: j+ t
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。
, i+ H+ Y0 \9 Y, v" F3 ?0 g9 ` 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。 3 q) ?$ k2 D3 t) `6 g, I
不是有主动声呐吗 3 e$ f/ C" a) y, {- L' U
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。
0 F5 }! K! `. t( g3 M) J3 o, q 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。
, |, A$ G8 D6 s1 P$ P$ M( Y7 h/ R 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。
5 a$ f& w. U" h8 \. F5 G0 L 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。
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9 ~- T/ }3 C( \& [; [ 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……
; U- e$ N* P u ? 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。 * U! p" H! V2 a; U5 s3 w
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？
, E6 r+ U9 z$ Q( z, X! ?3 _* D0 C3 ] 这里，我们就需要用到一个高大上的仪器了，它就是陀螺仪。 V: F5 t& c% ]; s/ X
陀螺仪 ( Y, M" ]" }- C+ W% A9 \
2 {2 M& ]( M& x9 o 陀螺仪有一个非常重要的特性，这就是定轴性。 , C! k; z$ @* _% N) R; y3 q( a( X2 \
, x9 S }+ O6 g' l$ p) O0 z; N 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。 * W' z+ E# g% o! ^& o
+ p& a: f5 Y: _3 a 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。
: Z- K r4 x2 F- e 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。
0 g8 D% @5 [$ p/ k 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？ " x3 L' ?8 \. V7 Z' K' T. J
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。 $ M5 E/ g2 C- u
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？
/ e8 e. P t! d* m$ O0 j( T 此时，我们又得使用另一个仪器——这就是“加速度计”。 + J* c& Q0 ]9 l5 D
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加速度计大概原理。 # ]+ O8 V' v5 ?' G
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。
( W2 ^$ A5 D' P. f& W 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。
! E9 O, j7 m% S/ d. O 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。
3 m$ _1 E/ ]6 w7 `( @- ` 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。
% l3 E8 D6 _6 B& C+ e) J: \ 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。
% h: @# L5 N0 b! r9 ` 惯性导航的特点 7 G) u6 |$ N: V* I$ o8 j5 c8 } {
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。
: p- T6 x! w( X# L 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。
9 r1 v/ l) @) M, c* V& F 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。 / \9 u$ m6 y A9 z( R
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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0 U$ x$ w+ L/ q# Z, D 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。 7 k/ H% o# r1 w5 m4 p
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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。
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