光電桅桿的奧秘.doc

光電桅桿的奧秘在潛艇上工作的船員可能會好幾個月都潛在海里，他們甚至連瞥一眼太陽光的機會都沒有通向外界的唯一窗口是控制室里潛望鏡上的目鏡。潛望鏡是潛艇上的基礎(chǔ)設(shè)備，它能在戰(zhàn)斗中或確定船只位置時提供有價值的視覺資料。傳統(tǒng)潛望鏡為美國海軍提供了80多年的寶貴服務(wù)，但很快它就要退出舞臺了。1999年，美國海軍開始建造一種沒有潛望鏡的新型攻擊潛艇。這種新型弗吉尼亞級潛艇將使用被稱為光電桅桿的非透視成像設(shè)備來執(zhí)行偵查任務(wù)。每艘新的潛艇將裝備兩個光電桅桿，它們實際是由高分辨率相機組成的陣列，這些相機抓拍圖像并將其送到控制室里的平板顯示器上。海軍海上系統(tǒng)司令部供圖測試中的光電桅桿，它是美國新型潛艇采用的革命性設(shè)計之一。在本文中，您將了解到傳統(tǒng)潛望鏡的基本原理，以及光電桅桿是如何給潛艇的偵查方式帶來變革的。對我們大多數(shù)人來說，“潛望鏡下移”跟“潛望鏡上移”這兩個命令，跟我們腦海中關(guān)于潛艇的概念完全聯(lián)系在一起。這些短語我們在有關(guān)潛艇的電影里已經(jīng)聽到過無數(shù)次了，那些電影通常會有這樣一個戲劇性的場景潛艇艇長緊緊握著潛望鏡的把手，密切監(jiān)視著水面上敵人的一舉一動。像這樣站立著觀察潛望鏡又被稱為“與Gray Lady一起跳舞”。 美國海軍供圖一名海軍士官在潛艇上浮前用潛望鏡掃視海面周圍。光電桅桿將代替?zhèn)鹘y(tǒng)潛望鏡。潛望鏡的基本用途是使得全體船員在潛艇潛伏在水下時仍能看到水面上的物體。在一根垂直放置的管子頂端和底部分別放置一面成45度角的鏡子，就可制作出一個簡單的潛望鏡。這個裝置的基本功能是收集圖像發(fā)出的光線并將其從潛望鏡頂端的鏡子導(dǎo)向底部的鏡子。當(dāng)然，現(xiàn)代的潛望鏡要比這復(fù)雜得多。潛望鏡可長達18米。當(dāng)一艘潛艇下潛的深度與潛望鏡管長度相等時，就認為它處在潛望深度。由于潛望鏡長度的緣故，僅僅在其兩端安放平面鏡并不能有效地將圖像從頂層窗口送到目鏡。實際的潛望鏡用平行排列的棱鏡代替潛望鏡管兩端的平面鏡。頂端的棱鏡收集圖像發(fā)出的光線并將其反射，通過一系列透鏡和兩個占據(jù)潛望鏡管全長的望遠鏡后到達第二個棱鏡。這個棱鏡位于潛望鏡管底部，光線被它反射到另一只包含兩面透鏡的管子中，最后通過目鏡。潛望鏡在潛艇瞭望塔（sail）中潛望井的內(nèi)部。在潛艇上，“Sail”一詞常用來描述瞭望塔。瞭望塔是附接在潛艇上方的圓柱形艙臺。通常位于控制室正上方。潛望井從瞭望塔頂部一直延伸到潛艇底部。潛望鏡可以旋轉(zhuǎn)，使操作員獲得海面上360度的視野。如果發(fā)現(xiàn)需要避開的物體（比如敵艦），潛艇將會下潛。一旦位于潛望深度以下，潛艇將使用聲納進行導(dǎo)航。光電桅桿使得控制室可以設(shè)置在更為寬敞的第二層甲板上。新型潛艇裝備了兩種潛望鏡，一個位于潛艇右側(cè)（右舷），另一個位于潛艇左側(cè)（左舷）。比如，美國導(dǎo)彈輕巡洋艦“斯普林菲爾德”號在右舷配備了2號攻擊潛望鏡，在左舷配備了18號搜索潛望鏡。18號潛望鏡僅限于在有日光的條件下使用。它使用一臺70毫米數(shù)碼相機拍攝照片并將其顯示在電視監(jiān)視器上。一些潛望鏡還配有夜視儀、靜物照相機以及攝像機，并能放大所要觀察的圖像。有兩個問題一直困擾著傳統(tǒng)的光學(xué)潛望鏡。第一，潛望井占據(jù)了整個潛艇的高度，它的尺寸限制了瞭望塔的安放位置以及潛艇內(nèi)部船艙的布置。第二個問題是潛望鏡每次只能容納一個人使用。美國海軍新開發(fā)出AN/BVS-1型光電桅桿來解決這兩個問題。計劃于2004年進行初次試驗的弗吉尼亞級攻擊潛艇將成為第一艘裝備光電桅桿的潛艇。 美國海軍供圖電腦生成的新型弗吉尼亞級攻擊潛艇的圖像。根據(jù)美國海軍的相關(guān)文件，光電桅桿提供了傳統(tǒng)光學(xué)潛望鏡所具有的成像、導(dǎo)航、電子戰(zhàn)和通信的功能。每艘弗吉尼亞級潛艇都將擁有兩個光電桅桿，它們并不延伸到潛艇內(nèi)部。桅桿能像伸縮著的汽車天線一樣探出。電子成像設(shè)備將代替舊式光學(xué)潛望鏡的棱鏡和透鏡。整個系統(tǒng)的核心是能夠在水中伸出的傳感裝置。這只復(fù)合的電光傳感器位于桅桿的旋轉(zhuǎn)頂端。桅桿裝備了三臺照相機，包括一臺彩色照相機、一臺高分辨率黑白照相機和一臺紅外照相機來為潛艇提供成像功能。另外，它在一個抗壓并且淬過火的獨立殼體內(nèi)安放了一臺緊急任務(wù)控制相機，還使用一臺護眼激光測距儀來確定目標(biāo)的精確范圍并幫助導(dǎo)航。海軍海上系統(tǒng)司令部供圖AN/BVS-1型光電桅桿的組成元件容納桅桿的潛望井將被完全布置到瞭望塔中。潛望井變小意味著在確定控制室的建造位置時有更多的自由。在使用傳統(tǒng)潛望鏡的潛艇中，控制室不得不設(shè)置在狹窄的上層甲板上。而在新型弗吉尼亞級潛艇中，控制室將被設(shè)置在更寬的第二層甲板上，并擁有更開放的布局。光電桅桿使得控制室可以設(shè)置在更為寬敞的第二層甲板。光電桅桿獲得的圖像通過光纖送到兩個工作站和一個指揮官控制臺。從任意工作站都可以用控制桿來操縱這兩個光電桅桿。每個工作站配備有兩臺