聲納技術發明時，有哪些故事？

聲納，又譯聲吶，是英文縮寫SONAR的音譯，它是一種利用聲波在水下的傳播特性來進行導航和測距，再通過電聲轉換和信息處理，完成水下探測和通訊任務的電子設備。分主動式和被動式兩種類型，屬於聲學定位的範疇。聲吶技術至今已有100年歷史，那麼，它是怎麼發明的呢？

義大利帕維亞大學的「偶極子」拖曳水聽器陣

1914 年，第一次世界大戰爆發。戰爭初期，德國先進的武器裝備讓他們在戰場上佔盡了便宜。特別是他們的U—9 型潛艇就像海底幽靈一般，讓海面上的艦船驚心不已。僅9 月 22 日一天，德軍的一艘U—9 型潛艇只用了半小時就擊沉了三艘英國巡洋艦，英軍損失了 1200 余名水兵，如果再不想出制服潛艇的辦法，解除德國潛艇的嚴重威脅，英國海軍恐怕就會一敗再敗，最後甚至所有的艦船都保不住。  

大名鼎鼎的u-9型潛艇

該如何應對水下潛艇呢？英國海軍人員集智攻關，他們認為，制服這種特殊的武器，首先要解決偵察的問題，也就是要發現它，只有發現了它才能發射魚雷命中目標，這個時候，就迫切需要一種能探測這些水下「惡狼」的辦法。
郎之萬和希洛斯基兩位科學家接受了這個任務，他們帶著科研團隊隨即投入到緊張的研究之中。經翻閱相關資料發現，其實早在1906年，英國海軍的一位科研人員劉易斯·尼克森，為了使艦船航行安全，他便發明了一種具有現代意義的聲吶儀，但這種聲納儀被稱為是一種被動式的聆聽裝置，主要用來偵測冰山，沒有得到廣泛應用。 1912 年的時候，由於「泰坦尼克號」的沉沒，為了儘快把船打勞上岸，科學家理查森也曾提出過類似的課題，就是通過使用超聲波，通過回聲來探測水下的物體，然而，直到第一次世界大戰爆發前，這種想法還難以實現。

「泰塔尼克號」資料圖片

郎之萬和希洛斯基認為，這個課題就是一個突破口，他們立即著手立項，很快便得到批准投入研究。鑒於對前面資料的分析，兩位科學家認為，目前研究的關鍵就是要找到一種有效的方法來產生超聲波脈衝和接收從水下物體反射回來的聲音，更重要的是，接收回聲的方法要使水下物體的位置能計算出來。
一天，郎之萬泡在圖書館裡，一邊翻看資料，一邊苦苦地思索著研究的切入點。突然，他翻到了比埃爾·居里和雅克·居里在許多年前發現的壓電效應。這個壓電效應是指石英在受到壓縮時會產生一個很小的電流。反過來，如果向石英施加一個電流，石英就會有輕微的膨脹。看到這段內容，郎之萬豁然開朗，這段資料表明，石英和其他壓電物質既能做聲音的發射器，也能做聲音的接收器啊！。於是，郎之萬開始著手進行用石英板做接收器的研究工作，為了更快地推進這項研究，他特意邀請了在石英物質方面專家波意爾教授，他當時正為帕克斯頓港的皇家海軍工作。  

聲吶裝置的水下擴展探頭

一年後，他們便有了收穫，他們用石英物資研製成功了一種發射器和接收器，他的主要功能是釋放超聲波，並接收接觸物體後反射回來的超聲波，並通過運算系統，精確計算被偵測物體的位置及體積等，這便是有源聲納系統的開篇探索。1918 年底，英國皇家海軍研究小組開始在軍艦上試驗他們研製的聲納裝置並很快投入戰場，此時戰爭即將結束，但困獸猶鬥德軍潛艇依然活躍在海底，可這回，吃虧的卻是他們，靠著聲納的主動尋找和精確的定位，皇家海軍每天都能擊中德軍潛艇，要不是此時戰爭快要結束，德國海軍就可能完敗。

（作者:程剛）

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