声纳是怎么发明出来的?

发布网友发布时间：2022-05-10 14:37

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热心网友时间：2023-10-12 01:34

1912年4月14日深夜，英国建造的世界最大邮轮“泰坦尼克号”正航行在一片漆黑的纽芬兰海面上。“冰山！”正在船首瞭望的船员惊呼了起来。但一切都已经无法挽回了，全速航行的巨轮撞到了冰山上，酿成了人类历史上空前的海难……

“泰坦尼克号”的悲剧却直接导致了用于水下侦察的声纳的发明。

“声纳”原来的意思是声音导航和测距，“声纳”二字取的是英文缩拼读音的谐音。

实际上，早在14世纪，意大利科学家达·芬奇就开始了水下侦察的探索。达·芬奇发现水能够传递声音，并进而发明了被后人称为达·芬奇声管的早期水声器材。1490年，达·芬奇在他的日记中是这样描述他的声管的：“如果使船停止航行，将一根长管的头插入水中，将耳朵贴近长管的末端，就能听到远处航船的声音。”当时还没有出现机器驱动的轮船，有的仅仅是桨船、帆船，但达·芬奇声管已经能听到船行进的声音，这足以说明这一发明的优良性能。所以，后来人们将达·芬奇声管称为原始声纳。

1827年，瑞士物理学家丹尼尔·科拉顿和法国数学家查理士·斯特姆合作，进行了人类历史上第一次水中声速的测量，测出声音在水中的速度为每秒1435米，是声音在空气中速度的4倍。科学家们还发现，声音在海洋中前进时，一路上会被海水“蚕食”，在遇到海洋中的物体和海底时，声波还会反射回来，此时也会被“吞掉”不少声波。这些发现为声纳的真正诞生创造了非常重要的条件。

“泰坦尼克号”的沉没引起举世震惊，也带来了声纳发展的春天。1912年4月19日，也就是悲剧发生5天后，英国科学家理查森即大声呼吁：用空气回声装置进行定位！一个月后，他又提出了与空气回声定位相仿的水声回声定位方案。这就是世界上第一个主动声纳的设想方案。

理查森的设想是，声纳本身向水中发射声波，声波碰到水中物体后反射回来，声纳又能自己接收，从而探知前面有物体存在。利用这种装置，人们就能在黑夜和大雾等不良海况下直接探测到前方冰山等障碍物，从而避免类似“泰坦尼克号”那样的悲剧重演。

理查森的主动声纳设想理论上无懈可击，但限于当时的技术条件，这一设想没有付诸实施。直到第一次世界大战开始后，理查森的设想才又引起了人们的注意。

一战期间，德国潜艇肆无忌惮地攻击协约国的军舰和商船，仅1915年，德国潜艇每月就击沉协约国船舶20万吨以上，而德国潜艇平均每月仅损失一艘半！“哎哟，太可怕啦！得赶快发明一种能发现德国潜艇的仪器！”英*方赶紧成立了一个潜艇探测研究委员会，研制成了噪声定位仪。这种仪器能听到潜艇在水下航行时螺旋桨转动击水的声音，并能根据噪声最强的方向，大略地判断出潜艇所在的方向。不过，如果德国潜艇趴在海下不动，噪声定位仪就*为力了。从水下突然冒出的事先埋伏的德国潜艇仍令英国人猝不及防。

当英国人为此一筹莫展时，英国人的盟友——法国人却在另一个方向上进行研究。1915年3月，法国物理学家郎之万和希洛斯基在1912年理查森设想的基础上，提出了使用超声波进行水下探测的设想。1916年，郎之万成功地在水里产生了超声波，他发明的装置能很快探测到水下100米远的铁板发射回来的声音。

接下来的问题，是要找到一种有效的方法来产生超声波脉冲和接收从水下物体反射回来的声音，接收回声后，要使水下物体的位置能计算出来。这项工作花费了郎之万大量的精力，后来，郎之万终于在法国物理学家皮埃尔·居里和雅克·居里多年前发现的石英压电效应中得到启发，用石英制成了接收器，最后发明了被称为“回声定位仪”的声纳。

“回声定位仪”由换能器发出声波，声波碰到潜艇或其他物件后反射回来，经换能器接收，又变成电信号，经接收机放大处理，就会在显示器的荧光屏上显示出来，人们根据声波信号一去一回所用的时间和音调高低等，就可测出目标的距离和位置，判断出目标的性质。

遗憾的是，等郎之万的“回声定位仪”在1918年底问世，尚未为对付德国潜艇作出贡献，一战便结束了。直到二战开始，它才在海上大显身手，有效地制约了德国潜艇。