出品：科普中國
制作：大晖
監制：中國科學院計算機網絡資訊中心
2021年10月2日，美國“海狼”級攻擊型核潛艇“康涅狄格”号發生了水下碰撞事故。
除了聲納系統，現代潛艇還依靠多種系統互相補充與印證，確定水下的潛艇在既定航向、深度安全航行。
紅色部分為“康涅狄格”号可能受損的部分（圖檔來源：央視新聞）
大家可能會問：既然潛艇擁有如此先進的導航定位和避碰技術，為什麼時不時地還會發生潛艇與水面艦船、潛艇與潛艇、甚至潛艇與海底海山相撞的事故呢？
今天，我們接着說一說危及潛艇水下航行安全的“危險因素”。
“海深路窄”，潛艇航行安全深度受限
潛艇，特别是核潛艇，身量大、水下活動空間有限、海底地形地貌以及潛艇在其中活動的水體複雜多變，動辄長度上百米、水下排水量上萬噸、潛航速度可達30多節的核攻擊潛艇要實作安全航行确實難度不小。
有資料顯示，世界四大洋的平均深度，大平洋為4000米左右、大西洋為3600米左右、印度洋為3800米左右、北冰洋為1200米左右。這麼大的水深，是不是潛艇就可以在其中“五洋捉鼈”任意馳騁呢？
實際上，和大家的直覺沖突的是，海洋水很深，潛艇水下航行區域卻很狹小。可以說，潛艇在大洋中的活動空間很憋屈。
潛艇水下航行的海洋區間以深度來表示，通常分為潛望鏡深度、工作深度和極限深度。
潛望鏡深度一般為10米左右。潛艇的潛望鏡升起并露出水面，可對海面、空中進行雷達、目力觀察、偵察和通信。但潛艇的隐蔽性和安全性差，極易被對手發現和跟蹤，或與海面船隻、水中漁網等發生碰撞、絞纏等事故。
弗吉尼亞級核潛艇“印第安納”号（圖檔來源：中國國防報）
極限深度是潛艇耐壓艇體不發生永久性變形、潛艇最大安全下潛深度。根據各國潛艇性能不同，基本保持在300～600米。潛艇通常在試驗或危急情況下在此深度作短時間停留，若長時間處于極限深度,航行中操縱稍有不當，部分艇體超過極限水深的話，外界海水壓力就可能壓破艇體的薄弱部位進入艇内，嚴重時可導緻潛艇沉沒。
工作深度是潛艇可以長時間安全航行和進行魚雷飛彈發射等的深度。為防止被衛星、反潛巡邏機等發現，并避免與吃水達20～30米深超級油輪、漁船水中拖網等發生碰撞，正常潛艇通常選擇60～100米左右、核潛艇通常選擇100～300米左水深作為安全工作水深。
目前，在潛艇艇身長度上，正常潛艇通常為80米左右、攻擊核潛艇100米左右、戰略核潛艇150米左右。潛艇的安全工作水深理論上隻有高度為60～300米的水下空間，即正常潛艇隻能在其艇身長3倍左右、核潛艇在其艇身長2倍左右的水下空間活動。
看似廣闊無垠、深不見底的遠海大洋，潛艇的可航空間相對來說真的十分有限，隻有接近于海洋表面非常淺的一段水層。
碰撞誘因多，潛艇水下航行困難重重
海洋很遼闊，潛艇水下航行環境卻很危險。“天高任鳥飛、海闊憑魚躍”的描述通常不适合水下航行的潛艇。
除了潛艇航行安全深度的限制外，海底地形、水體運動和水下運動物體等都對潛艇航行安全有較大的影響、限制和危險。勇闖“水下迷宮”的潛艇，可以說是“危險處處存在、意外步步驚心”。
首先，海底地形非常複雜多變。
可以說，陸地上有的地形地貌海底下都有，海底上有的地形地貌陸地上不一定有。海底通常的地形地貌有海坡、海溝、海谷、階地、盆地、海山、海丘、海底峽谷、洋中脊、窪地、海底平原和扇形堆積體等等。海底地形地貌越複雜，海流、潮汐的變化就越大、水下航行環境就越惡劣，潛艇航行的安全性越低。
△海底複雜地形地貌示意圖（圖檔來源：https://www.maritimeherald.com/2018/secret-pictures-of-the-deep-sea-finally-revealed/）
如潛艇在海底峽谷中航行時，峽谷中海流的流速如過大，則容易将潛艇壓向岸壁或礁石。這還沒算上因火山、海嘯和人工建設等引起的海底地形突變對潛艇航行的影響。
其次，海水水體變化十分迅速複雜。
海水時刻處于不停地流動變化之中，不同時間、不同深度、不同海域和不同海底地形地貌情況下的海水水體流動變化極不相同。如狹水道中海流速度會變大大、陡峭岸壁處潮汐變化會更加明顯，海溝、海山附近會有吸力極強的渦流（海底漩渦）存在。
當水下航行的潛艇從海流平穩處突然進入變化較大的水域時，操縱不當或應變不及時就可能發生傾斜、颠簸、航向突變，甚至與礁石、岩壁撞擊或觸碰海底等事故。
另外，海水密度突變會使潛艇産生緻命性的“掉深”事故。
由于不同區域海水鹽分、溫度等不同，海水的密度随着深度的增加并不總是呈現均勻分布狀态。當海水的密度随深度的增加突然改變時，就會在垂直方向上産生密度躍層。當躍層上部海水密度小于下部海水密度時，海水浮力由上至下急劇加大，上下層之間就會形成一個屏障，潛艇就會有觸碰海底的感覺。
密度躍層示意圖（圖檔來源：參考文獻1）
雖然人們形象地将這種躍層稱為“柔軟的液體海底”，但是，如果躍層上部海水密度大于下部海水密度時，就會形成負梯度密度躍變層，海水浮力由上至下急劇減小，潛艇将會急劇掉向海底（即掉深），如果不能及時迅速控制住掉深，潛艇下降到極限深度便會艇毀人亡。
碰撞誘因多，未來仍難避免水下撞碰
除開上述分析的可能引發潛艇碰撞的因素外，更新遲延的海底海圖、毫無征兆的地形突變、操作不當的導航定位、針鋒相對的水聲對抗、量身定制的反潛障礙和狹路相逢的運動物體等，都有可能與水下航行的潛艇來一次“親密接觸”，撞壞艇體、儀器，傷及人員，甚至造成艇毀人亡、核洩漏等無法挽回的損失。
值得注意的是，在潛艇的工作水深區間内，也正是浮動的水下冰山、成群遊動的鲸魚、越來越多的無人潛航器等密集活動的水下空間。
已有的統計資料分析顯示，核潛艇絕對數量較多、航行批次較多的海域，發生水下碰撞的幾率相對要高。比如，冷戰時期，蘇聯的巴倫支海曾是發生核潛艇碰撞幾率最高的海域。
而在未來，随着多國核潛艇數量和水下活動的增加，越來越多的核常潛艇在隻有自身長度2～3倍左右高度的水下空間活動，潛艇之間、潛艇與其他運動物體和水下固定物體間發生碰撞的可能性依然存在。
特别是核潛艇發生碰撞的機率，某種情況下還會有所升高。在這種情況下，除了核潛艇的失事風險可能加大之外，發生水下核洩漏的可能性也有可能将增大。
是以，為了全球和平發展、為了周邊國家人民的安全，對于潛艇的使用中可能出現的各種事故，更應提高警惕、提前防範。
參考文獻：
（1）張建華,黃海峰,胡坤,劉廣旭.密度躍層對潛艇操縱運動的影響及應對措施研究[J].兵器裝備工程學報,2021,42(04):118-122.