潜水艇的工作原理(水下潜艇如何知道自己身处何处？即便没有GPS，也能计算出位置)

潜艇与其他武器相比，最大的特色就是可以潜入海中。那么在海中的潜艇如何知道自己所处的是白天还是黑夜，是往东还是往西，是潜高还是潜低？

有人会说：有潜望镜啊！其实潜望镜也是有长度的，一旦潜艇潜下的深度超过潜望镜后，那又该怎么办呢？

一、GPS之前

现代的潜艇由于有GPS加持，完美解决了上面的问题。潜艇官兵可以随时从电脑屏幕上查看自己所处的经纬度、航向和即将到达区域的情况。

不仅仅是潜艇，甚至潜艇发射的弹道导弹也依靠GPS提升命中率。按照美军的工作方法，导弹在发射后通常会从太空调动至少4颗卫星来进行不间断辅助。一般来说，3颗卫星就可以满足需求。只不过若想提高精度，就必须整合接收器与卫星上的时钟，所以才会用到第4颗卫星。那么在GPS出现之前，潜艇官兵是如何操作的呢？

首先，就是潜望镜。潜艇上的人员通过伸出水面的潜望镜观察外部情况。观察中需要确认潜艇所处的外部环境，进而确定位置，并规划好航行路线。

当潜艇潜入比潜望镜的长度还深的大海深处时，基本上可以从航线及速度等信息得知目前的位置。艇上人员可利用电罗盘与潜艇底部的测程仪等装置，来分别观测航程路线和潜艇的航速。比如从"某个地点"以"某种速度"航行"某条路线"，则必须航行"某段时间"，再用速度乘以时间得出距离。这个数值由某个地点延伸出航线方向，就会得知目前潜艇的位置。

不过，这种潜艇位置的计算方式并未加入任何外力影响，只是一个推测潜艇位置的普通公式。在实际中，外部复杂的环境会影响到潜艇的计算精度，如果不包含误差造成的数值，潜艇官兵是无法精确得知自己在哪里的。

因此，艇上人员需要修正潜艇的所在位置。在有条件的情况下，通过计算得来的数值再辅以潜望镜观察外部情况，就可以确认潜艇的实际位置。

不过，以前还有一种主流方法就是所谓的"电波"导航系统。潜艇的主电台和副电台发射的电磁波到达时间是有时间差的，利用时间差可以测出潜艇的所在位置。原理是接收两个电台发出的电波时间，通过距离取得双曲线位置线的交叉点。

二、潜艇惯性导航系统

以上所说的几种方法都属于比较"远古"级别的，因为有一项不可忽视的制约条件就是，潜水艇必须航行至较浅处才能实现。无论是潜望镜，还是接收电波，都必须达到这个条件。可是在实战中，潜艇有时为了保护自己，需要长时间潜伏在深海中，那怎么办呢？于是后来潜艇所使用的惯性导航系统便以此为目的研发出来了。

按照数学公式来说，将加速度两次积分后可以求出位移，也就是距离。因此，测出潜艇所承受的所有加速度并予以积分，就可以得知潜艇的明确位置，而且会比通过测程仪得到的速度数值，再进行二度计算获得的位置更加精确。这种导航系统可以说，是科技所搭载的惯性导航系统的潜艇版本。

不过惯性导航系统也不是万能的，潜艇自身的加速度数值还要受到地球自转或潮汐洋流的加速度影响。后来，日本为潜艇量身发明了能够检测出微小加速度数值的加速度计。

加速度计的发明，让日本潜艇能够在水中持续取得极为精确的位置数据。这也是上世纪七、八十年代，很多国家认为日本水下部队是一股不可忽视的力量的原因。

不过在绝对力量面前，一切技巧都是浮云。美国人虽然没有设计出加速度计，但人家制造出了GPS卫星导航。至此以后，什么公式计算都只是纸面上的东西，都输给了更为精确的卫星指引。

三、潜艇为何要亮红灯

在一些描写潜艇生活的影视作品中，我们会发现有时候潜艇内部是暗红色的，让人感觉非常阴暗不爽，这是为什么呢？那是因为此时代表着外边天黑了，属于夜晚。有人就笑了：潜艇在水下行进，外边是白天还是黑夜有这么重要吗？

当然重要！当潜艇处于潜望镜可观察范围时，除了艇长，还会有专人负责持续观测四周情况。但一个人如果长时间观察，肯定会因疲倦导致注意力涣散，因此需要轮换。

在夜晚，尤其是水面上没有月光的漆黑夜晚，如果使用潜望镜进行观测，就会让人的眼睛产生生理上的暗反应问题。也就是说，如果潜艇内部是正常光亮，但外界是漆黑一片，受到光线的刺激，人的瞳孔会极速收缩以保护眼睛。即使隔段时间再通过潜望镜进行观察，瞳孔也不会快速放大，而是要慢慢习惯暗处光线后才能再逐渐放大瞳孔。

那么无论是谁，在夜间观察外部环境时，会因为眼睛无法看清东西而造成极大困扰。尤其是争分夺秒的战场上，稍有不慎就是几百条人命的代价。所以潜艇随着外界黑暗将内部的灯光同步调暗，好让眼睛预先适应环境。这也正是潜艇内部昏暗的原因。