潛艦匿蹤技術

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潛艦匿蹤技術

  

林武文
  


提　　要：
一、由於中共強大的潛艦艦隊是造成台灣海峽軍力不平衡的主要因素，而以潛制潛則是最高的海上決勝的主要戰術。
二、潛艦與水面艦最大的差異，在於潛艦以隱密奇襲為主，因此潛艦作戰，兼具戰略及戰術意義，戰略上以其神出鬼沒之師，可以形成震撼嚇阻之反擊力量；戰術上，以其隱蔽匿跡之姿，可以遂行奇襲殲敵的戰場主宰。
三、潛艦的設計考量參數，主要分為載台，戰鬥系統以及海洋作戰環境，而隱形技術則為三者共通的關鍵性技術，不僅硬體須與載台配合，軟體更是戰鬥系統與作戰環境不可不考慮的決勝因素。更由於作戰環境牽涉到地域特性，因此，絕不能假手於外人，而必須靠國人平時不懈怠的資料庫的建立及充實。

壹、前言
在國人殷切期盼下，美國終於答應售我八艘傳統潛艦，也為我國未來的水下防衛作戰注入了生力軍，有鑑於大部分國人對潛艦的好奇與陌生，因此，乃就本人過去數年來有關潛艦的特性的研究〔註一～十〕，特別是潛艦有別於其他表面艦艇的特殊設計理念－隱形技術，作一整理，以分享國人。
這幾年來，由於中共引進了蘇聯的基洛級（Kilo）潛艦，其艦體所塗覆的特殊消音瓦，能有效的降低中頻聲納的偵測機率，水下的隱形技術，再度引發國人的高度關切，而在不久前下水的日本傳統潛艦「親潮」號，也在艦體加裝了格狀棋盤形的消音瓦，顯示了未來水下隱形技術發展的重要性及其趨勢。
潛艦作戰以隱密奇襲為主，為達成該作戰目標，潛艦之設計製造，首先必先以隱形為主，也就是將潛艦本身在進行作戰任務時，可能產生的物理場降低或消除，以免為敵方之偵測系統所偵獲，這些物理場，包括：潛艦本身進行時，推進器所產生的聲場、潛艦本身切割地球磁場所產生的異常磁場、引擎或空調系統所產生的熱（紅外線）以及由於不同金屬艦體在海水中所形成的電磁場等。
隨著前蘇聯的瓦解以及後冷戰時期的結束，世界局勢，由以往意識形態之對立逐漸轉為區域衝突，戰爭的型態，也由大洋作戰的深水對抗，演化成近海作戰的淺水攻防，使得傳統適用於淺水海域，如水雷一類的水中武器的重要性重新獲得重視。傳統的感應水雷，從早期的單一磁引信到聲磁壓複合引信，已逐漸因掃獵雷的技術日益精進而漸失去其光環，水中攻防技術也由於新技術的引入而邁向另一個里程碑，科學家必須另起爐灶，尋求在淺水海域可以偵潛防潛的工藝。
早期，聲納被認為偵潛最有效的利器，然由於近年來潛艇聲防護技術的提升，例如：前蘇聯的Kilo級常規潛艇，颱風級核子攻擊潛艇，美國之洛杉磯級，俄亥俄級潛艇等之加裝消音瓦，使得中頻聲納（7～10kHz）的功能大打折扣，偵潛聲學系統乃朝向大功率低頻主動式聲納（High Power，Low Frequency Active Sonar，簡寫成LFAS）系統發展，然而，在近岸淺水海域，由於海水中富含濃懸浮粒子與多樣海底底質的特性，產生高混響（Highly Reverberant）與多層次（Heavily Layered）效應，使得音響偵測效能受到相當的挑戰，導致誤警機率（Probability of False Alarm）
也相對提高，因此，非音響方式偵潛的研究，也逐漸受到重視。
此外，由於非音響感應式水雷的技術（如磁感應水雷、壓感應水雷）相當成熟，且其精進型的研發亦不絕於途，面對淺水海域作戰環境詭譎多變的態勢，早年可以不鑿痕跡通過的海域，或輕易反制的水下武器，未來可能荊棘遍地，絲毫不得大意，因此，海軍艦艇，特別是潛艦，必須針對日益智慧型水雷的威脅，以及非音響水下監偵系統偵測方式，及早作適當的防護措施，以提高自身的存活率及戰力〔註十二〕。
所謂「隱形技術」，就是指「為防護自己免於受到敵人偵測系統所偵獲的各種措施」，因此，載具所產生會被偵測到的特徵信號，均為防護措施重要之課題。對一般水面艦艇而言，隱形技術主要是針對雷達波和紅外線等特徵，而以雷達之隱形最為主要，至於潛艦之隱形技術，也就是探討，潛艦如何反制偵測系統的各種措施，包括：潛艦航行時，引擎、推進器、空調及泵所產生的聲音；其船殼切割地球磁力線所產生之磁場變異；引擎或熱源產生之紅外線，以及船尾跡流（Wake）現象等物理場。茲分析如下：
貳、水聲隱形技術
由於聲波在海水中可做長距離的傳播，使得聲納成為偵潛的利器，也因聲納技術有了長足的發展，使得潛艇不再是縱橫水下的無敵殺手，為了對抗聲納的偵測，在這幾年來，世界各國減噪技術之提昇，使潛艦輻射噪音強度大幅降低至100 dB re 1V／uPa以下〔註十三〕。尤其中共引進了前蘇聯的基洛級潛艦，能有效地降低中頻聲納的偵測，且德國212型級常規潛艦採用低磁鋼和MTU公司的無磁柴油機技術及艇上裝配消磁系統等之減磁技術，可使磁場強度降低三分之一，因此再一次顯示了未來水下匿跡技術的重要性。
在聲納方程式中，與隱形技術相關的參數是潛艦本身的目標強度及其輻射出的噪音強度。因此，潛艦必須針對聲納的特性予以因應，才能減少被聲納偵獲的機率，反制之道只有從降低本身的目標強度，以及減少本艦之輻射水聲跡訊著手，才能達到隱形的效果。
一、降低目標強度
所謂目標強度，是距離目標中心1米處，所量測到目標之回波與入射聲波之相對強度之比。影響目標強度的因素：包括目標之形狀、結構、材料、方位，聲納之工作頻率、脈波寬度等〔註十四〕。因此，降低目標強度之技術，事實上，和降低雷達截面（RCS）的技術，其原理類似，包括：改變構形、使用無回音之塗覆物以及安裝消音瓦等消音技術〔註十五〕。
改變構形
改變構形之目的在於使回波能偏離接收器的方向，對隱形戰艦而言，而降低RCS為最直接有效的方法，是外形設計上儘量避免直角、空腔或斷面結構，以減少鏡面反射或共振面產生較強的反射波，因此，常使用多斜面的艦橋設計，或加裝金屬網，將艦體反射之雷達波偏折以減少RCS。此外，亦需注意儘量減少艦體表面有任何突出物，例如：天線或武器系統等。而對潛艦，則儘可能採用流線形，並儘量避免存在空腔，或外形不連續之突出物，以減少聲音散射或引起共振。
採用無回音塗覆物
德國人於二次大戰時設計Alberich複合材料鋪設於潛艇金屬外殼上的目的，主要是針對美﹑英兩國之主動聲納，而以其工作頻帶10～20 kHz為主要衰減範圍，而經實驗證實，在頻率8～18kHz時，可使入射聲波衰減超過30 dB，且有效深度可達水下68米；但其缺點為：在此工作深度時，Alberich會因海水之靜壓而變形，導致原先之設計功能無法達成。同時，其吸音特性亦受水溫及靜水壓的影響。而美國Goodrich公司也展開水下吸音材料的研發，其最著名的代表，即所謂的「Rho-C橡膠」，表示該橡膠材料之聲阻抗（密度與聲速之乘積）和海水非常匹配。此項材料以後被廣泛應用於
聲納之聲窗（Acoustic Window）用。Goodrich公司的另一項產品SAPER，也是脫胎於德國的Alberich，但不同的是，德國Alberich的工作壓力，只能達到688kPa，而SARER則提升到1.72 MPa，該系列的材料，包含一連串不相連的空
腔，而為了能抵抗靜水壓力，在這些空腔中被注入了壓縮空氣，使其壓力等於設定水深之靜水壓，因此，它可以在較高壓力下工作，而不致有太大的變形，也因此可以使塗覆此種吸音材料的潛艇，在不同工作深度下，都能維持它的功能。
安裝消音瓦
前蘇聯在二次大戰後，繼承了德國人的技術，而全力發展水下吸音材料，並在六十年代，開始部署在其颱風級彈道飛彈核子潛艇，其技術一直居於世界領先之地位。以中共所引入之基洛級常規潛艇為例，其消音瓦對7～9 kHz中頻聲納之吸音效果，可達25 dB左右，NATO和美國將這一類吸音材料，稱為Clustergurad〔註十六〕，敷貼在潛艦艇殼上，可使MK46魚雷的偵獲距離減少50%。
美國則在八十年代，開始發展固特異A型及AA10型消音瓦，並於洛杉磯級攻擊性核子潛艇上，安裝反聲納吸音塗覆層，到如今，所有俄亥俄級和海狼級以後之各級潛艇上，也都安裝有此類材料，瑞典皇家海軍的Sjoormen級、Nacken級以及哥特蘭級也先後加裝了消音瓦。
潛艇安裝消音瓦之後，它一方面能吸收敵方主動聲納發射的聲波，減少回音的反射量，因而降低敵主動聲納或是歸向魚雷偵獲潛艇的機率，同時，由於消音瓦之機械阻尼特性，更能抑制潛艇本身的振動及流動噪音，降低潛艇之輻射自身噪音，目前消音瓦吸音係數可達0.9以上，顯示安裝消音瓦的潛艇，可使敵聲納的探測能力降低50～75 %左右，而造成敵聲納偵潛困難，另外，前蘇聯潛艇阿庫拉級和S級在安裝消音瓦之後，使美國之MK46反潛魚雷之偵測，距離減少500～1000碼，並使美國潛艇聲納BQ5的偵測距離縮短25%～50%，證明消音瓦之聲隱形效果，十分良好〔註十七〕。
二、降低輻射水聲跡訊的音源強度
目標艦所輻射出來的音源強度，主要來自艦船本身的機械噪音，螺槳噪音及水動力噪音。機械噪音，包括：引擎、各種抽水馬達、發電機、減速齒輪、軸承以及空調設備等運轉時所產生的噪音。而螺槳噪音，主要是指葉旋轉時的擊聲或葉空蝕所引起的噪音，但通常不包括渦輪內部葉片產生的空蝕所引發的渦輪震動或管路震動。此外，推進大軸旋轉時，帶動葉旋轉，導致之葉片轉動率以及葉不平衡所導致的艦船殼體振動等均屬之。低速時，螺槳噪音並不明顯，而一旦空蝕發生，噪音便很明顯激增。至於水動力噪音，則是指水流通過艇殼時，由於不規則壓力擾動所引起的
噪音，包括：船殼邊界層內的紊流、或尾跡紊流、以及引起的聲音及振動等，這些物理現象所引起的噪音，通稱為流動噪音。
為了有效降低敵被動聲納的偵獲機率，艦船本身的輻射聲訊必須儘可能的降低，若艦船的噪音強度降低5dB，則音響自導魚雷的追蹤半徑將下降28%，音響水雷的引爆半徑將縮小43%，而因本艦噪音的降低，其聲納之偵測距離對同一目標而言，增大了63.5%，搜索面積比原來擴大了2.7倍。
至於降低輻射水聲跡訊的音源強度，包括：減少艦船本身各種週期性轉動機械運轉時所產生的巨大聲訊，這些訊息可經船體結構傳至水中，即所謂的結構性噪音，其中一部分與水耦合，再經由水介質輻射出去，即得水性噪音，成為敵人聲納所欲偵測該目標船艦之聲紋資料，這些聲紋資料，還包括葉以及水動力噪音等。其中，以推進系統所產生的噪音最為嚴重。
在降低機械噪音方面
對高速艦艇，為兼顧推進效率及靜音要求，在推進主機的選用方面，除了傳統的燃氣渦輪熱機系統外，也有採用噴水式推進系統，電磁推進或磁流動力推進（MHD）技術，如：前蘇聯的AK級潛艇採用電磁推進，而其颱風級、O級和D級潛艇的尾柱上，則安裝了磁流動力推進器，而英國的敏捷級﹑特拉法爾加級，和美國的海狼級核潛艇，則採用噴水推進，平均可降低10dB左右的噪音，而前蘇聯的絕氣推進系統（AIP），最近也逐漸被西方國家所接受，如瑞典的哥特蘭級潛艇，即採用AIP為其推進主機。機械噪音起因於推進主機、輔機、大軸以及船體振動所產生的聲音，其降低與控制
的方法大都採用吸音、遮音、阻尼（振動衰減）或彈簧（振動絕緣），茲分述如下〔註十七〕：
吸音：吸收聲音之能量，通常是將聲能轉變為熱能而消除之，使用材料大略可分為多孔質吸音材料（如岩棉、木屑、玻璃纖維等），開孔板材料（如開孔石音板、開孔石棉水泥板、開孔鋁板等）以及板狀材料（如合板、石棉水泥板）等三類。對於噪音輻射量較高的裝備，應以內貼吸音襯材的護罩加以密封，機殼散熱或冷卻的空氣進出口需加裝消音器，且基部與底部結合的部位，均應以橡皮之類的避振材料做襯墊，以防止振動能量之傳播。又為了降低機艙內之噪音強度，在機艙的頂蓋，前後隔艙壁，以及兩舷的側壁均須鋪設吸音材料。
遮音：間接減低音源的振動，換句話說，也就是遮蔽聲音的傳遞。使用材料包括用於艙壁上覆蓋之石棉或石膏板等。如通風管之外圍均須以遮音的襯材加以包裹。並於適當位置插裝消音器，且通風管、消音氣的所有懸吊裝置均應具備避振功能。
阻尼：吸收來自振動源之振動能量，使用材料大部分採用金屬、橡膠、塑膠等材料，以噴塗或鋪設方式加在船殼內部或船艙底板，以有效降低該區域結構噪音輻射至水中的強度。
彈簧：為降低裝備之振動，使振動源之振動不直接傳至艙壁、基座或周遭之附屬物，使用材料大都是金屬彈簧、防振橡膠、氣墊等。對於船艙內所有振動較劇烈的裝備（如：主機及發電機等）之振動，會經由底座傳至艦殼，將能量輻射至水中，因此在各種機械裝備與其底座之間應該加裝彈性基墊、座架，以獲得較大減振消音之效果。
在降低螺槳噪音方面
部分潛艦或水下動態武器，例如魚雷，則採用固定螺距螺槳（FPP），包括：對轉螺槳（CRP），或結合轉子（Rotors）、靜子（Stators）與護罩（Shrouds）的導罩式螺槳及噴泵系統。就潛艦所輻射的水聲跡訊中，以推進主機（活塞的前後運動）所產生的低頻線譜最為明顯，而高頻部分，則以推進系統的螺槳噪音最為重要，起因於大軸及葉振動，對於大軸應做局部船體結構振動之模態分析，於軸承與減速齒輪，加裝吸音或遮音包裹襯材與避振阻尼基墊，以期降低大軸運轉之振動效果，且大軸應定時檢查軸承、減速齒輪，以避免因其老化超限而產生不應有之噪音。葉所產生
的噪音，包括：流動噪音及空蝕噪音。流動噪音可由減少葉表面及軸轂的粗糙度或突出物而獲得改善。而對於葉在設計時應予以最佳化設計使其避免產生空蝕噪音，如未能達到此效果時，則可採行下列方式來減低：
使用通氣系統，由葉葉上設計一系列氣孔排氣放出由小氣泡所組成之氣泡群，使葉所輻射出的水流噪音，先與氣泡作用而產生反射損失與穿透損失，其次再由細小的氣泡流將葉噪音由低頻轉換成高頻，因高頻噪音衰減率較大，不易傳播，使得葉噪音強度降低。
使用可變螺距（CPP），潛艇在低速時用小螺距，在高速時用調整為大螺距，對於操縱可交互運用而提高推進效益，但其噪音強度隨葉轉速增加及螺距減小而增加，因此對於可變螺距葉設計選用，如何尋求最佳之葉轉速/螺距之組配，期使潛艇在航行操控時，獲得高效益的推進與低葉噪音
由於葉鳴音時必然隨著很明顯的葉片振動，因此，避免鳴音的方法可以降低葉片的共振效應著手，此可以用高阻尼合金來製作葉片或減振處理方式來達成，或者是改變渦流溢放頻率來防止葉片共振，此可透過削尖或鈍化葉片前緣或後緣來完成，只要不影響葉的強度即可。
三、在降低流動噪音方面
當船速高達某一速度以上時，海水流經船殼上不滑順部分（如船殼焊接施工時所遺留之凸出不平的外表或海生物滋長附著物）會造成邊界層內壓力急劇的變化，或在船殼上突出物之後方，造成水流剝離現象（Flow Separation），產生氣泡與出現週期高低壓交替現象。導致水分子振盪產生特定頻率之流動噪音，一般而言，由流體動力所造成的噪音強度與其速度之平均馬赫數（Mach Number）的5.4次方成正比，顯示直接由邊界層內之壓力攪動所產生的噪音強度，會隨船速之提高而大輻增加，容易造成明顯的線譜，被敵人聲納所偵獲，或藉著結構傳播及海水傳播路徑到聲納音鼓，
成為本艦噪音，因此必須降低流動噪音，其技術包括：流線形艦船構形設計。採用X型艉舵。塗覆聚合物減阻塗料。安裝消音瓦。減少突出物。艇殼設計系列氣孔，排放氣泡群成氣罩屏蔽。
總而言之，潛艦在建造時，其輻射噪音量已經設計與評估，待出廠完工後，其輻射噪音量大致已經定型，但在艦船大修或加改裝後，則必須針對原始減振降噪的機構，重新審查，最好的方式是定期在水下音響測試場作噪音量測，分析在不同速率﹑不同機械組合時的特徵信號聲紋，以檢視各種靜音裝置是否失效或衰減的參考。
參、水下磁隱形技術
由於建造潛艇的材料，以及其推進系統，大多為鐵磁材料，因此，不可避免的會受地磁的作用而磁化，而在艦船周圍產生艦船磁場。當潛艇在水中潛航時，也會切割地球的磁力線，使附近的地磁場造成磁異常現象。水中反潛武器，如水雷所使用的磁感應器，或魚雷所使用之近發引信，便是以此物理現象為基礎所發展出來的。而反潛偵測系統，如美國之P3C反潛機﹑SH60B / F反潛直升機，均安裝有AN/ASQ81型磁異偵測儀。因此，為了達到磁匿跡的目標，潛艇必須致力於磁防護措施，減少其本身的磁信號，以免為敵之磁探儀或水中武器的磁近發引信所偵獲，以提高潛艇的磁匿蹤能
力，而達到反制敵方反潛飛機之磁探儀，或水中武器的磁感應引信，以提昇其隱蔽性和存活率。
一、被動式消磁技術
目前世界各國對磁隱形隱形技術的發展，大略是朝幾個方向進行〔註十八〕：
採用低磁性材料
德國建造其212型常規潛艇時，艇殼即採用1.3964奧氏體鋼製造，此種材料為一種無磁性鋼材，具有良好的機械特性和耐腐蝕的能力。前蘇聯在六十年代建造的645型核子潛艇，亦曾採用低磁性鋼，以降低此型潛艇的磁場強度。
八十年代以後，更採用鈦合金作為殼體和導流罩材料，鈦合金是一種無磁性、抗腐蝕性、重量輕、堅固的金屬，但由於不易銲接，且價格昂貴，並不為西方國家所採用。此外，在前蘇聯之基洛級常規潛艇之艦艉，穩定翼及舵等部分，也都大量使用低磁性鋼，而其聲納導流罩部分，則採用鈦合金，以有效地降低該艇的磁性。西方國家則採用玻璃強化塑鋼一類的複合材料，以及高張力鋁合金於上層結構﹑指揮塔等，以降低艦艇之磁場。
採用低磁性設備
廣泛採用低磁性設備，例如：船用主機﹑發電設備及武器系統等，均採用無磁性或低磁性材料，以降低潛艇整體的磁信號強度，例如瑞典的絕氣推進系統，更大量採用低磁性材料，使其哥特蘭級潛艇成為磁隱形之潛艇，以及德國在其212型常規潛艇中，特別採用了MTU公司的無磁柴油主機，此一先進技術，已引起國際上廣泛的重視。
二、主動式消磁技術
對於無採用低磁性或無磁性材料的主機﹑推進系統﹑傳動軸或武器系統等，則採用局部消磁或低磁化補償措施，此即所謂的主動式消磁技術。目前，艦船消磁最基本的方法，就是利用電流通過線圈產生磁場，來消除艦船的磁性，或針對艦船的磁場作局部補償。以消磁方式而言，可分為固定線圈消磁法和臨時線圈消磁法兩大類。
採用固定線圈消磁法
目前大部分國家的主力艦艇，在該艦船內部，均安裝有消磁線圈，使用時將電流通入線圈，使其產生與艦船磁場大小相等﹑方向相反的磁場，而抵消艦船本身之磁場，並隨時監測各主要裝備和艦艇本身的磁異常現象，作及時消磁和磁補償。當艦艇航行時，可調整消磁線圈中的電流，使其產生的磁場，自動地隨艦船所在的緯度﹑航向及橫搖的變化，作出對應的改變，使艦船磁場能有良好的補償，也使艦船能隨時保持在磁安全範圍內。目前，前蘇聯基洛級潛艇與德國的
212型潛艇均有安裝。
採用臨時線圈消磁法
臨時線圈消磁法，主要是透過消磁站或消磁船來進行的。當艦船需要實施消磁時，先在艦船上臨時繞上消磁線圈，或開到消磁站已舖設好消磁圈上方，進行消磁，然後，再把臨時繞上的消磁線圈拆除，或駛離消磁站。
一般使用臨時線圈消磁，主要是消除艦船的永久磁性（或稱固定磁性），有時也使艦船產生反向磁化，以克服垂直方向的感應磁場的影響，而對安裝有固定線圈的艦船，臨時線圈亦可視任務需求，對艦船之磁場特徵加以調制。通常，小型艦艇及無內裝固定消磁線圈之某些常規潛艇，多採用臨時線圈（或消磁站）消磁，而大型艦船或掃雷艦艇，大部分採用固定線圈消磁法，但有時因任務需求，兩種方法都用。事實上以上兩種消磁方法各有千秋，固定線圈消磁法，能補償艦船因航向、緯度改變及橫搖所造成的磁場變化，能有效補償艦船磁場，但設備及電纜耗費龐大，而消磁時，電
力之耗損也頗可觀，增加艦船之酬載及人力負荷。相對的，臨時線圈消磁法，主要目的是，消除艦船的固定磁性，而對感應磁場則無法補償，然而，在一段時間後，固定磁性又再恢復，因此之故，以臨時線圈消磁，必須定期重複實施。總而言之，為了確保艦船安全，防止其受磁性武器之攻擊，以及降低其被磁探測儀偵獲的能力，最好是每年定期，或機動的實施消磁及整磁。
肆、電磁隱形技術
由於海水本身是導電介質，當潛艦航行時，艦體不同位置的金屬同時浸泡於海水中，由於不同的氧化電位，而產生電化學反應，形成一電池，氧化電位低的(如鋅、鐵等)形成陽極，氧化電位高的作為陰極，因陽極在電化學反應時，會形成離子而溶於海水中，稱為腐蝕(Corrosion)，其中：最為嚴重的是，葉所使用銅合金(如鎳鋁青銅)，與艦殼常使用的鋼，此兩種不同電位的金屬置於海水中，便由於電化學反應而導致船殼腐蝕，此一現象為十八世紀時，義大利的科學家伽凡尼(Galvani)所發現，故稱為伽凡尼反應(Galvanic Reaction)，當此反應發生時，即有腐蝕電流產生，而
為了防止艦體腐蝕，艦船大都配賦有防腐蝕系統，例如：強制電流陰極防護系統（即Impressed Current Cathode Protection系統），簡稱為ICCP系統，此系統運作時，亦伴隨有電流產生，因此，即導致電磁跡訊的發生。
潛艦艇所產生的電磁跡訊(Electro-Magnetic Signatures)，包括：靜電場(Static Electric，簡寫成SE)或水下電位(Underwater Electrical Potential，簡寫成UEP)，與電化學反應產生的腐蝕相關磁場(Corrosion Related Magnetic，簡寫成CRM)，及極低頻之電磁場(Extremely Low Frequency Electro-magnetic，簡寫成ELFEM)跡訊，茲分析如下：
SE跡訊，主要由腐蝕電流、或腐蝕防護系統的電流中的直流電，流經海水所產生。CRM跡訊通常伴隨SE跡訊而產生，主要是由電流產生磁場的效應所引起的。此與鐵磁艦殼(Ferromagnetic Hull)切割地球磁場，或被地磁磁化所引起的鐵磁跡訊(Ferromagnetic Signature)不同，其感應距離較近，信號較強，頻率較低，接近於直流(DC)，為一種近場效應(Near-Field Effect)，一般磁感應水雷即針對此種鐵磁跡訊作感測。至於與腐蝕相關之磁信號，它和一般艦船磁信號不同的地方，在於它是由前面所述的靜電場所引起（電流的流動產生磁場），其衰減和距離的三次方成比例，而一
般鐵磁現象所產生的信號，其信號強度和距離的平方成比例，衰減較前者為慢，可採用主動式陰極防護法（ACP）來改善。此外，它在海面上有較大的振幅，為其主要特徵〔註十九、二十〕。而CRM跡訊為一種交流(AC)信號，它的衰減較慢，可傳播到較遠距離，顯示出遠場(Far Field)的威脅，是近代水雷發展的方向。
ELFEM跡訊依其產生的來源之不同，其頻譜，可分布在兩個不同的頻域，即：ICCP的電流受到電源頻率(Power Frequency)調制的極低頻之電磁場，簡稱PF ELFEM，大約在幾百Hz左右，和大軸轉速(Shaft Rate)有關的極低頻之電磁場，簡稱SR ELFEM，其頻域大約在幾十Hz左右。PF ELFEM主要是來自於腐蝕防護系統的電流，受到不良的ICCP系統的電源供應器的調制(Modulation)所引起的，當然，船上的交流電源或旋轉機器亦會產生類似的電磁場，只是這種電磁場受艦殼影響，很快衰減，因此不會被水雷或水下監偵系統所感測。至於SR ELFEM跡訊，則是由流入葉的防腐蝕系統的電
流，受葉大軸的轉速率所調制而引起的。當大軸轉動時，大軸軸承或滑環(Slip Ring)的電阻產生飄移，使得通過大軸的ICCP電流受到調變，聯帶使其產生的電磁場受到調變，而產生極低頻之電磁場輻射出去。
根據以上的敘述，我們大致了解潛艦所產生的磁跡訊的種類及其原因，以下我們再來探討如何降低或消除這些跡訊。
一、降低SE和CRM跡訊的方法
降低近場的SE跡訊與CRM跡訊的方法，與該潛艦所使用的防腐蝕系統有極密切的關係，常用的防腐蝕的方法，有(1)陰極保護法(Cathode Protection)、(2)鈍化法(Passivity)、(3)陽極保護法(Anode Protection)、與(4)保護層法(Protective Layers)。茲說明如下：
所謂鈍化法，其處理的方式，是讓金屬表面生成一層保護膜(Protective Film)，以防止內部的組織進一步氧化(生鏽)，例如：將鐵浸泡在濃硝酸(Concentrated Nitric Acid)中，可以使鐵表面產生一層保護膜而使鐵鈍化。
所謂陽極保護法，是利用當高電流由金屬流入電解液時，該金屬之電位會因金屬離子的快速堆積而趨近於陰極的電位，也可能會有氧化膜的形成，此兩種效應當中任一種發生時，皆可防止腐蝕到某一種程度，但此法對在海中航行的艦船不適用。
所謂保護層法，是利用金屬和空氣接觸時所形成較為密緻的氧化層，以阻止內部金屬繼續氧化之法，例如：一般鋼鐵暴露於大氣中時所產生的厚氧化層（鏽），因其結構較鬆散，反不如不銹鋼、鋁、鉻、鈦等金屬上，所生成的幾乎看不見的薄薄的一層氧化膜來得具有防蝕功能，因此，在低合金鋼中，加入少量的鉻、銅、鎳等，使其具有自我防護的功能，是常用的防腐蝕方法，但此法不一定能適用於浸泡於海水中的艦船。
至於所謂的陰極保護法，乃是利用電化學反應時，陽極因腐蝕而溶解，但陰極因還原作用而受保護的原理。這個方法的發現，可以追溯到西元1824年，英國科學家韓福瑞、大衛（Humphry Davy）發現在鹽水中，銅與鐵或鋅耦合時，銅本身會被保護，而免於腐蝕，他因此向英國皇家海軍推薦，在銅殼船體上，藉使用鐵塊與船殼接觸，利用犧牲鐵塊而達到防止銅殼船身腐蝕的目的，此為最早的犧牲陽極的陰極防護法。1829年，任職於英國皇家都布林(Royal Dublin)大學的化學教授，愛德蒙、大衛（Edmund Davy）改良他的方法，將鋅塊安置在鐵殼浮標之上，而成功的保護鐵殼免於
銹蝕。1840年羅勃、馬力特（Robert Mallet）生產一種鋅合金，特別適合作為犧牲陽極，因此，當鋼取代木材成為標準的艦殼材料以後，所有英國艦船均在船殼上裝配這一類的鋅合金，成為標準配備，沿用迄今。此即早期，一般艦船常採用的所謂犧牲鋅陽極法(Sacrificial Zinc
Aanodes)〔註二一〕，是一種被動式陰極保護法(Passive Cathode Protection，簡稱為PCP)。
至於所謂的主動式陰極保護法(Active Cathode Protection，簡稱為ACP)，是因電化學腐蝕的產生，常伴隨著陰極和陽極間電流的流動，因此，若能控制此腐蝕電流的流動，即可防止腐蝕現象發生，而終極之目標，即為抑制所有由陽極所流出的電流，此可透過外加電源的方式，強迫電流流進陽極面(此和在腐蝕過程中，電流由陽極流出相反)，使陽極蛻變成陰極而達成防腐蝕的目的，故又稱之為強制電流陰極保護法。
CRM雖然是一種磁跡訊，但由於CRM是由潛艦外海水中的電流所產生，故無法透過船內的整磁系統(Degaussing System)來消除，此整磁系統，只能針對艦船本身的鐵磁殼體，因受地磁場作用所感應的磁場，即所謂的鐵磁場跡訊發揮作用，對CRM則不生影響。雖然CRM是伴隨SE而生，但降低近場的SE跡訊卻並不保證一定會降低CRM跡訊，反之亦然，而且，雖然ICCP系統是用來防止艦船的腐蝕，但在達成低跡訊時，也可能會犧牲部分的腐蝕防護，反之亦然，同時，潛艦也無法阻止其他船用電機所產生的雜散電流或接地電流流入海水中，因此，也不能完全消除SE和CRM場。
二、對極低頻之電磁場跡訊的防護
而伴隨靜電場之腐蝕相關磁場（CRM）信號，還有極低頻電磁（ELFE）信號，產生的原因，包括流入螺槳軸之靜電流（SE）之變化，經由軸承返回之電流，以及由於大軸轉動時軸與軸承間電阻的改變等，此可透過主動式軸的接地（ASG）及被動式軸的接地（PSG）技術來消除〔註二一～二四〕，例如：加拿大W.R.DAVIS工程公司之AN/SJQ501 ASG系統，已為加拿大、日本、荷蘭、瑞典、澳大利亞、美、英、法、德等國海軍艦艇採用。
前面提過，產生極低頻之電磁場跡訊的主要來源有兩個，即：由電源供應器所產生的PF ELFEM，和與大軸轉速率有關的SR ELFEM，因此，降低極低頻之電磁場的方法，可以直接由其發生源來尋求解決。首先，針對降低PF ELFEM跡訊來說，有二種方法：
使用線性電源供應器
該線性電源供應器，配合在ICCP的電源供應器的控制電路，加裝輸出濾波裝置，可以有效降低作用於防腐蝕電流上電源之頻率的變化，使其漣波較為穩定。
使用切換式電源供應器
切換式電源供應器（Switch Mode Power Supplies，簡寫成SMPS)，以SMPS取代ICCP系統的電源供應器，可以有效地去除電源的漣波，主要是由於SMPS可以將電源之頻率，轉換到更高的頻率上。只要電源供應系統正常運作，PF ELFEM的跡訊自然就會消除到最低限度。
至於降低SR ELFEM跡訊的方法，基本上就是產生一電流用以抵消伽凡尼效應，使得大軸或軸承上無電流存在，此可由將電流迴路加以短路，或以被動式大軸接地法(Passive Shaft Grounding，簡稱為PSG)或主動式大軸接地法(Active Shaft Grounding，簡稱為ASG)等方法來達成。茲說明如下：
被動式大軸接地法
被動式大軸接地法，主要是在大軸和艦殼之間，透過滑環及軸櫬(bushes)而以導線連接，因而使大軸和艦殼間的電阻降低，因此，也降低了防腐蝕電流的漂移。相對應的，也降低了SR ELFEM跡訊。一般商船也用被動式大軸接地法來降低大軸和軸承的腐蝕。
主動式大軸接地法
主動式大軸接地法，此系統利用一組感應裝置，透過滑環組(Slip Ring Assembly)，來偵測大軸和殼體之間的電位差，並將此電位差信號放大，來控制大電流供應器，驅動滑環和殼體的電流，它能確保大軸與殼體間無電位差存在，因此，也保證防腐蝕電流的漂浮量趨近於零，也連帶的消除了SR ELFEM的跡訊。
一般海軍艦艇的主動陰極保護系統(ACP)的電源供應器，其電壓和電流大約是30伏特，150安培，主要是用來保護船殼，防止腐蝕。而此電源之諧波(Harmonics)傳入海水中，卻產生極低頻的電磁跡訊(ELFEM)，主動大軸接地系統(ASG)則純粹是用來防止此種ELFEM跡訊的裝置，但這並不意味著主動大軸接地系統(ASG)可以取代主動陰極保護系統(ACP)，此兩種系統的功能是完全不同。
伍、紅外線隱形技術
由於熱機引擎是艦艇主要的動力來源，引擎工作時所產生的高溫，使得一般艦艇的紅外輻射，大多非常強烈，艦船的紅外輻射主要來自於所排放的高溫廢氣，部分來自於內部機械和電子設備，及烈日曝曬的艦體。因此，除聲、磁信號外，紅外輻射也是另一個隱形技術的重點。近年來，許多攻船飛彈改以紅外線尋標器為主，而以雷達尋標器為輔。紅外輻射的波長中有兩個波段最為重要，包括：波長3-5微米的中紅外區，及波長為8-14微米的遠紅外區。此二波段的紅外線，容易被紅外線偵測器所偵獲，而以中紅外區所占的能量較大也更為重要，約占總輻射量之99％。
常規潛艇在浮航或用通氣管航行，或充電時，其推進器所排出的熱廢氣，或冷卻系統所排出的熱水，均可能產生熱蹤跡，即使在潛艦潛入水中後，短時間內仍難以消失，此熱蹤跡可以被現代反潛機所攜帶之紅外線偵測儀偵測到（其靈敏度可達1€?0 ℃）。至於核子潛艇，即使在相當深的水下航行時，其反應爐之冷卻水排放到海中，仍能維持相當長的時間，比周遭海水溫度要高的情況，成為一種特殊熱跡效應，亦可為紅外線偵測儀所偵知。紅外場則是由於潛艇所排出的冷卻水與周遭海水間的溫度差所形成的，此溫差可以紅外線輻射計（Infra-red Radiometer，IRR）所偵測。
目前水面艦所採取的紅外線隱形技術，主要乃針對產生中紅外輻射的熱源所採取的措施，如引入大量冷空氣於排氣管（或煙囪）尾段，以稀釋（或降低）高溫廢氣，必要時，則以發射紅外線誘標，以誘離來襲之攻船飛彈。至於遠紅中區的匿蹤技術，有報導稱，以噴灑水幕來作為冷卻及屏障之用，但其負作用卻也無法避免，例如：水幕所含鹽份造成艦上裝備之腐蝕，水幕亦造成本身武器系統的遮蔽效應，因此，其成效仍有待觀察〔註二五〕。
未來艦艇如採用電力推進，除了可以省卻目前由推進主機到螺旋槳之間的推進大軸減速齒輪等笨重設備外，更可以降低產生的噪音以及紅外輻射，對艦艇的隱形效果相當的助益。
陸、隱形技術未來的發展
隱形技術對水下作戰的功效是明顯的，隱形技術，已由概念研發階段，步入成長茁壯期，未來的發展，將配合尖端技術的開發，並與戰術之運用相結合，大致上可以歸納成下列幾個方向〔註二六〕：
材料
新材料的問世是隱形技術發展的里程碑，未來材料的開發將朝向減小聲紋特徵、具有高結構強度、能抗靜水壓的方向發展。複合材料的重量輕，不導磁、結構強度大，是未來的趨勢，目前，已有部分水下武器，使用FRP複合材料，來作為推進器及殼體隔艙材料，未來更可能逐步提升其比重。其他高阻尼的合金材料，用來抑制葉振動，以降低輻射噪音的研究，也如雨後春筍，如英國採用鎳銻合金（Nitinol），日本則採用鐵鉻鋁金等，其減振效果，提高了二十倍。此外，超導材料最近幾年已有相當大的突破，未來應用在新一代的推進系統，已是指日可待，它除具有極高的能源使
用效率，可使現在的發電機體積大幅減少，更特殊的是他的靜音現象。
減振降噪技術
以往被動式的減振降噪技術，只能消極的針對振動噪音作被動的消除工作，往往只能揚湯止沸，未能釜底抽薪，未來主動的消音技術，利用電子信號處理技術來偵測振動噪音源，而產生反相（Out of Phase）振噪源與破壞性干涉，來達到減震降噪的目的，這方面的研究正如旭日初昇，各國對此研究均不餘遺力。
防蝕與電磁防護技術
此為近年來最受矚目的課題，以往單純的船體防蝕技術，由於新科技的發展而有一新的面貌，但也由於新的偵測技術不斷改良，使得過去不鑿痕跡的電磁場成為故人最佳的遙測訊號，因此，必須針對潛艦本身的特性，隨時校正、匿蹤隱形，顗免行蹤太早曝光，為敵所趁。
柒、結語
美國隱形戰機F-117A，早在1991年元月，曾被英國42型驅逐艦，在波斯灣執行飛機管制任務時，使用其艦裝之1022型雷達，在40-20浬的距離內偵測到，且能以艦上之防空導彈鎖定〔註二七〕。
因此，所謂的隱形技術，並非是永遠的保護傘，它會隨時間，隨新科技的出現而現蹤的，例如：隱形飛機可能躲過雷達波的追蹤，但卻可能在光學雷達（LIDAR, Light Detection and Range）下原形畢露，因此，在新科技上永遠保持領先，將是未來戰場上決勝的重要因

註釋
註一：林武文，「潛艇匿跡設計」，水下工程技術研討會，中科院光華計畫室主辦，87年12月10日。
註二：林武文，「潛艇的隱形技術(上)」海軍學術月刊，第三十四卷第四期，民國89年4月。
註三：林武文，「潛艇的隱形技術(下)」海軍學術月刊，第三十四卷第五期，民國89年5月，頁31-36。
註四：林澄貴、林武文，「潛艇的聲防護技術」新新季刊，第二十九卷第三期，民國90年7月，頁161-174。
註五：林武文、陳茂雄、張國理，「光纖伽凡尼腐蝕電流感測器」永達學報，第二卷第二期，民國90年12月，頁1-12。
註六：林武文，「電磁防護技術對潛艦設計的分析」海洋技術季刊，第十三卷第三期，民國92年10月，頁3-8。
註七：林武文，「潛艦偵測系統的最新發展」，海洋技術季刊，第十四卷第一期，民國93年4月，頁25-30。
註八：林武文、林澄貴，「本艦噪音與艦體設計之研析」第四屆軍艦工程研討會，民國85年4月，頁169-178。
註九：林武文、黃世巨、陳建霖，「軍艦的電磁跡訊」第八屆軍艦工程研討會，桃園大溪中正理工學院，民國89年４月。
註十：林武文，「潛艇之電磁防護技術」第三屆水下工程學術研討會，台北市大葉大學，民國91年12月12日，頁1-18。
註十一：林武文，「潛艦的匿蹤技術」，第五屆水下工程學術研討會，台大船舶技術研究中心主辦，台北市，民國93年9月24日，頁8-1～8-9。
註十二：J. H. Goldberg，「Stealth Submarine vs. ASW」National Defense，pp.34-38，Mar. 1989.
註十三：粟有鼎等編著，「艦艇磁防護與聲防護」，新華書店，北京發行所，1986年3月。
註十四：J. G. Cook，「Target Strength and Echo Structure」in Adaptive Methods in Underwater Acoustics，Ed. By H. G. Urban，British Crown，London，PP.155-172，1985.
註十五：林瑛，「隱蔽在大洋深處的利劍－當代潛艦隱身技術的發展」，現代艦船，頁12-15，1997年10月。
註十六：Frank Barnaby，Tactical and strategic antisubmarine warfare，The MIT Press，Mass.，U.S.A. 1974.
註十七：夏銀山，「現代潛艦降噪技術的發展」，中共現代軍事，頁84-87，1990年9月。
註十八：錢挺，「潛艇的磁隱身」，中共艦船知識，頁14-15，1997年10月。
註十九：J.C. Hubbard，S.H. Brooks，B.C. Torrance，「Practical measures for the Electro-magnetic signatures of in-service surface ships and submarines」UDT 96，London，UK，pp. 480-485，July 1996.
註二十：Jean-Yves Bruxel，「Electromagnetic field properties in sea water localization of a dipolar target」UDT 93，pp.158-162，1993.
註二一：Frazer Nash，「Countering ELFE and other Electro-magnetic signatures」，Maritime Defense，pp.142 – 145，June 1996.
註二二：Richard Holt，「Detection and measurement of electric fields in the marine environment」 UDT 96，London，UK. pp.474-479，July 1996.
註二三：A. Donohoo，J. Vrbancich and M.D. Sousa，「A controlled underwater electric potential source array」，UDT Pacific 98，Sydney，Australia，pp.163-167，1998.
註二四：P.M. Holtham，I.G. Jeffrey，「ELF signature control」，UDT 96，London，UK，pp.486-489, July 1996.
註二五：Gunnar Ohlund，「Design of submarines for stealth and survivability」，UDT97，pp. 114 – 118，Hamburg，Germany，Jun. 1997.
註二六：Stan Zimmerman，Submarine Technology for the 21st Century，2nd Edition，Pasha Publications Inc.，Arlington，VA. 1997.
註二七：海軍學術月刊，第三十一卷，第三期，頁67，民國86年3月。