視界のない海中で、潜水艦はどうやって敵味方を識別するのか？

2023.07.28 06:02 掲載 2

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水深200メートルから深海と呼ばれる。光がほぼ届かなくなる暗闇の世界だ。潜水艦の潜航能力は、最高機密ゆえ、具体的な数字は明らかにされていないものの、深海域も含め活動範囲となることは確か。そんな視界の効かない闇の中で手がかりになるのが「音」である。潜水艦の目となる「音」の探知と分析について解説する。

文・イラスト／坂本明、写真／海上自衛隊、US Air Force

視界のない海中で、潜水艦はどうやって敵味方を識別するのか？

■海の中は多様な音でいっぱい

去る6月に、深海に沈没したタイタニック号の見学ツアーを行っていた潜水艇「タイタン」が事故で沈没した。報道によれば、最初にカナダ軍の哨戒機がソノブイを使って海中から発せられる音を探知したことが発表されている。視界の効かない海中のなかで、捜索の手がかりとなるのが、この音であった。

ところで、空中や地上では、一般的に広範囲な捜索にはレーダー（電波）が使われる。なぜ、それが水中では使われないのだろうか。その理由は、水中では電波の減衰が大きいためだ。対する音は、水中での減衰が少なく（周波数が低いほど減衰しにくい）、空気中よりも4倍以上の速さで伝わる。そのためソナーやソノブイで音をレーダーのように使って捜索したのである。

しかし海中から発せられる音が何であったかまでは特定できなかった。

海中では魚を始めとする海洋生物が発する鳴き声や音、海底で起きる自然現象が作る音、船のスクリュー音やソナー音、海中や海底での工事音など様々な音が交差している。しかも海中（水中）では音がどれだけ遠くまで伝わり、いつまで持続するかは、さまざまな要因が影響し、分析が容易ではない。海中の微粒子によって特定の周波数の音が反射・散乱・吸収されたり、塩分濃度や水温、圧力が水中を進む音の速度に影響を与えるのだ。

そうした中で聞こえた音が何の音かを特定するのは難しいわけだ。

■潜水艦はそれぞれに固有の音を出している

音紋を比較する潜水艦のソナー員

海中の音を聞くのにはハイドロフォン（いわゆる水中マイク）が使用される。潜水艦や水上艦艇のパッシブソナーもその仲間で、海中の離れた物体が発した音を探知・分析する装置だ。潜水艦のゲームや映画などでお馴染みだろう。

海中で聞こえた音が何であるかを特定するには、さまざまな音のサンプルと照合する方法がとられる。サンプルはいわゆる音紋といわれるもので、海中の音を集めてそれが何の音（何が出す音）かを分析・分類し記録してある。

たとえば海中を航行する潜水艦は、スクリュー音や主機の音、潜水艦と水が擦れる音などが混じり合って固有の音を発している。これらを採取しておけば、音だけで、艦の区別が可能になる。ただし、個々の艦がそれぞれ固有の音を出しているということではなく、◯◯級の艦が出す固有の音ということになるが。

ソナーを用いて収集された音は、雑音を取り除き、周波数や強度の時間的変化を分析して横軸に時間、縦軸に周波数をとってグラフ化される。これが音紋で、ソナグラフという装置が分析した周波数の持つエネルギーを濃淡で表示する。

各国の潜水艦の音紋を収集・データ化しておけば、有事の際にどこの国の何級の潜水艦なのかがすぐに分かる。

■音紋を集める音響測定艦とは？

今日の対潜水艦戦闘は水上艦艇だけではなく、対潜哨戒機や水中音響監視システムのような定位置センサー等を用いて行うシステム戦闘になっている。逆にいえば、自国の潜水艦が作戦を行う場合も、単独ではなく、水上艦艇や対潜哨戒機の支援がなければ任務の遂行が難しいということだ。

また平時から戦闘が想定される相手国の潜水艦についての情報収集も必須である。その一翼を担うのが音響測定艦（海洋監視船ともいう）だ。

音響測定艦による音紋採取のしくみ

対潜戦において指標となる仮想敵国の潜水艦の音紋採取を行うのが音響測定艦で、平時から音響データを収集しておくのが主任務である。アメリカ海軍や海上自衛隊の音響測定艦では潜水艦の静粛化にともない低周波のパッシブおよびアクティブ音響監視システムのSURTASS（Surveillance Towed Array Sensor System：監視用曳航アレイソナー）とLFA（低周波アクティブ）ソナーシステムを装備する。

通常はパッシブ式の監視用曳航アレイソナーで水中聴音を行い、目標の潜水艦が静寂すぎて曳航アレイソナーだけでは音を検出できない時には低周波アクティブソナーを使う。低周波の音波を発射し、潜水艦から反射される音波を曳航アレイソナーで探知する。その探知距離は最大数百キロに及ぶといわれる。

しかし近年、低周波アクティブソナーのクジラ等の海洋生物に対する影響が問題視されている。

ちなみに機雷探知に使用されるソナーは高周波ソナー。沿岸海域のような浅海面では分解能が高い高周波ソナーのほうが小型潜航艇なども探知することができる。

■双胴型の船体を持つ音響測定艦

日本では、海上自衛隊が「ひびき型」音響測定艦を3隻保有している。「ひびき型」は海上自衛隊初の双胴型の船体を持つ艦で、艦橋の後部に広いヘリ飛行甲板が設置され、艦尾にはAN/UQQ-2 SURTASSを格納している。

ところで「ひびき型」の双胴型の船体というのは正確にいうと、半没水双胴船あるいは小水線面積双胴船（SWATH）と呼ばれるものだ。形状が魚雷型の2本の船体（ロワーハル：水没体）を水没させ細いストラットで上の船体とつないだ形をしている。

海上自衛隊のひびき型音響測定艦の1番艦AOS「ひびき」。水中放射雑音を低減するためにディーゼル・エレクトリック方式の主機関を搭載する（海上自衛隊ホームページより）

水没体は水面を切るストラットが細く、その部分の排水量が小さいので、波から受ける力が少なく、波の中での運動が小さくなる。そのため揺れが少なくなり、波が高い海面や高速での航行時の安定性が良いのが特徴だ。これにより音響測定艦では海中に沈んだソナーシステムを安定して曳航し聴音作業が行える。ただし独特の揺れがあるともいわれる。

さらに”ひびき型”では水没体にバウスラスターを装備して接岸・離岸時の操船を行いやすくしている。

ちなみに海外では、半没水双胴船の利点を活かして、高速航行を可能にするために水没体をいくつかに分け、より造波抵抗を減らたシー・スライスなんていう船もあった。この船は4つの水没体と船体を細いストラットでつないだ構造で、水面を切る部分がより少なくなるので通常の半没水双胴船よりもさらに性能が向上している。シー・スライスはアメリカ海軍が建造した実験船だった。