潜水艦はどのような方法で探知されるのか

潜水艦は海中に潜って行動するため、水上艦や航空機のようにレーダーだけで簡単に見つけることはできません。
そのため、潜水艦の探知では水中の音を利用するソナーを中心に、磁気、レーダー、電波、光学センサーなど複数の手段を組み合わせます。

特に現代の潜水艦は静粛性が高く、単独のセンサーだけで発見して追跡し続けることは容易ではありません。
実際の対潜水艦戦では、探知、分類、位置特定、追跡という段階を踏みながら、複数の艦艇や航空機、センサーから得た情報を統合して潜水艦の位置を絞り込んでいきます。

潜水艦探知の中心となるのはソナー

潜航中の潜水艦を探知するうえで、最も重要な手段の一つが「ソナー」です。

ソナーは「SONAR（Sound Navigation and Ranging）」の略称で、水中を伝わる音を利用して物体を探知したり、その方向や距離を推定したりする装置です。

海水中では一般的なレーダー電波が急速に減衰するため、深く潜航している潜水艦を通常のレーダーで直接探知することは困難です。
一方、音は水中を比較的遠くまで伝わるため、潜水艦探知では音響センサーが重要になります。

ソナーは大きく「パッシブソナー」と「アクティブソナー」に分けられます。

パッシブソナーで潜水艦の音を聞く

パッシブソナーは、自分から探知用の音を発射せず、海中に存在する音を受信する方式です。

潜水艦は静かに設計されていますが、完全な無音ではありません。
推進装置や機械類などから、さまざまな音や振動が生じます。

例えば、潜水艦からは次のような音が発生することがあります。

• プロペラや推進装置から生じる音
• 機関や発電機などの機械音
• ポンプや補機類の作動音
• 船体の周囲を水が流れることで生じる流体音

パッシブソナーでは、ハイドロフォンと呼ばれる水中用の音響センサーなどを使って、こうした音を受信します。

取得した音響信号を分析することで、単に「何らかの音がある」と判断するだけでなく、商船などの水上船舶なのか、自然界の音なのか、潜水艦である可能性が高いのかを分類していきます。

機関や推進系などから生じる音には、艦種、搭載機器、運転状態などによる特徴が含まれる場合があり、探知や分類の手掛かりとして利用されます。

パッシブソナーには自分の位置を知られにくい利点がある

パッシブソナーの大きな特徴は、自ら探知用の音波を発射しないことです。

そのため、アクティブソナーと比較すると、探知活動を行っていることを相手側に察知されにくいという利点があります。

一方で、相手の発する音に依存するため、非常に静かな潜水艦を遠距離から探知することは難しくなります。

現代の潜水艦が静粛性を重視して設計されている大きな理由の一つも、パッシブソナーによる探知を難しくするためです。

アクティブソナーは反射音を利用して潜水艦を探す

アクティブソナーは、自ら音波を水中へ発射し、その反射音を受信する方式です。

基本的な仕組みは、次のようになります。

音波を発射する。
↓
音波が潜水艦などの物体に当たる。
↓
反射した音が戻ってくる。
↓
反射音をソナーで受信する。

送信してから反射音が戻ってくるまでの時間などを解析することで、対象物までの距離を推定できます。
複数の受信素子や信号処理を利用すれば、目標が存在する方向なども推定できます。

アクティブソナーは静粛性の高い潜水艦の捜索にも重要

パッシブソナーは潜水艦自身が発する音を利用します。
これに対してアクティブソナーは、探知側が発射した音の反射を利用します。

そのため、潜水艦自身の騒音が小さくても探知できる可能性があり、静粛性の高い潜水艦を捜索する際にも重要な方法となります。

ただし、アクティブソナーを使用すれば必ず潜水艦を発見できるわけではありません。

探知性能は、海中の音響環境、距離、周囲の雑音、海底地形、目標の形状、使用する周波数など多くの条件によって変化します。

アクティブソナーには探知側の存在を知られる可能性がある

アクティブソナーは、自ら比較的強い音響信号を海中へ発射します。

その音を潜水艦側が受信すれば、周辺でアクティブソナーが使用されていることを察知される可能性があります。

そのため、パッシブソナーとアクティブソナーはどちらか一方だけを使用するのではなく、状況や目的に応じて使い分けられます。

水上艦は艦体装備型ソナーで潜水艦を探す

駆逐艦やフリゲートなどの水上戦闘艦は、対潜水艦戦を担う代表的な存在です。

多くの対潜能力を持つ水上艦には、船体にソナーが搭載されています。

艦首や船底付近にソナーを搭載する

水上艦では、艦首や船底付近に艦体装備型ソナーを設置する場合があります。

これを使ってパッシブ方式で水中音を受信したり、アクティブ方式で音波を発射したりして潜水艦を捜索します。

ただし、水上艦自身も機関やプロペラなどから音を発生させます。
そのため、自艦から生じる雑音がソナーによる探知を妨げる場合があります。

曳航式ソナーで広い海域を監視する

水上艦などでは、「曳航式ソナー」が使用されることもあります。

曳航式ソナーは、長いケーブルを使って艦艇の後方に音響センサーを展開しながら航行する仕組みです。

曳航式アレイソナーとは

多数のハイドロフォンを長く並べたものは「曳航式アレイソナー」などと呼ばれます。

センサーを艦艇の後方へ離すことで、自艦の機関やプロペラから発生する雑音の影響を抑えやすくなります。

また、長いアレイに配置された複数のセンサーで音を受信することによって、高い指向性を得たり、音源の方向を推定したりすることができます。

低周波の音を受信しながら広い海域を監視する用途でも重要な装備です。

対潜哨戒機はソノブイを使って潜水艦を探す

潜水艦探知では、航空機も非常に重要です。

代表的なのが「対潜哨戒機」です。

対潜哨戒機は広い海域を比較的短時間で移動できるため、水上艦だけでは捜索しにくい広大な海域を効率的に調べることができます。

ソノブイを海へ投下する

対潜哨戒機が使用する代表的な装備の一つが「ソノブイ」です。

ソノブイは、航空機などから海面へ投下して使用する小型の音響センサーです。

海面に浮かんだ部分と水中へ伸びる音響センサーなどによって構成され、取得した情報を航空機へ無線で送信します。

航空機側では、複数のソノブイから得た音響データを分析し、潜水艦が存在する可能性のある方向や海域を絞り込んでいきます。

ソノブイにはパッシブ型とアクティブ型がある

ソノブイは、すべてが潜水艦の音を聞くだけの装置ではありません。

潜水艦などが発する音を受信するパッシブ型だけでなく、自ら音響信号を発射して反射音を利用するアクティブ型もあります。

このほか、海水温などの海洋環境を測定するためのブイも使用されます。

ソナーの性能は海洋環境によって大きく変化するため、水温などの情報を把握することも潜水艦探知では重要です。

対潜ヘリコプターはディッピングソナーを使用する

対潜ヘリコプターも、潜水艦を探知する重要なプラットフォームです。

代表的な装備として「ディッピングソナー」があります。

ディッピングソナーとは

ディッピングソナーは、ヘリコプターが海上でホバリングしながら、ケーブルを使ってソナーを海中へ降ろす方式です。

海中へ直接センサーを入れられるため、特定の海域を詳しく調べることができます。

必要に応じてソナーを引き上げ、別の海域へ移動して再び展開することも可能です。

航空機の高い機動力とソナーによる水中探知能力を組み合わせられることが、大きな特徴です。

MADで潜水艦による磁場の乱れを探知することもある

潜水艦探知には、音を使わない「非音響探知」も存在します。

代表例の一つが「MAD」です。

MADは「Magnetic Anomaly Detection」の略で、日本語では磁気異常探知などと呼ばれます。

MADは金属そのものを直接探しているわけではない

地球の周囲には地磁気と呼ばれる磁場があります。

潜水艦の船体などに磁性体が含まれていると、その周囲では地磁気にわずかな乱れが生じることがあります。

MADは、この局所的な磁場の変化を検出することで、潜水艦の存在を探る方式です。

そのため、「金属を直接検出する装置」というよりも、「潜水艦などによって生じる地球磁場の異常を検出する装置」と理解した方が正確です。

MADは一部の対潜哨戒機などで使用されてきた

MADは、P-3Cなど一部の対潜哨戒機で使用されてきた代表的な非音響探知手段です。

ただし、すべての現代の対潜哨戒機がMADを標準装備しているわけではありません。

また、MADの探知範囲や利用条件には制約があるため、広大な海域をMADだけで捜索するというより、ほかのセンサーによって位置をある程度絞り込んだ後の確認手段として用いられる場合があります。

レーダーで潜水艦を探知できる場合もある

潜水艦探知というとソナーが中心ですが、状況によってはレーダーも使用できます。

ただし、通常のレーダー電波は海水中で急速に減衰します。
そのため、深く潜航している潜水艦そのものを通常の航空機用・艦艇用レーダーで直接探知することは困難です。

海面上に現れた潜水艦やマストはレーダーの対象になる

潜水艦が浮上している場合は、船体をレーダーで探知できる可能性があります。

また、潜水艦が完全に浮上していなくても、海面上に次のような装備を出すことがあります。

• 潜望鏡
• レーダーマスト
• 通信アンテナ
• シュノーケル

こうした物体が海面上へ露出すれば、レーダー探知の対象になる可能性があります。

そのため、潜水艦側も海面上へマスト類を出している時間をできるだけ短くするなど、発見されにくい運用を行います。

潜水艦が発する電波が探知の手掛かりになることもある

潜水艦がレーダーや通信装置などを使用して電磁波を放射すると、その信号を別の艦艇や航空機に捉えられる可能性があります。

こうした電磁波を探知・分析するために使用されるのが、ESMなどの電子支援手段です。

ESMは潜水艦そのものを水中で直接探知する装置ではない

ESMは、ソナーのように水中の潜水艦そのものを直接捜索する装置ではありません。

潜水艦が何らかの電磁波を放射した場合に、それを手掛かりとして存在や活動を推測するための手段です。

このため潜水艦では、必要以上に電波を発射しないことが重要になります。

光学・赤外線センサーも補助的に使われる

潜水艦が浮上していたり、海面付近でマストを出していたりする場合には、光学カメラや赤外線センサーなどによって発見される可能性もあります。

ただし、これらは深く潜航している潜水艦を直接見るための主要なセンサーではありません。

水は可視光や赤外線を吸収・散乱するため、深い位置にいる潜水艦を光学センサーで直接観測することは困難です。

そのため、光学・赤外線センサーは主として、海面上に現れた潜水艦やマスト類、海面付近に現れる兆候などを捉える補助的な手段として考えるのが適切です。

海底などに設置された音響センサーでも監視できる

潜水艦探知用のセンサーは、艦艇や航空機だけに搭載されるわけではありません。

海中や海底などに固定式の音響センサーを設置し、特定海域を継続的に監視する方式も存在します。

固定式センサーは長期間の監視に適している

固定式音響センサーは移動できない一方、重要な海域を長期間にわたって監視できることが特徴です。

海中の音を継続して収集し、潜水艦らしい音響信号が存在しないか分析します。

こうした固定式センサーと、水上艦、潜水艦、航空機などの移動式センサーを組み合わせることで、より広範囲な監視が可能になります。

潜水艦の探知は海中の音の伝わり方に大きく左右される

ソナーは、単に強い音を発射すれば遠くまで探知できるというものではありません。

海中で音がどのように伝わるかは、その海域の環境によって大きく変化します。

海水中の音速は水温・塩分・圧力によって変わる

海水中の音速は一定ではありません。

主に次のような条件によって変化します。

• 水温
• 塩分
• 水深に伴う圧力

これらが変化すると、深さごとの音速も変化します。

その結果、音波は水中で屈折し、直線ではなく曲がりながら進むことがあります。

水温躍層などがソナーの探知可能範囲を左右する

海では、水深によって水温が急激に変化する「水温躍層」が形成されることがあります。

水温が変化すると音速も変化するため、ソナー音波の進む方向にも影響します。

その結果、ある場所には音が届きにくくなる一方、条件によっては音が遠方まで伝わりやすくなる場合もあります。

つまり、「水温躍層があると必ず潜水艦を探知できなくなる」というわけではありません。

より正確には、水温、塩分、圧力によって形成される音速分布が、ソナーによる探知可能範囲を大きく左右すると考える必要があります。

潜水艦は深く潜れば見つからないわけではない

潜水艦は深く潜航するほど必ず探知されにくくなる、と単純に考えることはできません。

探知のしやすさは、潜水深度だけでなく、海域の音速分布や海底地形、周囲の雑音、探知側と潜水艦の位置関係などによって変化します。

ある深度では音が届きにくくても、別の条件では遠距離まで音が伝わることがあります。

そのため潜水艦側は、海洋環境を把握しながら探知されにくい状態を維持しようとします。

一方、探知側も水温などの海洋データを測定し、その海域で音がどのように伝わるのかを分析しながらソナーを使用します。

潜水艦は一つのセンサーだけで探知するわけではない

現代の潜水艦探知を理解するうえで重要なのは、単独のセンサーだけで潜水艦を探しているわけではないという点です。

例えば、パッシブソナーで潜水艦らしい音を捉えたとしても、それだけですぐに正確な位置が判明するとは限りません。

複数の情報を組み合わせながら、徐々に目標を絞り込んでいきます。

探知から追跡までには複数の段階がある

一般的には、次のような段階を経て潜水艦を追跡します。

まず、ソナーなどによって異常な音や反応を探します。

次に、その反応が潜水艦なのか、水上船舶なのか、海洋生物や自然現象なのかを分類します。

潜水艦である可能性が高まれば、複数のセンサーを使って位置を絞り込みます。

さらに航空機、ヘリコプター、水上艦などを投入し、ソノブイや各種ソナーを使いながら追跡を続けます。

必要に応じて、レーダー、MAD、光学センサーなどの非音響手段も組み合わせます。

このように、潜水艦探知では「発見したかどうか」だけでなく、探知、分類、位置特定、追跡を継続できるかどうかが重要になります。

現代の潜水艦が探知されにくい理由

現代の潜水艦は、敵のセンサーから発見されにくくすることを重視して設計されています。

そのため、さまざまな静粛化・低被探知化技術が採用されています。

潜水艦は発する音をできるだけ小さくしている

現代の潜水艦では、機関や補機から発生する振動を船体へ伝えにくくする工夫が行われています。

また、プロペラや推進装置についても、水中で生じる騒音を抑えることが重要です。

そのほかにも、船体表面や内部構造などにさまざまな静粛化技術が取り入れられています。

電波や磁気などにも注意している

潜水艦にとって、音だけが探知の手掛かりになるわけではありません。

電波を発射すればESMなどで捉えられる可能性があり、磁気的な特徴があればMADなどによる探知の手掛かりになることもあります。

そのため、現代の潜水艦では音響だけでなく、電磁的・磁気的な特徴を抑えることも重要になります。

潜水艦の主な探知方法

潜水艦を探知する代表的な方法をまとめると、次のようになります。

潜水艦探知では複数のセンサーを組み合わせることが重要

潜水艦の代表的な探知方法はソナーですが、現代の高性能な潜水艦をソナー一つだけで簡単に見つけられるわけではありません。

パッシブソナーで音を捉え、アクティブソナーで位置を絞り、航空機がソノブイを展開し、必要に応じてレーダーやMADなどの非音響センサーも利用するといったように、複数の情報を組み合わせます。

さらに、水上艦、潜水艦、対潜哨戒機、ヘリコプター、固定式センサーなど、それぞれ異なる場所にある探知手段から得た情報を統合することも重要です。

このように現代の潜水艦探知は、「一つの装置で見つける」のではなく、複数のセンサーとプラットフォームを組み合わせて、探知・分類・位置特定・追跡を行うものと考えると分かりやすいでしょう。

以上、潜水艦はどのような方法で探知されるのかについてでした。

最後までお読みいただき、ありがとうございました。