SOFAR 채널

SOFAR channel
2005년 세계 해양 아틀라스에서 파생된 태평양 하와이 북쪽 위치에서의 깊이 함수로서의 음속. SOFAR 채널 축의 깊이는 750m이다.

SOFAR 채널(Sound Fixing and Rangeing Channel의 줄임말) 또는 딥 사운드 채널(DSC)[1]은 소리 속도가 최소인 해양의 수평층이다. SOFAR 채널은 소리를 위한 도파관 역할을 하며, 채널 내의 저주파 음파는 소멸하기 전에 수천 마일을 이동할 수 있다. 예를 들어, 남인도양(아프리카, 오스트레일리아, 남극대륙 사이)에 위치한 허드 아일랜드 앞바다에서 해군 전세 해양 감시선 코리 슈에스트호가 발생시킨 암호화된 신호를 5대 해양 유역의 일부에 수용하고 북대서양과 북태평양만큼 멀리 떨어진 곳에서 모두 수신한 것이 그 예다.[2][3][4][note 1]

이 현상은 해양 감시에서 중요한 요소다.[5][6][7] 깊은 사운드 채널은 1940년대 컬럼비아 대학의 모리스 이윙과 J. 라마르 워젤, 레베데프 물리학 연구소의 레오니드 브레호프스키크에 의해 독자적으로 발견되어 기술되었다.[8][9] 1944년에 이 개념을 시험하면서, Ewing과 Worzel은 수중음향연구소에 배속된 범선인 Saluda에 수중음향연구소에 배속된 수중음향선 한 척을 매달았고, 두 번째 배는 최대 900nmi(1,000mi; 1,700km)의 폭발물을 발사했다.[10][11]

원리

음향 펄스는 음향 "파동 가이드"에 갇히기 때문에 바다에서 먼 거리를 이동한다. 이것은 음향 펄스가 표면으로 접근함에 따라 다시 바닥 쪽으로, 그리고 해저로 접근함에 따라 표면 쪽으로 되돌아간다는 것을 의미한다. 바다는 매우 효율적으로, 특히 저주파, 즉 수백 Hz 미만의 주파수에서 소리를 수행한다.

온도는 바다에서 음속을 결정하는 주요 요인이다. 온도가 더 높은 지역(예: 해양 표면 근처)에서는 음속이 더 높다. 온도는 깊이에 따라 감소하며, 그에 따라 온도가 안정되고 압력이 지배적인 요소가 될 때까지 음속은 감소한다. SOFAR 채널의 축은 압력이 온도를 지배하기 시작하고 음속이 증가하는 깊이에서 최소 음속 지점에 위치한다. 이 점은 열등선 하단과 깊은 등온층 상층에 있으므로 어느 정도 계절적 분산이 있다. 다른 음향 덕트는 특히 상부 혼합 층에 존재하지만, 광선 경로는 표면 또는 하단 반사로 에너지를 잃는다. SOFAR 채널에서는 특히 낮은 주파수가 덕트로 다시 굴절되어 에너지 손실이 적고 소리가 수천 마일을 이동한다.[9][12][13] 소스에서 9,200km(5,700mi, 5,000nmi)의 중간 범위에서 Ascension Island 미사일 충격 로케이팅 시스템 소수류가 수신한 허드아일랜드 타당성 시험 데이터의 분석 결과 19~30dB에 이르는 "놀라울 정도로 높은" 신호를 발견했으며, 주행 후 예기치 않은 위상 안정성과 진폭 변동성이 있었다.1시간 44분 17초 정도.[3]

사운드 채널 축과 임계 깊이의 하단을 보여주는 프로필. 사운드 채널 전파에 대한 하단 프로필이 침입하는 경우 하단 프로필이 제한된다.

덕트 음파 내에서는 SOFAR 채널 축을 가로질러 진동하는 경로를 추적하여 단일 신호가 예리하게 정의된 끝에서 복수의 펄스의 시그니처가 클라이맥스되도록 한다.[10][note 2] 가까운 축방향 도착 경로를 나타내는 날카롭게 정의된 끝을 SOFAR 피날레라고 부르기도 하고, 그 이전의 것을 SOFAR 교향곡이라고 부르기도 한다.[14][15] 그러한 영향은 표면과 임계 깊이 사이에 광선이 포함된 더 큰 사운드 채널에 기인한다.[note 3] 임계 깊이는 음속이 축 위의 최대 속도와 같도록 증가하는 음속 최소 축 아래의 지점이다. 바닥이 임계 깊이 위에 있을 경우 소리는 표면 또는 바닥과 교차하는 모든 광선 경로와 마찬가지로 감쇠된다.[16][17][18][note 4]

SOFAR 채널 축 깊이의 Bathymetry 프로필, Hear Island to Ascension Island.

채널 축은 그 위치가 표면에 도달하고 고위도(약 60°N 이상 또는 60°S 미만)에서 사라지지만 소리와 함께 표면 덕트를 주행하는 경우에 가장 다양하다. 1980년 네이비 오션 시스템 센터(Navy Ocean Systems Center)의 한 보고서는 이 경로를 따라 8개 지점에 데이터가 있는 퍼스, 오스트레일리아와 버뮤다 사이의 거대한 원 음향 경로에 대한 연구에서 예를 제시한다. 퍼스와 버뮤다에서 사운드 채널 축은 약 1,200m(3,937ft)의 깊이에서 발생한다. 이 경로가 남쪽 52도에서 남극 수렴을 만나는 곳에는 깊이 있는 음향 채널이 없고 깊이 표면 덕트의 30m(98ft)와 200m(656ft)의 얕은 소리 채널이 있다. 경로가 북쪽으로 돌 때, 남쪽 43º, 동쪽 16º에 있는 스테이션은 프로필이 800m(2,625ft)에서 SOFAR 유형으로 되돌아가는 것을 보여주었다.[19][20]

적용들

최초의 실용적 응용은 2차 세계대전 중 미 해군이 추락한 조종사들의 조난 신호로 사용된 SOFAR 폭탄의 폭발 위치를 알아내는 능력을 실험하고 구현하기 시작하면서 개발되기 시작했다. 알려진 위치의 알려지지 않은 위치에서 소스의 도착 시간 차이는 소스의 일반 위치를 계산할 수 있었다.[10] 도착 시간은 LORAN과 유사한 위치의 쌍곡선을 형성한다. 역방향, 알 수 없는 지점에서 알려진 해안 위치로부터 타이밍 설정 신호를 감지하여 그 지점의 위치를 계산할 수 있었다. 그 기술은 SOFAR의 역칭으로 명명되었다: RAFOS. RAFOS는 쌍곡선 항법 시스템 중 1962년 판 "The American Practical Navigator"에 정의되어 있다.[10][21][22]

초기 애플리케이션은 흔히 SOFAR 스테이션이라고 불리는 고정된 해안 스테이션에 의존했다. 퍼스에서 버뮤다까지 실험에 참여했던 버뮤다 SOFAR 스테이션이 그랬던 것처럼 몇몇은 음향 연구 시설이 되었다.[19][20] 버뮤다 역의 기록은 우즈홀 해양학연구소(WHOI)가 관리하고 있다.[23] 최근 SOFAR 소스는 RAFOS 애플리케이션에서 특별한 목적으로 배치되었다. 그러한 시스템 중 하나는 케이프 해테라스 근해, 버뮤다 근해, 그리고 하나는 해저 계류 선원을 배치하여 약 5 km (3.1 mi; 2.7 nmi)의 정확도를 제공하기 위해 하루에 3회의 정밀 시간 신호를 보냈다.[24]

첫 번째 신청은 빠르게 해군이 격추된 항공 승무원을 배치하는 것 외에 다른 이유들로 인해 큰 관심을 갖게 되었다. 1949년 해군의 결정은 1950년까지 SOFAR 채널의 수동형 음파 탐지 잠재력을 해군의 잠수함전(ASW) 노력에 악용할 것을 권고하는 연구로 이어졌다. 권고안에는 연간 1000만 달러를 시스템 연구개발에 쓴다는 내용이 포함됐다. 1951년까지 시험 배열이 그 개념을 증명했고 1952년까지 대서양을 위한 추가 정거장이 명령되었다. SOFAR 채널의 첫 번째 주요 이용은 SOSUS(Sound Surveillance System)로 이어지는 기밀 프로그램의 해양 감시였다. 이 시스템은 초기부터 모바일 어레이에 의해 고정 시스템이 증강될 때까지 분류되어 1991년 시스템의 임무와 특성이 해제된 통합 해저 감시 시스템이 되었다.[7][25][note 5]

1991년 국립해양대기청 태평양해양환경연구소(PMEL)에 제한적인 민간인 출입이 허가된 후 SOSUS를 이용한 지진 모니터링을 통해 육지 센서보다 국산화 효과가 뛰어난 해상지진이 10배 이상 많은 것으로 나타났다. SOSUS 검출은 진도 4가 아닌 진도 2의 지진을 감지할 수 있다. 이 시스템은 연구용 선박이 조사할 시기에 맞춰 후안 드 푸카 능선에서 해저 확산과 마그마 사건을 감지했다. 그 성공으로 PMEL은 플로트와 앵커 시스템에 의해 SOFAR 채널에서 중단될 전세계 배치를 위한 자체적인 친수성을 개발했다.[26]

기타 응용 프로그램

자연에서

지느러미 고래(Balaenoptera physalus)에서 기인하는 신비한 저주파 사운드는 해협에서 흔히 발생한다. 과학자들은 지느러미 고래들이 수 킬로미터 떨어진 다른 지느러미 고래들과 소통하기 위해 이 수로로 잠수하여 "노래"할 수 있다고 믿는다.[28]

대중문화

소설 '붉은 10월의 사냥'은 잠수함 탐지에 SOFAR 채널의 사용을 묘사하고 있다.

유잉 박사가 이론화한 상층 대기권 내 유사한 채널의 존재는 1947년부터 1948년 말까지 진행된 프로젝트 모굴로 이어졌다.

각주

  1. ^ 참조자료 "The Hear Island Provality Test"(멍크)의 그림 1은 수신 위치에 대한 광선 경로를 보여준다. 표 1은 케이프 코드에서 예인된 배열을 가진 캐나다 연구 선박이 있는 사이트를 나열한다.
  2. ^ "SOFAR 채널의 역사" 참고문헌에는 효과에 대한 기록과 소노그램이 있다.
  3. ^ 이 용어는 생물학적 해양학 응용 프로그램도 가지고 있다.
  4. ^ Williams/Stephen/Smith 참조 3페이지의 그림 2는 임계 깊이, SOFAR 채널, 전체 채널 및 관련된 광선 경로를 이해하는 데 도움이 된다.
  5. ^ SOSUS 해안 시설 중 일부인 해군 시설(NavFACH Facilities, NavFAC)이 옛 SOFAR 기지 근처에 있었던 것은 전적으로 우연의 일치가 아니다. 예를 들어, 해군 시설 버뮤다와 해군 시설 포인트 수르. 지역 음향은 이미 잘 알려져 있었다.

참고 항목

참조

  1. ^ Navy Supplement to the DOD Dictionary of Military and Associated Terms (PDF). Department Of The Navy. June 2012. Retrieved 23 October 2021.
  2. ^ Munk, Walter H.; Spindel, Robert C.; Baggeroer, Arthur; Birdsall, Theodore G. (20 May 1994). "The Heard Island Feasibility Test" (PDF). Journal of the Acoustical Society of America. Acoustical Society of America. 96 (4): 2330–2342. Bibcode:1994ASAJ...96.2330M. doi:10.1121/1.410105. Retrieved 26 September 2020.
  3. ^ a b NOAA AOML (February 1993). Reception At Ascension Island, South Atlantic, of the Transmissions From The Heard Island Feasibility Test (NOAA Technical Memorandum ERL AOML-73) (PDF) (Report). Miami, Florida: National Oceanic and Atmospheric Administration, Atlantic Oceanographic and Meteorological Laboratory. Retrieved 26 September 2020.
  4. ^ Military Sealift Command (2008). "MSC 2008 in Review — Ocean Surveillance Ships". Military Sealift Command. Retrieved 28 September 2020.
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  6. ^ De Geer, Lars-Erik; Wright, Christopher (September 22, 2019). "From Sheep to Sound Waves, the Data Confirms a Nuclear Test". Foreign Policy. Washington, DC: FP Group, Graham Holdings Company. Retrieved 23 September 2020.
  7. ^ a b "Integrated Undersea Surveillance System (IUSS) History 1950 - 2010". IUSS/CAESAR Alumni Association. Retrieved 25 September 2020.
  8. ^ "William Maurice Ewing (1906-1974)" (PDF). Washington, D.C.: National Academy of Sciences. 1980: 136–137. Retrieved 25 September 2020. Cite 저널은 필요로 한다. journal= (도움말)
  9. ^ a b Kaharl, Victoria (March 1999). "Sounding Out the Ocean's Secrets" (PDF). Washington, D.C.: National Academy of Sciences. Retrieved 25 September 2020. Cite 저널은 필요로 한다. journal= (도움말)
  10. ^ a b c d "History of the SOFAR Channel". University of Rhode Island and Inner Space Center. 2020. Retrieved 26 September 2020.
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  12. ^ Helber, Robert; Barron, Charlie N.; Carnes, Michael R.; Zingarelli, R. A. Evaluating the Sonic Layer Depth Relative to the Mixed Layer Depth (PDF) (Report). Stennis Space Center, MS: Naval Research Laboratory, Oceanography Division. Retrieved 26 September 2020.
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  25. ^ Smith, Deborah H. (August 3, 2004). "Ears in the Ocean". Oceanus. Woods Hole Oceanographic Institution. Retrieved 26 September 2020.
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외부 링크