- Titan 事故における米海軍の役割は、水中遠隔探知と IUSS の限界をあわせて見ないと理解しにくく、海軍が4日間にわたって確定情報を隠していたという非難には説得力が乏しい
- 潜水艇は水中での無線通信が難しいため、Titan のような深海潜水機は 音響モデム で水上支援船と通信する
- SOSUS/IUSS は海底ケーブルベースの 水中聴音器アレイ に始まり、冷戦期の潜水艦監視と海洋生物研究の両方に使われる体系へと発展した
- Titan の内破音は IUSS データで検知・位置推定された可能性があるが、軍用潜水艦とは異なる大きさ・構造のため、音響シグネチャ の信頼性は低かった可能性がある
- ROV Pelagic Odysseus 6k が 6月22日に現場へ到着後、およそ5時間で残骸を発見した状況は、海軍の推定探知位置が捜索チームに伝えられていた可能性と整合する
水中通信と音の物理的制約
- 潜水艦や潜水艇は探知が難しく、軍事的には利点だが、深海観光のような民間運用では安全上の問題につながりうる
- 海水は 電波信号 を急速に減衰させ、周波数を下げても限界が残る
- 米海軍の VLF 体系でも、潜水艦が比較的水面近くにいるか、水面近くのワイヤーアンテナを使わなければ受信できない
- VLF 信号は海水中に約 40m までしか浸透しない
- ELF は数百 m までよりよく浸透するが、施設の建設・運用コストが非常に高く、受信アンテナも大型になるため、米海軍は 2004年 に ELF インフラを退役させた
- Titan のような潜水機は水上支援船と 音響モデム で通信する
- この方式は信頼性が高いが、ビットレートが非常に低く、文字メッセージ中心に限定される
- 深海石油探査でも似た技術が使われており、Titan はデータリンクに市販製品を使っていた可能性が高い
- 水中では 音 が最もよく伝わり、水面上よりはるかに遠くまで届き、深くなるほど有利になる
能動ソナーと受動ソナー
- 音で潜水艦を探知・位置推定する方式は ソナー として広く知られている
- 第一次世界大戦では、対潜水上艦が反射音を利用して真下の潜水艦を探知した事例が初期の代表例である
- 反射音を得るために音を発する方式は 能動ソナー である
- 近くの潜水艦を見つけるのに有効である
- しかし音を放射するとソナー装置の存在が露見し、十分な受信装置があれば位置も暴露されうる
- 対潜艦艇は周囲の潜水艦に自らの存在を知らせてしまうため、能動ソナーを定期的に使うことは比較的早い段階でやめた
- より好まれる方式は、水中ビークルが自然に発する音を聴く 受動ソナー である
- 指向性水中聴音器（hydrophone）で潜水艦のスクリュー騒音を聴取できる
- 聴音器を回して振幅が最も大きい方向を探せば、潜水艦の方位が得られる
- この基本原理は今日でも潜水艦ハンティングの中核であり、受信装置ははるかに強力かつ自動化されている
- 潜水艦の静粛性は継続的な 軍拡競争 の対象である
- 大きな騒音源のひとつはスクリュー周辺のキャビテーションである
- かつて現代の米潜水艦の低騒音スクリュー設計は機密で、潜水艦が海上にあるときはスクリューをカバーで隠していたという
SOSUS から IUSS へ発展した海底監視網
- 長期的な海洋主権の確保には、艦船や航空機投下ブイだけでなく、防衛線のように機能する 恒久的な水中聴音器 の設置が有用である
- 1950年代、AT&T は海底ケーブルと音響電子技術を活用して海底監視システムを設計した
- 海底ケーブルに沿って大規模な水中聴音器アレイが設置された
- 探知音はウォーターフォール図として出力され、情報分析官が海洋生物・地質現象・船舶音を経験と推定で識別した
- このシステムは SOSUS（Sound Surveillance System）と呼ばれ、1991年 まで秘密にされていた
- 冷戦期でもっとも重要な軍事情報システムのひとつだった
- 詳細を知る海軍要員は少なく、艦艇乗員は SOSUS から来る短く詳細のない情報メッセージを、混乱を招き信頼しづらいものと感じることもあった
- 1960年代の SOSUS は、長いケーブルアレイに設置された 数百個 の個別水中聴音器で構成されていた
- ケーブルは沿岸の高セキュリティ終端施設に接続されていた
- 海軍はこの施設を、曖昧な調査作業用だというカバーストーリーで隠していた
- その後数十年にわたり、コンピュータが音響シグネチャの検知と分類に投入された
- 初期の自動化は、軍と Bell Laboratories による 信号処理 およびパターンマッチングの研究開発を促進した
- 現代の機械学習分野の初期の先例となった
- コンピュータと通信技術の進歩によりアレイの遠隔制御が可能になり、人員需要が減って複数の海軍終端施設が閉鎖された
- 1984年、SOSUS は IUSS（Integrated Underwater Surveillance System）に改称された
- 自動化の増加だけでなく、水上艦をシステムに組み込んだことを反映している
- 当初は USNS Stalwart と USNS Worthy が移動式 IUSS アレイとして機能し、探知範囲を広げたり疑わしい目標位置をより正確に絞り込んだりするのに使われた
- IUSS は 1991年の機密解除後、科学研究にも使われる デュアルユース システムとなった
- 海洋生物学における水中聴音器データの主要供給源のひとつである
- 現在の IUSS は潜水艦とクジラを自動検知・分類している
潜水艦事故の探知と Titan 捜索
- 受動ソナーシステムが潜水艦事故を探知できることはよく知られている
- 1968年 のソ連潜水艦 K-129 の喪失は SOSUS が検知した
- SOSUS の位置推定は Hughes Glomar Explorer による K-129 引き揚げ作戦に役立った
- 1968年には潜水艦4隻がすべて喪失し、SOSUS データは少なくともソ連の K-129 と米国の Scorpion の位置特定に使われた
- Titan は 6月18日 に行方不明になったと推定され、海底で発見されたのは 6月22日 だった
- 残骸発見後、海軍は IUSS が内破を検知し位置を推定したと明らかにした
- 海軍が Titan の運命を確定的に知りながら4日間隠していたという非難は、遠隔探知 の動作原理と合致しない
- 現代のリアルタイム遠隔探知で実用的な情報は、大量データの中から重要な事象を認識する 機械学習 および分類システムから主に得られる
- こうしたシステムは自然または人工的に作られた事象サンプルで学習される必要がある
- 海軍情報において最新艦船の音響シグネチャを収集することは、IUSS がそれを正しく識別するための主要な関心事である
- もうひとつの方法は、過去データを人間が再検討する 回顧分析 である
- 自動化が発生当時に分類できなかった事象でも、新しいシグネチャ情報が得られれば後から検知されうる
- 中国偵察気球の事例のように、シグネチャ情報が収集された後で過去の事象が追加で明らかになることがある
- 海は野生生物、地質過程、商業海運、海軍作戦など多くの騒音に満ちており、海軍が水中のあらゆる音を厳密に調査するのは難しい
- 海軍は Titan の行方不明を知った後、IUSS データを回顧分析して運命を示しうる信号を探した可能性が高い
- 大きな音を検知し、その発生源を Titanic 残骸付近と位置推定した可能性がある
- これは Titan が最初に行方不明と報告された後、比較的すぐに行われた可能性が高い
低い信頼度、公開の遅れ、現在の監視システム
- 第一の限界は、Titan が新しく特異な構造の潜水艇だった点にある
- 海軍は、偶発的に失われた軍用潜水艦や、少なくとも一度は音響記録のため意図的に魚雷攻撃された潜水艦 Sterlet を通じて、内破の音響シグネチャをある程度把握している
- しかし Titan は軍用潜水艦と大きさ・構造が大きく異なり、既知の災害損失音響シグネチャを適用しにくいという不確実性が大きかった可能性がある
- 水中で内破した潜水艦の事例総数自体が非常に少なく、Titan に似た大きさ・構造の事例はなかった
- 捜索・救助の過程で、「回復不能な形で失われたと考える」といった不確かな情報を公表することには慎重であるべきだ
- そのような公表は捜索打ち切りの圧力を生み、捜索を妨げる可能性がある
- 家族や知人の状況をさらに悪化させる可能性がある
- 沿岸警備隊が別の受動ソナーシステムで叩くような音を検知したと発表した後、無関係である可能性が高い音響シグネチャに基づいて過剰な報道が続いた事例があった
- 海軍が機密保持を理由に探知情報を捜索チームに隠したという非難は、捜索のタイムライン と合わない
- SOSUS とその能力は数十年にわたり公衆に広く知られていた
- 捜索場所は、過去に公開された SOSUS の探知範囲推定の内側にあった
- 深海探査が可能な最初の捜索装置である ROV Pelagic Odysseus 6k は、6月22日朝に現場へ到着した
- 約 5時間後 に残骸を発見した
- 降下だけでも1時間以上かかった可能性を考えると、困難な海底環境で非常に速い発見である
- 残骸は Titanic 近くにあったが、Titanic の残骸域は広く、全域を捜索するには何時間もかかったはずだ
- Odysseus が捜索を始めた時点で、海軍から内破推定位置に関する情報提供をすでに受けていた可能性が高い
- 海軍が4日間情報を隠していたのではなく、捜索チームが海軍の可能な探知を実地で確認できる装備を持った時点がその時だった
- WSJ の最初の IUSS 探知報道によれば、海軍はその発見を現場の捜索指揮官に直ちに伝えた
- 海軍は国家安全保障上の懸念を理由に、使用された特定システム名を明らかにしないよう求めた
- これは機密システムが複数の名称で管理され、秘密時代に IUSS が非機密報告書で何度も誤って名前を出された歴史とも符合する
- 現在の IUSS は昔より小規模なシステムだが、技術向上により探知範囲は縮小するどころか拡大している可能性がある
- 米国近海での潜水艦探知の主要手段であり続けている
- 潜水艦は核兵器の主要な運搬手段のひとつであるため、重要な関心対象である
- IUSS は海軍が用いる複数の半秘匿的な水中探知システムのひとつである
- San Francisco Magnetic Silencing Range は別系統のシステムだが、Golden Gate を通過する海軍艦艇の磁場を水中磁力計で測定する
- 水中機雷は磁力計で作動することが多いため、海軍は船体磁化が一定限度を超えないよう管理している
- 限度を超えた場合は、特殊設備を備えた海軍埠頭で脱磁（degaussing）できる
- Marina Green 駐車場の小さな建物がこのシステムの地上施設で、現在アレイは完全遠隔制御されている
1件のコメント
Hacker News のコメント
捜索・救助活動の最中に、船舶が取り返しのつかない形で失われたと思うと発表するのは賢明ではない
Titan の事故のとき、ソーシャルメディアで同じ話を何度もしたが、あまり受け入れられなかった。米海軍が爆縮音の検知を隠蔽したという類の疑惑は奇妙に感じた
信号解析を少しでもやったことがある人なら、不確実性が非常に大きいことは分かるし、遠隔から Titan の特定の破壊を確定的に識別できるという考え自体に無理があった
たとえ海軍が 100% 確信していたとしても、誰かが音を聞いたという理由で家族の捜索を打ち切ってほしいとは思わないだろう。海上で行方不明になった人は、見つかるまで、または合理的な希望がなくなるまで捜索すべきであり、それは億万長者にも同じように当てはまる
この話を思い出した: https://en.wikipedia.org/wiki/Toshiba%E2%80%93Kongsberg_scan...
Toshiba は 1980 年代に 9 軸 CNC 機械をソ連へ輸出できなかった。この装置が超低騒音の潜水艦プロペラの製造に使われる可能性があり、実際に使われ得たためだ
関連する Asianometry の動画: https://www.youtube.com/watch?v=uaRyqAVIkwI
機械をどのような物品の生産に使うのか、核爆発活動や保障措置のない核燃料サイクル活動、核・化学・生物兵器の使用に使わないという証明、製造した物品や機械を特定の国外へ移転するにはスイスの経済関連機関の同意を得るという内容で、似たような印象を受けた
ケーブル、海底、潜水艦の話題になると、ほぼ必ず思い浮かぶ面白い記事: https://www.wired.com/1996/12/ffglass/
“Mother Earth, Mother Board” は海底ケーブル敷設と、地球を配線してきた歴史を扱った記事
ペイウォールなしの版: https://archive.is/ICkHe
曲も鳥肌が立つほど良い
少し話はそれるが、こういう能力があるなら、Nord Stream パイプライン爆発の周辺で何が起きていたかについても、かなり多くのことを語れるはずだと思う
米国がこうした探知器を自国の国境の外にも置いていると見るのは妥当な仮定だし、そういう主張を見たこともある: https://www.thenation.com/article/world/nord-stream-pipeline...
それでも、約 30 万ドルあれば誰にでも可能だったかもしれないと思う。あの水深で爆発物を設置できる作業級 ROV は、海底建設や保守では一般的だ
現代の米国潜水艦の低騒音プロペラ設計が機密で、潜水艦が陸上にあるときはカバーで隠すというくだりを見て、トロイダルプロペラや「チップレス」プロペラなのか気になった
こうした設計は乱流とキャビテーションを減らす: https://en.m.wikipedia.org/wiki/Toroidal_propeller
以前のHN投稿もある: https://news.ycombinator.com/item?id=34571282, https://news.ycombinator.com/item?id=33949895
特にトロイダルプロペラは、開放型プロペラで減らそうとしているプロペラ先端渦のキャビテーション騒音に効果がある
https://twitter.com/toughsf/status/1024083748407713792?lang=...
https://www.researchgate.net/publication/302920496_Numerical...
https://www.thedrive.com/the-war-zone/31708/veteran-sonarman...
https://www.globecomposite.com/blog/x-factor-columbia-class-...
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S209267821...
記事には「IUSSが潜水艦とwalesを自動的に探知・分類する」と書かれているが、英国人は知っているのだろうか？
アクティブソナーは潜水艦捜索にすでに数十年前から再び使われており、記事の内容は古い
現代の対潜艦には低周波アクティブ曳航ソナーが搭載されており、長い探知距離を得るには低周波が必要だ。高周波は大きく減衰するからだ
軍用ソナーが海洋哺乳類に危険だというニュースがあったなら、まさにこうしたシステムが関係していた。よく伝搬する周波数帯に大きなエネルギーを投入するが、その帯域はクジラがコミュニケーションするうえでも最も有用だ
例: https://en.wikipedia.org/wiki/Sonar_2087
キャビテーションはうるさいが、通常は全速力で走るときにしか発生しない。最近実際に聞こえるのは原子炉プラントの騒音に近い
米国のVirginia、Seawolfのような攻撃型原潜と次期Columbia SSBNは、一種の外部ポンプジェットを使っているように見える。昔の伝統的なプロペラのように、陸上で隠すのかはよく分からない
より正確にはダクト型推進器で、圧力を高めるシュラウドと固定翼アセンブリを統合した、古典的な潜水艦プロペラの直接的な進化形だ。伝統的に「ポンプジェット」といえば、遠心ポンプ要素や少なくともベクタリング装置が入っていると考えられる
X-22のダクテッドファンのようなものを普通はジェットとは呼ばないが、水中ではそう呼ぶらしい
https://en.wikipedia.org/wiki/Bell_X-22
合同海軍演習でときどき妙なことが起きる理由でもある。たとえばHNLMS WalrusがUSS Theodore Rooseveltなどを「撃沈」して離脱し、米国側を大いに当惑させたことがある
スウェーデンのディーゼルハイブリッド潜水艦がほぼ探知不能なのも同じ理由だ。バッテリーで動いているときは冷却ポンプが1つか2つ程度ある以外、プラント騒音がほとんどなく、あまりに静かなので他国の海軍が訓練用に借りることもある
海軍が後で「テープ」を聞き直したという説明も、筋が通らないと思う。何十年もコンピュータ分類システムを運用してきたと言いながら、非常に高感度な聴音アレイが、ほかのものとはまったく違って聞こえるはずの高エネルギーの内破を探知できなかったと信じろということになる
Cameronは、海軍の知人たちが非常に早い段階で内破音を聞いたと知らせてくれたと言っており、通信と同時にテレメトリも途絶えたという事実だけで、すでに分かっていたことを確認した形だ。テレメトリは別の外部圧力容器から来ているので、それが沈黙したということは破壊されたという意味であり、あり得る原因は潜水艇の内破だけだ
特異な構造のため内破として認識できなかったという部分は、純粋な推測だ
米海軍が内破音を公式に聞いたと明らかにするまで遅れた理由について、最初に浮かんだ考えはこうだった。
米国の情報機関という広い世界、とりわけロシアや中国の内部通信チャネルを傍受する**シギント（信号情報）**と組み合わせて考えると、Titan の内破のように米国海域に比較的近い場所で起きた事案について、あえて手の内を見せず、ほかに誰が聞いたと報告してくるのかを探ろうとしたのかもしれない。
ある種の高度な防諜ゲームのように、自分たちの機材の近くの水中に、ほかに誰が機材を設置しているのかを推し量れるからだ。確信はないが、最初にそう思ったし、記事はとても面白く読んだ。
MH370 の失踪後、ずっと気になっていた。飛行機が海に墜落したら、波のような表面ノイズに比べて聞き取れるほどの大きな水しぶきの音がしたのだろうか。その海域に水中聴音器はあったのだろうか。十分な信号処理をすれば、その音の位置を特定できたのだろうか。すでに全部やってみたが、やった人たちが話せないだけなのではないか。
MH370 ははるかに広い海域のどこかにある可能性があるので、探すのはずっと難しい。それでも、すでに残骸の一部は発見されており [1]、それを基に墜落位置（35.6°S 92.8°E）の推定に使われた。
[1]: https://en.wikipedia.org/wiki/Malaysia_Airlines_Flight_370#M...
https://youtu.be/kd2KEHvK-q8?t=435
https://www.google.com/search?q=MH370%20acoustic