万事问AI：为什么短波能传遍世界，而长波却能深入海水？——从潜艇通信说起
我们平时使用手机、Wi-Fi、收音机，背后都有一个共同的问题：
无线电波到底能传多远？
如果把这个问题放到潜艇上，就变得更加有意思。
潜艇最大的优势之一是隐蔽。潜入几十米、上百米深的海水以后，敌人很难发现它。但是，潜艇也面临一个非常现实的问题：
它躲在海里以后，怎么和岸上的指挥部通信？
这就涉及到长波、短波以及不同无线电波的传播原理。
一、短波和长波，到底谁传得远？
如果简单问：
短波传得远，还是长波传得远？
这个问题其实不能简单地回答“谁更远”。
因为不同频率的无线电波，传播方式完全不同。
无线电波大致可以这样理解：
类型 主要传播方式 特点
长波、甚长波、超长波 地波为主 绕射能力强，可以沿地球表面传播，并能一定程度穿透海水
中波 地波 + 天波 白天、夜间传播特性不同
短波 天波为主 可以利用电离层实现远距离、跨洲际通信
超短波 直线传播为主 通常需要视距传播
所以，“传得远”其实有两种完全不同的含义。
一种是：
沿着地球表面一直传播。
另一种是：
借助电离层，在天空中“一跳一跳”地传播。
长波和短波，恰好代表了这两种不同的思路。
二、为什么短波收音机能收到几千公里外的国际广播？
小时候很多人可能都有这样的经历：
拿一台短波收音机，调到某个频率，突然就听到了来自几千公里之外的广播。
这听起来很神奇。
明明无线电波应该是直线传播的，地球又是圆的，为什么中国的电台可以传到欧洲？
答案是：
电离层。
短波的频率大约在3～30 MHz。
在一定条件下，短波无线电波向天空传播以后，会受到电离层影响，发生折射并返回地面。
于是就形成了所谓的：
天波传播（Skywave）
可以把它想象成：
发射台 → 电离层 → 地面 → 电离层 → 地面
无线电波不断“跳跃”，就可以传播到非常遥远的地方。
因此，一个位于中国的短波广播电台，完全可能让欧洲、非洲甚至更远地区的听众收到信号。
这就是短波国际广播能够存在的基础。
三、短波为什么特别适合国际广播？
因为短波恰好处在一个非常特殊的频率范围。
频率太低，例如超长波：
波长非常长，天线巨大。
频率太高，例如手机使用的超短波：
基本以直线传播为主，距离受到地球曲率限制。
而短波处在两者之间：
既可以使用尺寸相对合理的天线，又能够利用电离层进行远距离传播。
所以过去几十年里，短波一直是国际广播和远距离无线通信的重要手段。
当然，短波通信也不是永远稳定。
电离层受到太阳活动、昼夜变化等影响，所以短波通信经常会出现：
信号忽强忽弱
衰落
某些频率白天好用、晚上不好用
某些季节传播条件发生变化
这也是短波收音机有时候“今天能收到，明天却收不到”的原因之一。
四、那为什么潜艇不用短波？
问题来了。
既然短波可以传几千公里，为什么潜艇不直接用短波通信？
因为：
海水和空气完全不是一回事。
海水是一种良好的导电介质，会强烈吸收无线电波。
尤其是频率越高，电磁波在海水中的衰减通常越严重。
所以：
短波：
在空气中 → 可以传播几千公里
但进入海水以后：
衰减非常快。
这就产生了一个很有意思的现象：
短波可以从中国传到欧洲，却很难深入几十米深的海水。
对于潜艇来说，这恰恰是致命问题。
五、于是人类开始使用更低频的无线电波
无线电波有一个基本关系：
波长 = 光速 ÷ 频率
频率越低，波长越长。
因此，如果降低无线电波的频率，就可以得到：
长波 → 甚长波 → 超长波
频率越低，波长越来越长。
这些超长波虽然不能像短波那样高速传输大量信息，却具有一个对潜艇极其重要的优势：
能够比短波更深入海水。
于是就出现了一种非常特殊的通信方式：
岸上用巨大的天线和大功率发射机发送超长波，潜艇在水下几十米甚至上百米深处接收。
六、为什么潜艇通信的天线会长到几十公里甚至上百公里？
这就是超长波通信最令人震撼的地方。
无线电天线的尺寸与波长有密切关系。
例如：
假设一个超长波信号的波长是1000公里。
如果采用1/8波长的天线：
1000 ÷ 8 = 125公里
也就是说：
天线可能需要长达125公里。
这已经不是普通意义上的“天线”了。
它实际上是一整套巨型基础设施。
因此你看到一些潜艇通信电台的照片时，会发现：
一根一百多米高的铁塔，实际上可能只是整个天线系统的一部分。
真正的天线往往是大量金属导线横跨很大的区域。
七、天线这么大还不够，功率也必须非常大
超长波通信还有一个问题：
传输效率很低。
由于频率非常低、天线巨大、海水又会吸收电磁波，因此为了让极其微弱的信号最终进入潜艇接收机，发射端需要非常大的功率。
普通短波通信：
几十瓦、几百瓦
就可以实现很远距离的通信。
专业短波通信可能达到：
几百瓦到几千瓦。
国际短波广播则经常使用：
几十千瓦、100千瓦、250千瓦、500千瓦甚至更高。
而潜艇使用的甚长波、超长波系统，可以达到：
数百千瓦乃至兆瓦级。
例如文章中提到，美国1986年投入使用的一套超长波电台，8部发信机总功率达到：
5.28兆瓦，也就是5280千瓦。
这是什么概念？
这已经不是普通广播电台的级别，而是一个巨大的战略通信设施。
八、为什么功率大这么多，传输速度反而很慢？
这可能是最容易让人产生误解的地方。
很多人会认为：
发射功率越大，网速就应该越快。
实际上完全不是这么回事。
发射功率主要影响的是“能不能让接收端收到”。
而通信速度受到：
带宽、信噪比、调制方式、频率、传播环境等多个因素影响。
超长波最大的问题恰恰是：
可用带宽非常窄。
所以它可以做到：
“潜艇，请在某时间执行某项任务。”
却很难做到：
“潜艇，请下载一部电影。”
😂
在某些极低频通信系统中，数据率甚至低到只有每秒几个比特，甚至更低。
所以潜艇超长波通信追求的不是高速，而是：
即使潜艇藏在很深的海水里，也能够可靠地收到最基本的指令。
九、所以短波和超长波其实是在解决两个不同的问题
可以把它们总结成：
短波解决的是：
“怎么把信息送到很远的地方？”
它借助电离层传播：
电离层 → 地面 → 电离层 → 地面
因此可以实现跨洲际通信。
超长波解决的是：
“怎么把信息送进海水？”
它利用低频无线电波在海水中的传播特性：
岸上巨型发射台 → 海水 → 深水潜艇
因此可以让潜艇在水下保持一定程度的通信能力。
十、潜艇通信真正困难的地方：通信和隐蔽性是一对矛盾
潜艇通信还有一个非常重要的问题。
潜艇发信，就有可能暴露自己。
假设潜艇主动向岸上发送无线电：
潜艇 → 无线电波 → 岸上
敌方也可能利用无线电测向设备发现：
“这里有一艘潜艇正在发信。”
因此，潜艇通信实际上存在一个非常典型的矛盾：
通信越积极 → 信息交换越充分 → 暴露风险越大。
越保持无线电静默 → 越安全 → 但指挥联系越困难。
所以现代潜艇通信通常会综合使用多种技术：
无线电静默
甚长波、超长波
短波快速通信
卫星通信
通信浮标
拖曳天线
水声通信
蓝绿激光等新型通信手段
本质上都是在寻找一个平衡：
既要让潜艇收到命令，又不能让敌人知道潜艇在哪里。
十一、从这里还能看到一个非常有意思的通信规律
无线通信并不存在一种“万能频率”。
不同频率各有所长：
频率高：
速度通常可以更高，天线可以更小，但穿透海水能力变差，传播更接近直线。
频率低：
波长更长，天线变得巨大，数据率降低，但绕射能力增强，而且更适合穿透一定深度的海水。
所以通信技术实际上一直是在几个目标之间寻找平衡：
距离、速度、功率、天线尺寸、穿透能力、抗干扰能力、隐蔽性。
这也解释了为什么今天我们仍然需要那么多不同的通信技术。
手机、Wi-Fi、短波广播、卫星通信、潜艇超长波通信，看起来都是“无线电”，但它们解决的其实是完全不同的问题。
短波让无线电波“飞得远”，超长波让无线电波“潜得深”。
而潜艇通信最核心的技术难题，就是在这两者之间，找到一条既能通信、又能保持隐蔽的路。