为什么潜艇里的艇员可以通过潜望镜看到外面行驶的船只呢？

这...您自己都说了这是“潜望镜”了，那么此中原理其实已经真相大白了吧。

“潜望镜”是一种通过将光线传递反射，让人能远距离从镜底看到镜头的工具。第一次世界大战时，潜望镜就已经成为堑壕战的工具被广泛应用，而在这之前的20世纪初，美国发明家西蒙·莱克就已经在他设计的潜艇上使用了潜望镜。

西蒙莱克是“小亚古尔爸爸”号的发明者，后来他又制造了第一艘公海航行的“亚古尔”号，并在1901年制造的“保护者”号上首次使用了潜望镜设计，用以与约翰·霍兰争夺美国海军的订单。

虽然他与霍兰的潜艇都没有被美军接受，但二人的设计却对后来潜艇的发展奠定了基础，霍兰成了潜艇构型的奠基人，而西蒙莱克却成为海军潜望镜和一些船用设备的研究参与和专利拥有者。

实际上单纯看潜望镜技术的话，这项技术的出现比西蒙莱克时代还早一点，但它被应用却是20世纪的第一次世界大战，当时出现了战壕观察镜、炮兵观察镜、潜望镜枪瞄等各种潜望镜，潜艇用潜望镜也已经成熟了。

海军潜望镜其实就是加长的大型潜望镜，镜身中的反射镜将顶端画面传达到潜艇内部，潜艇观察人员只需要操控潜望镜的升降与转向，即可直观的查看到外部的情况，这也大大提高了潜艇的安全性和隐蔽性。

为什么潜艇里的艇员可以通过潜望镜看到外面行驶的船只呢？

潜望镜…perⅰscops

是水下潜艇观察了望重要的舰艇载设备、是观察水面目标、低洼坑道侦察了望的特殊“望远镜”。

主要应用于潜艇、坦克、坑道以及一些双座飞机后座飞行员的观察。（陆上潜望镜)（双座飞机固定式后座观察潜望镜)（从潜望镜内观察到的水上目标)（拆解用于科普的潜艇“潜望镜)潜艇…潜望镜的构成由一根钢管（多节可收伸缩式)、与望远镜相同、唯一就是另加了两个反光镜、使物光径两次反射而折向观察者的眼睛👀

潜艇的潜望镜专用伸缩式桅杆、最高可达到6米、两端按装有梭镜和透镜、可将视野放大1X到6X、可全方位观察……（浮出水面的潜艇：两个潜望镜桅杆、一个雷达桅杆、一个通信桅杆)（潜艇桅杆的组成)潜艇…潜望镜在潜艇的行驶和作战、发挥了不可替代的巨大作用、潜望镜受到复杂海况、风浪影响、潜望镜使用也受到限制。

随着科技进步、一种反潜搜索雷达已经开始在潜艇是得到应用、那么未来肯定会出现比“潜望镜”性能更加优良的设备，完全替代“镜片”式光学“潜望镜”。

为什么潜艇里的艇员可以通过潜望镜看到外面行驶的船只呢？

我看大部分回答说的都是“纯光学原理”的老古董潜望镜，也叫传统潜望镜，那种东西的原理的确简单，但是也早淘汰几十年了，仅仅谈论传统潜望镜怕是根本讲不清楚“现代潜艇观察、搜索”设备的原理。现代潜艇装备都是“光电潜望镜”，更先进一点的集成为光电桅杆（分为搜索光电桅杆和攻击光电桅杆，可以设计为非贯穿式），整套系统也可以叫做“潜艇综合成像系统”其结构、原理早就不单单是什么“反射”了。既然如此，为了说清楚题目问题，我们就从“传统潜望镜”说起，讲到现代的“光电潜望镜”。

▲潜艇上各种桅杆示意，绿色箭头（搜索潜望镜），攻击潜望镜未升起

总得来说，传统潜望镜也好，光电潜望镜也罢，其都起到充当潜艇“眼睛”的作用，是潜艇获得外界信息的途径之一。在传统潜望镜诞生之初，这种设备就成为潜艇获取周边图像信息的唯一手段，这种设备比较简单，就是基于光学成像原理，通过棱镜将含有海面景象信息的光线在潜望镜内多次全反射，送达艇内观测人员的眼中，具体过程如下：

▲传统潜望镜工作原理示意

这种潜望镜的原理比较简单就不多说了，毕竟也早就淘汰了，本段就主要说说其缺陷。首先，这种潜望镜的视场狭小，艇内观测者需要频繁的将其旋转360°来了解周围的信息。这样就造成了观测效率低下，贻误战机不说，还会将潜艇长时间置于危险的“潜望镜状态”，成为被攻击的活靶子。

▲传统潜望镜观测操作

其次，传统潜望镜在观测端只能通过“目镜”获取图像信息且同一时间只能允许一人进行观察，然后口头汇报情况，这对于海战情况日益复杂的今天极为不利。不便于作战团队集体分析敌情，制定战术计划。

▲简易潜望镜示意

最后，受制于传统潜望镜的结构，其俯仰观测角度有限，比如海面一定角度以上的的天空对于传统潜望镜来说简直是观察死角，给潜艇的观测、定位、导航带来困难。此外，传统潜望镜在弱光线条件下，几乎难以起到观测作用。

▲现代潜艇的指控中心可以将各种信息通过显示屏显示出来，纯粹的传统潜望镜无法胜任

当然，潜艇的潜望镜亦或者是成像系统的发展不可能一蹴而就，也是不断升级进步而来。在上世纪60年代之前，潜艇的潜望镜系统几乎没有什么根本性改变。直到1964年，美国海军率先将电视摄像机应用到了潜望镜上，情况才开始悄然改变。1978年，美国又开始将CCD摄像机安装到潜望镜上，并且开始潜艇“电子成像系统”原理的探索，并且签署世界上第一种光电桅杆的研发合同。此后，随着计算机技术、电子技术、自动化技术、信号处理技术、摄像机技术、红外探测等各种先进技术的不断进步和突破，现代化的“光电潜望镜/光电桅杆”逐渐成为建立在电子成像原理上的综合成像系统，这一点与“传统潜望镜”完全依赖“光学成像”颇为不同。

▲美国弗吉尼亚级核潜艇搜索光电桅杆成像在显示屏上（经过处理的照片）

▲俄罗斯拉达级潜艇搜索光电桅杆（红色箭头）和攻击潜望镜（蓝色箭头）

目前来说，美英法德等国的潜艇基本上使用光电桅杆完全替代了潜望镜系统，俄罗斯较为现代化的潜艇也都安装了光电桅杆。以俄罗斯出口潜艇用的PARUS-98E综合潜望镜系统为例：

▲俄罗斯PARUS-98E系统，左侧攻击潜望镜、中间控制台、右侧搜索光电桅杆

PARUS-98E系统搜索光电桅杆（上图右），其观察头部为圆柱形壳体（下图13），圆柱体上有两个入射窗口，一个窗口为红外探测通道（串口材料为可投射红外射线的锗窗），另一个窗口为电视通道。光电桅杆的观察头内安装电视摄像机、激光测距仪、红外热像仪。

▲PARUS-98E光电桅杆原理示意图和外形特征

观察头部上方的小圆柱体（上图14）为透波流线型天线罩，内部安装有GPS/GLONASS导航定位天线及其信号接收前端放大器。使用时，外部被观测物体的景物光线通过电视观察窗口入射，经过直角观察棱镜（1）反射到达电视摄像机（2）的物镜；被观测物体的热辐射则通过红外窗口入射到达反射镜（3），被导向红外热像仪的物镜（4）；激光测距仪发射端（5）发出激光脉冲信号经过发射镜（6）射向目标，被目标反射后的辐射脉冲回到电视射线机（2）的物镜，再经过光谱滤光镜的滤波选择，被送入激光测距仪的接收器，信号传递至计算机解算完成测距任务。上图左侧示意中的（10）、（11）、（12）为三个光纤陀螺仪，为光电桅杆的稳定系统提供控制信号。

▲法国赛峰集团为潜艇研制的搜索光电桅杆（SERIES 30 SOM）外形及其成像显示

通过上文，我们可以看出光电桅杆的成像，基本上是在光学反射的基础上，结合电视信号、红外信号的电子转换、拼接，最终传输、显示在控制台的显示屏上。不仅能够在昼间正常工作，还能在夜间进行红外观测成像，具备全天候作战能力，并且用过整合的激光测距仪，直接在显示屏上给出方位距离参数。

▲法国赛峰集团为潜艇研制的攻击光电桅杆（SERIES 30 AOM）外形及其成像显示

由于篇幅有限，本文无法将整个潜艇成像系统的原理细节讲清楚，只能泛泛谈之。至于提到的现代潜艇上装备的攻击光电桅杆和搜索光电桅杆有什么区别和作用，以后再专门写吧。至于俄罗斯的那个PARUS-98E系统里配置一个搜索光电桅杆+一个攻击潜望镜，只能说是潜艇光电桅杆化的“半吊子另类组合”罢了。

为什么潜艇里的艇员可以通过潜望镜看到外面行驶的船只呢？

说起来简单，物理原理倒是不麻烦，如图，一看便知。利用两片物镜反射原理，做出的潜望镜，1854年便在一艘法制潜艇得以实现。

光学潜望镜，像一条杆子插到底，由此也带来非常头疼事，贯穿耐压壳体，艇体结构强度变低，对潜深影响很大。再有舱室本身就很狭窄，始终有条杆子在那杵着，不利舱室布置。

如俄“拉达”级的耐压壳直径超过了7米，潜望镜还需要多出3-4米，以探出头来。还有搜潜与攻击，并不能在一根杆子上面，两根都需要插到底。在潜艇设计之初，即要首先考虑到潜望镜，严重制约潜艇技术向前发展。等等吧，总之种种毛病，但在当年，想来也是无可奈何之事。

能不能不穿透？就在桅杆上架设摄影机和高分辨率照相机，光学信号变为电信号，通过一根光纤直接传输到艇内的计算机上呢？现在当然办得到，上世纪九十年代就实现了，称为光电桅杆。

数据传输到各部门，下潜后可以共同研究分析，探测和分析目标的能力大为提高。

更厉害的还在后面，如果在水面上投放光电浮标会怎样？潜艇不会上潜，亦可实现探寻水面和空中目标的能力。潜艇如果能携带两栖无人机，探测能力和范围，即能得到更明显地增强。无论光电浮标，还是无机，都需要无线电来传输，目前在技术上还不能实现，不过是发展方向。

为什么潜艇里的艇员可以通过潜望镜看到外面行驶的船只呢？

这种问题在小时候看电影或者电视剧时看到那种目镜和物镜不在同一个位置的火炮观测镜时我也曾想过，由于当时家里没有网络也没有大人可以询问这个问题也就一直疑惑下去，到初中物理课的时候，这个疑惑物理老师就替我解决了。这种目镜和物镜不在同一个位置的观测镜利用的是"光的反射"原理制成的，而在物理课上我也用两块镜片动手制作了一个简易的潜望镜。而潜艇中用于观察海面遥控用的钱放进去就是利用光的反射这个原理。这就是潜艇潜望镜的工作原理，可以让潜艇在不浮出水面的情况下观测外界的情况，从而降低潜艇被发现的几率。火炮观测目标时用的观测镜，为火炮打击作引导，可以说是火炮的眼睛，当然，如果此前就已经有测算好的数据的话就不用这玩意了

这一看似古老的潜望镜到现在仍然在世界各国的潜艇中使用，因为它可以让潜艇在不浮出水面的情况下观测外界的情况，而二战时期更是潜艇瞄准发射鱼雷的主要方式之一。虽说当时也可以利用声纳来判断敌方的位置，但是并没有目镜那么准确，科技发展到今天现在已经可以解决这个问题，那就是发射鱼雷时不用经过潜望镜的观测标准，因为二战的时候鱼雷的射程也比较短，潜望镜能看到敌人的军舰时距离很近，而现在的潜艇交战的话距离普遍都在几公里以上，主要是通过声呐来进行观测瞄准。

为什么潜艇里的艇员可以通过潜望镜看到外面行驶的船只呢？

潜艇这个圆筒子上有个指挥塔，塔里有个可伸缩的镜子叫潜望镜，潜艇艇长可以通过潜望镜观察海面情况，但是需要潜艇下潜到潜望镜的深度，。