Звонок по гидрофону

Принятая более 50 лет назад концепция построения гидроакустических систем не обеспечивает дальнего обнаружения подводных лодок вероятного противника. Из тупикового направления есть выход, но для этого необходимо переходить от традиционного амплитудного к оптическому разностному способу преобразования звуковой информации.

Принятые в последние десятилетия меры по снижению собственных шумов подводных лодок привели к смещению спектра в область частот ниже 17 герц. Он стал «гладким», из него исчезли индивидуальные признаки. Как следствие дальность обнаружения отечественными гидроакустическими комплексами (ГАК) подводных лодок упала до трех-четырех километров. Обеспечение требуемой соображениями безопасности дальности обнаружения в 200–300 километров при современном состоянии техники – проблема.

SOS от SOSUS


Первой масштабной системой слежения за подводной обстановкой стала SOSUS, развернутая американцами на Атлантическом и Тихом океанах еще в начале 70-х. Она предназначалась для определения местоположения и параметров движения атомных подводных лодок с помощью кабельной сети гидрофонов, проложенной по дну. Данные непрерывно поступают для обработки на береговые противолодочные центры, расположенные на западном и восточном побережьях США. SOSUS была оборудована пьезокерамическими гидрофонами. Первый опыт ее эксплуатации привел операторов в восхищение – российские подводные лодки обрели у американцев прозвище «ревущие коровы». Однако в результате принятых нами мер спектр шумов подводных лодок был уведен в область инфразвука, а для работы в низкочастотной области использовавшиеся методы приема и обработки гидроакустической информации оказались непригодными.

Но оглохла не только система обнаружения – то же произошло и с лодками, ведь ГАС создавались по тем же принципам. Наилучшей иллюстрацией стало ЧП в ночь с 3 на 4 февраля 2009 года. На большой глубине в спокойной обстановке в центральной части Атлантического океана во время боевого дежурства столкнулись две самые современные ракетные атомные подводные лодки ВМС Великобритании и Франции – «Вэнгард» и «Триумфатор». Две новейшие АПЛ ведущих стран НАТО, несмотря на современное гидроакустическое оборудование, не увидели друг друга даже на близком расстоянии из-за низкого уровня шумового излучения.

Звонок по гидрофонуУ нас ситуация оказалась еще хуже. В открытом доступе есть информация о столкновении в 1992 году американской субмарины «Батон Руж» с российской «Костромой» в Баренцевом море. Наша подлодка находилась на полигоне боевой подготовки вблизи полуострова Рыбачий. При очередном всплытии на перископную глубину раздался удар – рубка «Костромы» врезалась в корпус американского атомохода, присутствие которого вблизи российской территории оставалось незамеченным. Притом что именно в этом районе находилась станция гидроакустической разведки. На шельфе располагались гидроакустические антенны длиной около ста метров, установленные вдоль свала глубин. Чтобы представить себе размеры этих конструкций, достаточно сказать, что каждую из них удерживали на дне два якоря весом по 60 тонн каждый. Гидроакустическая информация передавалась по кабелю на береговую станцию наблюдения. Нам известно о существовании целого ряда стационарных систем наблюдения за гидроакустической обстановкой – «Днестр», «Волхов», «Амур», «Лиман», «Север». К Северному флоту относился пост связи на острове Новая земля, завязанный на стационарный ГАК «Север». Но, как считает контр-адмирал Сергей Жандаров, «сегодня этот комплекс устарел. На его базе была разработана еще одна серийная система с современными элементами связи».

Тише, мыши

Каким образом снижали шумность подводных лодок? Стоит отметить переход американских АПЛ на одновальную движительную установку, увеличение диаметра гребного винта до восьми метров при понижении числа его оборотов до 100 в минуту, доведение числа лопастей до семи и придание им специальной саблевидной формы. Эти меры привели к значительному снижению шумового излучения.

Заметим, что 100 оборотов в минуту гребного вала соответствует излучаемой частоте порядка двух герц. Соответственно море более чем на 60 децибел «громче» подводной лодки.

Есть примеры успешного снижения шумности и отечественными кораблестроителями. «Варшавянка» оказалась самой современной и малошумной ДЭПЛ отечественного флота. В ее силовую установку входят два дизель-генератора. Если лодки старых типов на поверхности ходили под дизелями, экономя электроэнергию, то «Варшавянки» и в надводном, и в подводном положении передвигаются только под электромоторами. Их несколько: главный, мощностью 5500 лошадиных сил, экономического хода –130 лошадиных сил и пара 102-сильных резервных. Все они работают на один гребной винт – шестилопастный, с оборотами до 250 в минуту. Маломагнитная сталь, убирающиеся рули, амортизирующие платформы для двигателей, специальные внешние гидроакустические покрытия – все это обеспечивает лодке максимальную звукоизоляцию, незаметность и в целом значительно затрудняет обнаружение противником. А в режиме движения на электромоторах «Варшавянка» становится вовсе неслышимой и способна подкрасться к нужной цели почти вплотную.

Современные АПЛ ВМС США при движении в подводном положении на скорости около восьми узлов имеют уровень шума 120–130 децибел, тогда как первые серийные АПЛ – 160–170 децибел и более. Видно, что принятые меры привели к снижению показателя примерно на 40 децибел. Шум же новейших американских ПЛ с водометным движителем классов «Си-Вулф» и «Вирджиния» операторами вообще не различим.

Неладная гармония

Традиционные отечественные ГАС обеспечивают преобразование сигналов в области средних звуковых частот. Потому и обнаружить подводную лодку, используя существующую технику приема, по шумам на частоте два герца – а это инфразвук – невозможно. Из чего следует вывод о необходимости повышения эффективности преобразования сигналов в этой части диапазона. Такую возможность предоставляет оптический разностный способ преобразования.

На АПЛ «Вирджиния» устанавливаются волоконно-оптические гидрофоны лазерного возбуждения, работающие в диапазоне 10–480 герц. Основу гидрофона составляет лазер с длиной волны порядка 6328 ангстрем, который запитывает две катушки кварцевого оптического волокна длиной до 40 метров. Воздействие акустического сигнала приводит к относительной деформации катушек, к модуляции света на выходе схемы и к выделению разностного сигнала. Эффективность преобразования на 40 децибел выше по сравнению с пьезокерамическими гидрофонами и не уменьшается со снижением частоты. Основные затруднения при создании подобной системы, очевидно, были в исключении источников собственных нестабильностей, находящихся за пределами принятого для рассмотрения диапазона. Насколько трудоемок этот процесс, можно понять из того, что разработки были начаты организацией NRL ВМС США в 1979-м и только к 2014 году, через 35 лет, стали появляться весьма скупые сведения о применении подобных гидрофонов.

Для обеспечения приема в низкочастотной области спектра нам также необходим пересмотр существующих базовых положений преобразования сигналов. Полагаться на то, что техническое решение этого вопроса мы можем получить на Западе, не приходится. Особо следует отметить, как вероятный противник обстоятельно завоевывает господство в океане, проведя кампанию по снижению шумов подводных лодок и разработке средств приема сигналов в инфразвуковом диапазоне.

В такой ситуации один из самых пессимистичных прогнозов дает контр-адмирал Сергей Жандаров: «В 90-е годы с ВМФ была снята задача борьбы с иностранными подводными ракетоносцами в дальней морской зоне. Сейчас, видимо, придется снимать аналогичную задачу в своих водах по многоцелевым атомным субмаринам. Но тогда кораблям и подводным лодкам придется запретить выход в море, без знаний о подводной обстановке делать там нечего».

Сказать, что ничего не делается, нельзя. Заговорили о развертывании новейшей сети, именуемой «Гармония». Это роботизированные автономные донные станции (АДС), скрытно устанавливаемые специальными подводными лодками. На глубине АДС разворачивают неподвижные многоэлементные, а также многометровые донные шланговые гидроакустические антенны. Станции могут вести пассивную разведку, просто прослушивая, что происходит вокруг, пытаясь обнаружить характерные шумы узлов и механизмов кораблей и самолетов. По замыслу несколько АДС объединяются в сеть, способную вскрыть подводную и надводную обстановку на площади в сотни километров. Но на деле основными датчиками «Гармонии» остаются все те же пьезокерамические гидрофоны, которые для приема сигналов в инфразвуковой области воздействий малопригодны. Так что желанное «вскрытие подводной обстановки на площади в сотни километров» пока ничем не обосновано.

Отечественные ученые занимаются датчиками на основе оптического разностного преобразования для стационарных ГАС, но разработки столь трудоемкие, что надеяться на скорое техническое решение вопроса не приходится.
Автор: Борис Воронков
Первоисточник: http://vpk-news.ru/articles/38260


Читайте "Военное обозрение" в Яндекс Новостях

CtrlEnter
Если вы заметили ошибку в тексте, выделите текст с ошибкой и нажмите Ctrl+Enter
Читайте также

Комментарии 15

Информация

Уважаемый читатель, чтобы оставлять комментарии к публикации, необходимо зарегистрироваться.
Уже зарегистрированы? Войти
  1. Brylevsky 12 августа 2017 04:39
    Спасибо автору за то, что затронул столь болезненную для отечественного ВМФ тему. Работы здесь для нынешних и будущих инженеров - не початый край...
    1. Басарев (Арсений) 14 августа 2017 17:28
      Фактически же Союз просто поставили перед фактом абсолютного господства в воздухе и в океане ещё в конце Второй Мировой. Вместо всей этой бессмысленной холодной войны нужно было просто сдаться. И американцы построили бы нам нормальный капитализм, а мы за десятилетия привыкли бы к нему. И стали нормальными людьми, уважающими право, закон, политические взгляды и частную собственность. А не как сейчас - если не за Путина - значит, враг народа. И уже привычные истории про повышенную опасность ведения бизнеса в России: стоит только выбиться в серьёзный плюс, как точас приходит человечек от фигуры и говорит, что больше ты здесь не хозяин.
      1. Bad_gr (Владимир) 29 апреля 2018 11:50
        Цитата: Басарев
        Вместо всей этой бессмысленной холодной войны нужно было просто сдаться. И американцы построили бы нам нормальный капитализм, а мы за десятилетия привыкли бы к нему.

        Не знаю как насчёт "нормального капитализма", а то что страну раздербанили бы на куски - уверен на 100%. И обслуживали бы мы хозяев этих кусочков, на уровне быдла. Никакой капиталист не даст рабочему колонии достойную зарплату и столько же прав, сколько имеет сам.
  2. кедр (Евгений) 12 августа 2017 08:17
    Невозможно во всём и везде быть первыми. Главное наши учёные работают над лазерными гидрофонами и нам не докладывают, что и как...
  3. erofich (Александр) 12 августа 2017 09:10
    Да, автор а вы знаете сколько децибел даёт реактивный самолёт на взлете? Получается, что наши лодки громче даже реактивного самолёта на взлете? Опять списали из Википедии, поди.
    1. L10n77 (Леонид) 12 августа 2017 10:30
      Автор смешивает герцы и децибелы в одну кучу, называет наши ПЛ "ревущими коровами", считая что такое прозвище получено из-за якобы шумности, притом не зная по какой причине все наши ПЛ получили такое прозвище. Жаль, что минусы убрали, статья полный отстой. Абсолютное незнание ни терминологии, ни сути. Про миф о "ревущим коровам" уже была статья тут ещё в 2014 году https://topwar.ru/60293-mify-ssha-revuschie-korov
      y-sovetskogo-vmf.html
      1. AB0877 (AB0877) 12 августа 2017 12:24
        Полностью согласен, автор просто не разбирается в предметах, о которых пишет. Плюс, полное незнание физики. К сожалению, ВО сильно грешит такими публикациями. В лучшем случае, появляются статьи-компиляции с использованием различных источников с копированием исходных ошибок.
  4. Dzafdet (Сергей) 12 августа 2017 12:11
    https://vpk.name/news/109348_est_li_v_rossii_sovr
    emennoe_gidroakusticheskoe_vooruzhenie.html

    Не надо лохматить бабушку! Давно уже всё решили, но, как всегда , мешают монополисты. Ах как им хочется сладко пить и вкусно есть! laughing tongue wassat drinks
  5. aiw (Anton) 14 августа 2017 16:54
    Фраза "Заметим, что 100 оборотов в минуту гребного вала соответствует излучаемой частоте порядка двух герц. Соответственно море более чем на 60 децибел «громче» подводной лодки." вынесла мозг начисто.

    То, что американцы дцать лет корпели над оптическими преобразователями - дык йепрст, прогресс в ВОЛС и оптических датчиках пошел сравнительно (лет 20 как) недавно.

    Ну и насчет непригодности пьезокерамики для анализа инфразвука - тема не раскрыта вообще от слова совсем. Современным цифровым комплексам любая частота по плечу, если период сигнала меньше дискрета записи. Да, со снижением частоты падает энергетика, но и затухание тоже падает. Почему именно оптические системы оптимальны - автор не сказал... Печаль.
    aiw
  6. podgornovea (Евгений) 14 августа 2017 20:30
    "Заметим, что 100 оборотов в минуту гребного вала соответствует излучаемой частоте порядка двух герц. Соответственно море более чем на 60 децибел «громче» подводной лодки."
    Улыбнуло! Герцы сравнивает с децибелами! :)))
  7. podgornovea (Евгений) 14 августа 2017 20:38
    "Современные АПЛ ВМС США при движении в подводном положении на скорости около восьми узлов имеют уровень шума 120–130 децибел" (135 Дб болевой порог)
    И при таком уровне шума они бесшумны и не заметны с нескольких километров !?????
    Причём звук в воде намного дальше без потерь распространяться.
    ". Шум же новейших американских ПЛ с водометным движителем классов «Си-Вулф» и «Вирджиния» операторами вообще не различим."
    Что так, сразу 100 децибел что ли срезали? Вот это прорыв! "Росняня" отдыхает!
  8. podgornovea (Евгений) 14 августа 2017 20:48
    К-222 единственный корабль, построенный по проекту 661 «Анчар». Самая быстрая в мире подводная лодка, достигавшая в подводном положении скорости свыше 82 км/ч (44 узла).
    "При этом на скоростях выше 35 узлов из-за турбулентного характера обтекания лодки возникали шумы, доходящие в центральном посту лодки до 100 децибел. Подобный шум не только приводил к дискомфорту экипажа, но и лишал лодку скрытности."
    "тогда как первые серийные АПЛ – 160–170 децибел и более"
    Прямо Иерихонские трубы! И оружие не нужно рядом проплыл враг в контузии "При уровнях звука свыше 160 децибел - возможен разрыв барабанных перепонок и лёгких, больше 200 - смерть (шумовое оружие)"
  9. Pacifist (Виктор) 1 сентября 2017 09:58
    Долго нам еще будут аукаться предательство и глупость Горбачева и развал Ельцина... печаль. Это весьма значимые технологии. Без них мы глухи и слепы в море. Хочется надеяться, что наши инженеры найдут выход.
  10. boris 1943 5 сентября 2017 18:13
    Уважаемая редакция «Военного обозрения»!
    На сайте вашей газеты была помещена статья «Звонок по гидрофону»,.
    Эта статья опубликована в газете «Военно -промышленный курьер» от 9 августа 2017 г. В этой статье допущен ряд оплошностей, определяемых редакторской правкой исходной статьи автора «Гидроакустика и национальная безопасность».( Отсутствуют ссылки на первоисточники, опущены характеристики пьезокерамики, искажены исходные фразы статьи) В результате этих оплошностей в комментариях читателей приведены нарекания в невежестве автора.
    Как направить Вам исходный текст статьи «Гидроакустика и национальная безопасность"?
    Надеюсь, после такой публикации вопросы и нарекания в адрес автора будут исчерпаны.
  11. boris 1943 5 сентября 2017 18:32
    Комментарий автора Бориса Воронкова к статье «Звонок по гидрофону»
    Исходная статья «Гидроакустика и национальная безопасность» содержит:
    1. 100 об/мин гребного вала соответствует частоте порядка 2 Гц. Уровень шумов подводной лодки находится в пределах 1 - 0,01 Па. Уровень шумов моря на частоте 2 Гц более чем на 60 дБ (1000 раз) превосходит уровень сигнала от подводной лодки на этих частотах.. ( см.» Векторно – фазовые методы в акустике» автор Валерий Гордиенко стр. 136 ).
    2. выдержка из статьи «Защита и скрытность « авторы Вакс А.И., Мурадян В.А., Сагайдаков Ф.Р.. Flot.com›publications/books/shelf/submarines… «Современные АПЛ ВМС США при движении в подводном положении на скорости около 8 узлов имеют уровень шума 120—130 дБ при Pо = 1мкПа, на расстоянии 1 м, в полосе частот 10-10 000 Гц. Этот показатель для первых серийных АПЛ составлял 160—170 дБ и более. Видно, что принятые меры привели к снижению шума примерно на 40 дБ (в 100 раз).
    Шум новейших ПЛ. с водометным движителем классов "Си-Вулф" и "Вирджиния" операторы вообще не отличают от морских шумов».
    Примечания:
    1. 120-130 дБ относительно 1 мкПа. Измерения акустического давления проводится в конкретных условиях статического давления и температуры. А данные измерений соотносят с условным уровнем давления 1 мкПа. Это уже элемент фальсификации, правда, принятый в международной практике гидроакустических измерений.
    2.120 -130 дБ соответствуют 1- 3 Па, то есть переменному давлению 0,1-0, 3 мм водного столбика.
    Сомнительно, что при водоизмещении 7400 т и скорости хода под 16 км\ час АПЛ «Вирджиния» создает переменное давление воды всего в 1 Па.
    3. Что произойдет со столь малым сигналом на дистанции 200-300 км?
Картина дня