press.start

Рис. 1. Подкильная ГАС AN/SQS-53, устанавливаемая на эсминцах и крейсерах ВМС США.  Сканирует окружающую среду на наличие подводных целей. Обеспечивается работа в пассивном и активном режимах.

Зоны конвергенции - это так называемые дальние зоны акустической освещенности (ДЗАО). Интенсивность звука, приходящего от удаленного источника, в ДЗАО значительно выше, чем в соседних областях. Звуковой луч, искривляющийся книзу (или преднамеренно направленный вниз), достигает оси глубоководного звукового канала и принимает горизонтальное направление, после чего начинает плавно отклоняться в сторону поверхности моря. Отклонение звуковых лучей кверху происходит, если скорость звука у дна моря выше, чем у поверхности. Разница составляет, как правило, 9 м/сек.

Пучки звуковых лучей, достигнув поверхности, образуют зоны с повышенной интенсивностью звука, имеющие форму колец, которые и называются ДЗАО или зонами конвергенции. Удаленность ДЗАО от источника звука зависит от типа гидрологии и в Северной Атлантике она составляет, в среднем, 30 миль, а в некоторых районах Норвежского моря - 14-18 миль. Ширина ДЗАО на поверхности воды равна примерно 10% от ее удаленности от источника звука. Отразившись от поверхности моря, звуковые лучи могут повторить свою траекторию и снова выйти к поверхности во второй и даже третьей ДЗАО. 

Чтобы в полной мере использовать преимущества ДЗАО, необходимы очень мощные гидролокаторы, в то время, как пассивные шумопеленгаторные станции в меньшей степени подвержены воздействию потерь при распространении звука, и способны более эффективно отслеживать контакты в зонах конвергенции.

Рис. 2. Типы вертикального распределения скорости звука (ВРСЗ) и характерные картины искривления звуковых лучей.

Вопрос: если Вы заинтересовались этой темой, то попробуйте отгадать, на какой глубине должна находиться подводная лодка, чтобы иметь возможность обнаружить надводный корабль на максимально возможной дистанции, если в районе с положительным градиентом скорости звука наблюдается термоклин на глубине 55 метров? (Рис. 2. В)

Рис. 3. Гидролокатор переменной глубины погружения, который буксируется специальным устройством на надводных кораблях.

В противолодочных операциях, как правило, задействован большой контингент разнородных маневренных и стационарных сил. Самолёты, которые для установления и поддержания контакта с подводной лодкой используют РГАБ (см. первый пост), получают вводный инструктаж или  исследуют гидрометеорологические условия в районе самостоятельно. Для точного определения оптимальной величины заглубления гидрофонов и дистанции между отдельными РГАБ экипажи производят батитермические измерения при помощи специальных буёв - AN/SSQ-36. Это позволяет им вести наиболее эффективный поиск целей в районе с заданными условиями.

Вертолеты, использующие буксируемые заглубляемые ГАС (см. третий пост), в случае наличия сезонного термоклина действуют парами (и это как минимум) и производят поиск целей в двух разных слоях воды: выше и ниже слоя скачка (термоклина), соответственно.

Рис. 4. Схема поиска ПЛ двумя вертолётами в условиях наличия приповерхностного звукового канала и горизонта слоя скачка (термоклин).

Надводные корабли на противолодочных рубежах или в составе охранения, оснащаются активными или пассивными ГАС. Скорость корабля, ведущего гидролокационный поиск при помощи носовой антенны (рис. 1), в условиях высокого уровня реверберации существенной роли не играет. Если же уровень реверберации низкий и корабль ведет поиск в условиях сильного волнения, то качка и собственные шумы корабля приводят к снижению эффективности его гидролокатора. Поэтому в условиях сильного волнения, когда корабль лежит на курсах против волны, ему рекомендуется движение на высокой скорости, а на курсах, обеспечивающих более благоприятные условия для использования гидролокатора - малая скорость.

Подводные лодки, используя неоднородность океанической среды и изменяя глубину погружения, способны эффективно снижать свою заметность и повышать показатели скрытности. Поэтому большинство надводных кораблей также оснащаются гидроакустическими антеннами переменной глубины погружения (Рис. 3), для обследования так называемых зон тени. Величина заглубления антенн выбирается исходя из лучевой картины и гидрологических условий в районе. Выбор глубины погружения антенны позволяет свести к минимуму воздействие различных помех и помогает найти оптимальную глубину для прослушивания водного пространства.

Применение оружия.

Рассмотрим влияние гидрологических условий на тактику применения оружия на примере использования глубинных бомб. Для того, чтобы максимально эффективно использовать это оружие, необходимо знать глубину погружения подводной лодки. При наличии термоклина на небольшой глубине и разделении пучка звуковых лучей, активными ГАС определить, какая часть лучей освещает подводную лодку, невозможно. Определить глубину погружения противника поможет знание гидрологических условий и их влияние на маневрирование ПЛ и гидролокатор корабля.

Для уклонения от глубинных бомб ПЛ, вероятнее всего,  будет погружаться под теомоклин, где дальности обнаружения невелики, и лодка может маневрировать на высоких докавитационных скоростях. Подтверждение того, что ПЛ находится ниже слоя скачка, служит примерное совпадение дальности, на которой она обнаружена, с ожидаемой дальностью обнаружения под слоем скачка. Подводная лодка, обнаруженная на дальности, значительно превышающей дальность обнаружения под слоем скачка, с полным основанием может считаться находящейся в этом слое. В мелководном районе подводная лодка, намеревающаяся уклониться от атаки, используя высокую скорость хода, может находиться в непосредственной близости от дна.

Рис. 1. Гидроакустическая антенна комплекса МГ-540 "Скат-3" находится в пространстве между лёгким и прочным корпусом подводной лодки и представляет собой огромную цилиндрическую конструкцию из преобразователей звука в электрические сигналы.

Еще древние греки знали - если один конец огромной трубы опустить в воду, то на другом конце можно будет услышать корабль, бороздящий просторы Эгейского моря. А потом, конечно, сжечь его при помощи огромных зеркал, да. Но почему так?  

Звук в воде.

Все дело в том, что вода - это идеальная среда для распространения акустических волн. Скорость звука в воде почти в пять раз выше, чем в воздухе. Но у водной среды, тем не менее, есть и другое немаловажное свойство - её неоднородность.

На распространение звуковых волн оказывают влияние множество факторов, среди которых:

- температура воды - с изменением температуры воды на 1 градус по Цельсию скорость звука в воде изменяется на 3 м/сек.;

- солёность воды - измеряется в промилле. Плюс/минус один промилле -соответствует изменению скорости звука на 1,2 м/сек. соответственно;

- величина давления - так как она напрямую зависит от глубины погружения, то нам проще считать, что каждые 30 метров скорость звука в воде увеличивается на 0,6 м/сек.

Наибольшие изменения этих величин наблюдаются в вертикальном (по глубине), а не в горизонтальном направлении. И, имея сведения о вертикальном распределении скорости звука, мы делаем вывод о типе гидрологии, который, в свою очередь, определяет траектории распространения звуковых лучей в воде.

Рис. 2. Дельфины - удивительные морские животные. Они используют эхолокацию в воде для обнаружения косяков рыб и для общения между собой. Мы многому научились у них.

Таким образом, для удобства анализа мы пренебрегаем изменениями скорости звука в горизонтальном отношении. Поэтому нам проще считать, что звук в воде распространяется не волнами, а лучами. В этом случае звуковой луч можно представить в виде линии, по которой движется какая-то точка звуковой волны. И если мы захотим выяснить, каким образом звук в воде будет распространяться от источника к приемнику - мы сможем нарисовать его траекторию.

Когда скорость звука с глубиной уменьшается, звуковые лучи искривляются вниз (отрицательная рефракция). Если скорость звука с глубиной возрастает, то звуковые лучи отклоняются вверх, изгибаясь в сторону слоя с более низкой скоростью звука (положительная рефракция).

Рис. 3. Искривление траектории звуковых лучей всегда наблюдается в сторону, где есть слой с более низкой скоростью звука.

Если дистанция между источником и приемником звука относительно невелика, лучи под воздействием рефракции искривляются незначительно, а потому их траектории допустимо отображать в виде прямых линий. Рассмотрим на рисунке пример использования для обнаружения подводной лодки ГАС, опускаемой с противолодочного вертолёта (см. "Винтокрылые охотники").

Антенна ОГАС излучает звуковые сигналы, распространяющиеся по различным траекториям. Первым до цели приходит сигнал, проходящий по прямому лучу (1), за ним сигнал, отражённый от поверхности (2), следующим сигнал, отражённый от дна (3) и последним - сигнал, последовательно отражённый от дна и поверхности моря (4). Звук, отражённый от цели (эхо), возвращается к антенне по тем же самым лучам.

В природе встречаются области глубин, в которых скорость звука снижена до минимума. Как правило, это области с низкой температурой воды. Если мы поместим в такой области источник звука и отобразим на рисунке траектории звуковых лучей, то мы обнаружим, что часть этих лучей будет задерживаться границами сред с более высокой температурой, формируя таким образом звуковой канал, по которому звук способен распространяться на значительные расстояния.

Звуковой канал может быть сформирован в приповерхностном слое воды, как показано на рисунке выше. Если в районе наблюдается положительная рефракция, то звуковые лучи будут отклоняться вверх, к поверхности, с последующим отражением от нее. Если на глубине есть термоклин - слой температурного скачка, то звуковые лучи, покидающие источник звука под углами малыми к горизонту, отражаются от него и захватываются звуковым каналом. Таким образом, поверхность моря формирует верхнюю границу приповерхностного звукового канала, а термоклин - нижнюю.

На сегодня, этого будет достаточно. Очень сложно уместить такой объем информации в одну статью и не погрешить против истины. Необходимо рассказать еще о зонах конвергенции, прогнозировании дальности обнаружения целей и о применении этих знаний на практике. Спасибо всем, кто дочитал до конца.

Надводные корабли совершенствуются наравне с подводными лодками, вооружаясь все более новыми и эффективными средствами противолодочной защиты и нападения. Однако, чтобы вести эффективную борьбу с невидимым и невероятно хитрым противником, кораблю необходимо иметь на вооружении самые совершенные радиотехнические и гидроакустические средства.

Гидроакустические антенны.

Основной проблемой использования шумопеленгаторных станций на надводных кораблях являются собственные помехи, т.е. шумность корабля. Услышать работу винтов подводной лодки, которая находится на глубине 150-200 метров на поверхности практически нереально. В том числе из-за особенностей распределения звука в воде. Поэтому в какой-то момент от использования пассивных средств гидроакустики на кораблях отказались, оставив на вооружении гидролокаторы, зондирующие толщу океана низкочастотными сигналами. Однако, эффективность использования этих средств на корабле фактически сводится к нулю, потому что работу гидролокатора на подводной лодке услышат и классифицируют задолго до контакта в ШП. Именно поэтому на кораблях базируются противолодочные вертолёты. Об особенностях их использования, вооружении, тактике и радиотехническом вооружении я подробнейшим образом написал в посте "Винтокрылые охотники", повторяться не буду. Скажу лишь, что это, пожалуй, самое эффективное средство поиска и уничтожения ПЛ на современных боевых кораблях.

Но еще в 60-х годах прошлого века военные задумались о том, каким образом можно оснастить боевые корабли эффективными пассивными системами гидроакустического поиска подводных целей. И додумались.

Гибкая протяжённая буксируемая антенна со станцией AN/SQR-19 системы TACTAS (Tactical Towed Array Sonar)  - это длинная "кишка", которая опускается в воду с кормы корабля и тянется за ним на пару сотен метров в длину. Благодаря своей компоновке и протяженности, антенна является эффективным средством обнаружения подводных целей, позволяя кораблю обнаруживать подводные лодки на расстоянии до 180 миль (это очень много и очень сильно притянуто за уши, янки). На самом деле, зона наиболее вероятного обнаружения (~85%) ПЛ при помощи ГПБА - 16 миль, но и это расстояние считается очень большим и может конкурировать с дальностью действия гидроакустических систем АПЛ.

Естественно, использование "кишки" накладывает свои ограничения. Так, для эффективной работы станции корабль вынужден следовать скоростью 3-12 узлов. Он может разгоняться и до большей скорости, но тогда гидродинамическое сопротивление воды и его собственные шумы будут создавать помехи работе станции. Также, для исключения помех и повышения эффективности поиска, маневрирование корабля должно идти преимущественно прямыми галсами. 

Существуют и более современные образцы протяженных антенн. Это системы CAPTAS,  которые находятся на вооружении фрегатов (LCS). Они дополнительно оснащаются активными гидролокаторами и имеют, в целом, лучшие характеристики по сравнению с TACTAS. Подобные системы стоят также и на вооружении подводных лодок (STAS) и кораблей гидроакустической разведки (SERTAS).

Подробнее я как нибудь напишу про тактику использования. Спасибо всем, кто дочитал до конца.