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

“ Противник завоевывает господство в океане, проведя кампанию по снижению шумов подводных лодок и разработке средств приема сигналов в инфразвуковом диапазоне ”

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.

Коллаж Валентины Никоноровой

У 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.