Námořnictvo koupí hydroakustické systémy rodiny Kryakva. Hydroakustické systémy ponorky v protiponorkovém boji Vlastnosti šíření akustických vln ve vodě

Ruská podvodní hydroakustika na přelomu 21

Vojenská hydroakustika je elitní věda, jejíž rozvoj si může dovolit jen silný stát

Němec ALEXANDROV

Koncern s nejvyšším vědeckým a technickým potenciálem (v podniku pracuje 13 lékařů a více než 60 kandidátů věd) rozvíjí následující prioritní oblasti domácí hydroakustiky:

Multifunkční pasivní a aktivní sonarové systémy (HAC) a systémy (GAS) pro osvětlení situace pod vodou v oceánu, včetně ponorek, hladinových lodí, letadel, systémů detekce potápěčů;

Systémy s flexibilními prodlouženými vlečnými anténami pro provoz v širokém frekvenčním rozsahu pro povrchové lodě a ponorky, ale i stacionární;

Aktivní, pasivní a aktivně pasivní stacionární sonarové systémy k ochraně šelfové zóny před neoprávněným pronikáním hladinových lodí a ponorek;

Hydroakustické navigační a vyhledávací a průzkumné systémy“;

Hydroakustické měniče, antény, komplexně tvarovaná fázovaná anténní pole s až několika tisíci přijímacími kanály;

Akustické zástěny a zvukově transparentní kryty;

Systémy pro přenos informací prostřednictvím hydroakustického kanálu;

adaptivní systémy pro zpracování hydroakustických informací v podmínkách složitých hydrologických akustických podmínek a podmínek rušení signálu;

Klasifikátory cílů podle jejich signatur a podle jemné struktury zvukového pole;

Měřiče rychlosti zvuku pro povrchové lodě a ponorky.

Koncern se dnes skládá z deseti podniků se sídlem v Petrohradě a Leningradské oblasti, Taganrogu, Volgogradu, Severodvinsku, Republice Karelia, včetně výzkumných ústavů, závodů na sériovou výrobu hydroakustických zařízení, specializovaných podniků na servis zařízení na zařízeních, skládek . Jde o pět tisíc vysoce kvalifikovaných odborníků – inženýrů, dělníků, vědců, z nichž více než 25 % tvoří mladí lidé.

Tým podniku vyvinul téměř všechny sériově vyráběné GAK pl ("Rubin", "Ocean", "Rubicon", "Skat", "Skat-BDRM", "Skat-3"), řadu hydroakustické komplexy a systémy pro povrchové lodě ("Platinum", "Polynom", stanice pro detekci potápěčů "Pallada"), stacionární systémy "Liman", "Volkhov", "Agam", "Dněstr".

Hydroakustické komplexy pro ponorky vytvořené podnikem jsou jedinečné technické prostředky, jejichž vytvoření vyžaduje nejvyšší znalosti a rozsáhlé zkušenosti v hydroakustice. Jak řekl jeden vtip, úkol detekovat ponorku pomocí šumového detektoru je svou složitostí podobný úkolu detekovat plamen svíčky na vzdálenost několika kilometrů za jasného slunečného dne, a přesto pro ponorku, která je ponořena, SAC je prakticky jediným zdrojem informací o životním prostředí. Hlavními úkoly řešenými hydroakustickým komplexem ponorky jsou detekce ponorek, hladinových lodí, torpéd v režimu zjišťování směru hluku, automatické sledování cílů, určování jejich souřadnic, klasifikace cílů, detekce a nalézání směru cílů v režimu sonar, automatické sledování cílů, určování jejich souřadnic. zachycování hydroakustických signálů v širokém frekvenčním rozsahu, poskytování zvukové podvodní komunikace na velké vzdálenosti, poskytování přehledu o blízké situaci a bezpečnosti plavby, osvětlení ledové situace při plavbě pod ledem, poskytování ochrany lodi proti minám a torpédům, řešení problémů s navigací - měření rychlosti, hloubky atd. Kromě těchto úkolů musí mít komplex výkonný automatizovaný řídicí systém, systém sledování vlastního hluku, musí nepřetržitě provádět nejsložitější hydrologické výpočty pro zajištění funkčnosti všech systémů a předvídat situaci v prostoru ponorky operace. Komplex má simulátory pro všechny systémy hydroakustického komplexu, které zajišťují výcvik a školení personálu.

Základem každého hydroakustického komplexu jsou antény, fázovaná diskrétní pole složitého tvaru, skládající se z piezokeramických měničů, které by měly zajistit příjem signálů z vodního prostředí na lodi, která je vystavena obrovskému zatížení hydrostatickým tlakem. Úkolem HAC je detekovat tyto signály na pozadí jejich vlastního hluku, hluku proudění, když se loď pohybuje, hluku moře, rušivých cílů a řady dalších faktorů, které maskují užitečný signál.

Moderní HAC je nejsložitější digitální komplex, který zpracovává obrovské toky informací v reálném čase (každá anténa komplexu se skládá z tisíců nebo dokonce desetitisíců jednotlivých prvků, z nichž každý musí být zpracován synchronně se všemi ostatními). Jeho provoz je možný pouze při použití nejnovějších multiprocesorových systémů, které zajišťují simultánní, prostorové a vícepásmové, frekvenčně, pozorování okolních akustických polí.

Nejdůležitějším a nejzodpovědnějším prvkem komplexu jsou zařízení pro zobrazování přijatých informací. Při vytváření těchto zařízení se řeší nejen vědecké a technické, ale i ergonomické, psychologické problémy - nestačí přijímat signál z vnějšího prostředí, je nutné, aby operátoři areálu (a to je minimální počet lidé) mít v kteroukoli chvíli úplný obraz o prostředí, ovládání a faktické bezpečnosti lodi a pohybu různých cílů, povrchových, podvodních, vzdušných, představujících potenciální hrozbu nebo zájem pro ponorku. A vývojáři neustále balancují na hraně problému – jednak zobrazují maximum informací zpracovávaných komplexem, a požadované operátorem, na druhou stranu neporušují Millerovo pravidlo, které omezuje množství informací, které může člověk zároveň asimilovat.

Důležitou vlastností hydroakustických systémů, zejména antén, jsou požadavky na jejich pevnost, životnost a schopnost pracovat bez opravy a výměny po velmi dlouhou dobu - zpravidla nelze opravit hydroakustickou anténu v podmínkách bojového provozu. .

Moderní SAC nelze považovat za soběstačný, uzavřený systém, ale pouze za prvek integrovaného sledovacího systému, který přijímá a využívá průběžně aktualizované a priori informace o cílech z neakustických detekčních systémů, průzkumu apod. a vydává informace o měnící se situaci pod vodou do systému, který analyzuje taktické situace a vydává doporučení pro použití různých režimů HAC v dané situaci.

Vývoj sonarových systémů pro ponorku je neustálou soutěží s vývojáři potenciálního nepřítele na jedné straně, protože nejdůležitějším úkolem SAC je zajistit alespoň paritu v situaci souboje (nepřítel vás slyší a pozná , a jste ve stejné vzdálenosti) a je nutné všemi prostředky a prostředky zvýšit dosah SAC, a to především v režimu pasivního šumového vyhledávání směru, který umožňuje detekovat cíle bez demaskování vlastní polohy, a se staviteli lodí, konstruktéry ponorek, na druhou stranu, protože hluk ponorek klesá s každou novou generací, s každým novým projektem, dokonce i s každou nově postavenou lodí, a musíte detekovat signál, který je o řád nižší než okolní zvuky moře. A je zřejmé, že vytvoření moderního sonarového komplexu pro ponorky 21. století je společným dílem vývojářů komplexu a vývojářů člunu, kteří společně navrhují a umísťují prvky HAC na loď v takových způsob, jakým je jeho provoz za těchto podmínek nejúčinnější.

Zkušenosti s projektováním SJSC pl, dostupné na našem ústavu, nám umožňují identifikovat hlavní problémové oblasti, od kterých lze v blízké budoucnosti očekávat výrazné zvýšení efektivity.

1. HAC s konformní a konformní krycí anténou

Snížení hladiny hluku ponorky, spojené se snahou konstruktérů o optimalizaci technická řešení konstrukce jeho trupu a mechanismů, vedly ke znatelnému snížení dosahu SJSC na moderním náměstí. Zvětšení apertury tradičních antén (kulových nebo válcových) je omezeno geometrií nosu trupu. Zřejmým řešením v této situaci bylo vytvoření konformní (v kombinaci s obrysy pl) antény, jejíž celková plocha, a tedy energetický potenciál výrazně převyšuje potenciál tradičních antén. První zkušenost s vytvářením takových antén se ukázala jako docela úspěšná.

Ještě slibnějším směrem je vytvoření konformních krycích antén umístěných po straně náměstí. Délka takových antén může být desítky metrů a plocha - více než sto metrů čtverečních. Vytvoření takových systémů je spojeno s nutností řešení řady technických problémů.

Konformní krycí anténa je umístěna v oblasti převládajícího vlivu nehomogenních vln způsobených strukturální interferencí, ale i interferencí hydrodynamického původu, včetně těch vznikajících buzením těla přicházejícím prouděním. Akustické stínění, tradičně používané ke snížení vlivu rušení na anténu, není dostatečně účinné v nízkofrekvenčním rozsahu palubních antén. Možnými způsoby, jak zajistit efektivní provoz palubních antén, soudě podle zahraničních zkušeností, je za prvé konstruktivní umístění nejhlučnějších strojů a mechanismů ponorek tak, aby jejich vliv na palubní systémy byl minimální, a za druhé použití algoritmických metod pro snížení vlivu strukturální interference na dráhu SJC (adaptivní metody pro kompenzaci strukturálních interferencí, včetně použití vibračních senzorů umístěných v těsné blízkosti antény). Jako velmi perspektivní se jeví využití tzv. „vektor-fázových“ metod zpracování informací, které umožňují zvýšit efektivitu komplexu díky společnému zpracování tlakových polí a rychlosti vibrací. Dalším způsobem, jak snížit vliv hydrodynamického rušení, které ovlivňuje účinnost konformních krycích antén, je použití filmových konvertorů (PVDF desek), které umožňují díky zprůměrování na ploše 1,0x0,5 m výrazně (soudě dle údajů v literatuře - až 20 dB) snižují vliv hydrodynamického rušení na dráhu HJC.

2. Adaptivní algoritmy pro zpracování hydroakustických informací v souladu s prostředím šíření

Pod pojmem "adaptace" se tradičně rozumí schopnost systému měnit své parametry v závislosti na měnících se podmínkách prostředí, aby byla zachována jeho účinnost. Pokud jde o algoritmy zpracování, termín "adaptace" znamená koordinaci (v prostoru a čase) cesty zpracování s charakteristikami signálů a šumu. Adaptivní algoritmy jsou široce používány v moderních komplexech a jejich účinnost je určena především hardwarovými prostředky komplexu. Modernější jsou algoritmy, které berou v úvahu časoprostorovou variabilitu kanálu šíření signálu. Použití takových algoritmů umožňuje současně řešit problémy detekce, určení cíle a klasifikace pomocí apriorních informací o kanálu šíření signálu. Zdrojem takových informací mohou být adaptivní dynamické oceánografické modely, které s dostatečnou spolehlivostí předpovídají rozložení teploty, hustoty, salinity a některých dalších parametrů prostředí v oblasti provozu pl. Takové modely existují a jsou široce používány v zahraničí. Použití dostatečně spolehlivých odhadů parametrů kanálu šíření umožňuje, soudě podle teoretických odhadů, výrazně zvýšit přesnost určení souřadnic cíle.

3. Akustické systémy umístěné na řízených bezpilotních podvodních plavidlech, rozhodující úkoly polystatická detekce v aktivním režimu, stejně jako úloha hledání objektů zabahněného dna

Ponorka sama o sobě je obrovská konstrukce, dlouhá více než sto metrů a ne všechny úkoly, které je nutné řešit pro zajištění vlastní bezpečnosti, lze vyřešit umístěním hydroakustických systémů na samotnou loď. Jedním z těchto úkolů je detekce objektů blízko dna a bahnitých předmětů, které představují nebezpečí pro loď. Chcete-li objekt zobrazit, musíte se k němu přiblížit co nejblíže, aniž byste ohrozili svou vlastní bezpečnost. Jednou z možností řešení tohoto problému je vytvoření řízeného podvodního bezpilotního prostředku, umístěného na ponorce, schopného přiblížit se k objektu zájmu a klasifikovat jej a v případě potřeby jej zničit, a to samostatně nebo ovládáním po drátě popř. zvuková podvodní komunikace. Ve skutečnosti je úkol podobný vytvoření samotného hydroakustického komplexu, ale miniaturní, mající bateriovou pohonnou jednotku umístěnou na malém samohybném zařízení schopném odpojit se od ponořené ponorky a poté zakotvit zpět, přičemž poskytuje konstantní dva- způsob komunikace. Ve Spojených státech taková zařízení vznikla a jsou součástí zbraní nejnovější generace ponorek (typu Virginia).

4. Vývoj a tvorba nových materiálů pro hydroakustické měniče, vyznačující se nižší hmotností a cenou

Piezokeramické měniče, které tvoří podmořské antény, jsou extrémně složité struktury, samotná piezokeramika je velmi křehký materiál a je potřeba značného úsilí, aby byla pevná a zároveň si zachovala účinnost. A poměrně dlouhou dobu se hledal materiál, který má stejné vlastnosti přeměny vibrační energie na elektrickou energii, ale který je polymer, odolný, lehký a technologicky vyspělý.

Technologické úsilí v zahraničí vedlo k vytvoření polymerních fólií typu PVDF, které mají piezoelektrický efekt a jsou vhodné pro použití při konstrukci povrchových antén (umístěných na palubě lodi). Problém je zde především v technologii vytváření tlustých filmů, které poskytují dostatečnou účinnost antény. Ještě nadějnější se zdá být myšlenka vytvořit materiál, který má vlastnosti piezokeramiky na jedné straně a vlastnosti ochranná clona, který tlumí (nebo rozptyluje) signály nepřátelského sonaru a snižuje vlastní hluk lodi. Takový materiál (piezoresin) nanesený na trup ponorky vlastně dělá z celého trupu lodi hydroakustickou anténu, poskytující výrazné zvýšení účinnosti hydroakustických prostředků. Rozbor zahraničních publikací ukazuje, že ve Spojených státech tento vývoj již přešel do stádia prototypů, zatímco u nás v posledních desetiletích v tomto směru nedošlo k žádnému pokroku.

5. Klasifikace cílů

Úkolem klasifikace v hydroakustice je nejobtížnější problém spojený s nutností určit třídu cíle z informací získaných v režimu vyhledávání směru hluku (v menší míře podle údajů aktivního režimu). Na první pohled je problém snadno vyřešen - stačí zaregistrovat spektrum hlučného objektu, porovnat jej s databází a dostat odpověď - co je to za objekt, až po jméno velitele. Ve skutečnosti spektrum cíle závisí na rychlosti, úhlu cíle, spektrum pozorované hydroakustickým komplexem obsahuje zkreslení v důsledku průchodu signálu náhodně nehomogenním kanálem šíření (vodním prostředím), a proto závisí na vzdálenost, počasí, oblast působení a mnoho dalších důvodů, kvůli kterým je problém rozpoznání spektrem prakticky neřešitelný. Proto se v domácí klasifikaci používají jiné přístupy související s analýzou charakteristických rysů, které jsou vlastní určité třídě cílů. Dalším problémem, který vyžaduje seriózní vědecký výzkum, ale je naléhavě potřebný, je klasifikace objektů v blízkosti dna a bahna související s rozpoznáváním min. Je známo a experimentálně potvrzeno, že delfíni zcela jistě rozeznávají vzduchem a vodou naplněné předměty vyrobené z kovu, plastu a dřeva. Úkolem výzkumníků je vyvinout metody a algoritmy, které implementují stejný postup, jaký provádí delfín při řešení podobného problému.

6. Úkol sebeobrany

Sebeobrana je komplexní úkol zajištění bezpečnosti lodi (včetně protitorpédové ochrany), včetně detekce, klasifikace, určení cíle, vydání prvotních údajů pro použití zbraní a (nebo) technické prostředky protiakci. Zvláštností tohoto úkolu je integrované využívání dat z různých subsystémů HAC, identifikace dat pocházejících z různých zdrojů a poskytování informační interakce s ostatními lodními systémy, které zajišťují použití zbraní.

Výše uvedené je jen malá část těch slibných oblastí výzkumu, které je potřeba udělat, aby se zvýšila účinnost vytvořených hydroakustických zbraní. Od nápadu k produktu je ale dlouhá cesta, která vyžaduje pokročilé technologie, moderní výzkumnou a experimentální základnu a rozvinutou výrobní infrastrukturu. potřebné materiály pro hydroakustické měniče a antény atd. Je třeba poznamenat, že poslední roky byly pro náš podnik charakterizovány seriózním technickým převybavením výrobní a testovací základny, které bylo možné díky financování z řady federálních cílených programů, jak civilních, tak speciálních, prováděných ministerstvem průmyslu a obchodu Ruská Federace. Díky této finanční podpoře se za posledních pět let podařilo kompletně opravit a výrazně zmodernizovat největší evropskou hydroakustickou experimentální nádrž, která se nachází na území OAO Concern Okeanpribor, k radikálnímu modernizaci výrobních kapacit sériových provozů, které jsou součástí koncernu, díky němuž se závod Taganrog "Priboy" stal nejvyspělejším výrobcem nástrojů na jihu Ruska. Vytváříme nové výroby - piezomateriály, desky plošných spojů, v budoucnu - výstavba nových výrobních a vědeckých ploch, stojany pro seřizování a uvádění zařízení do provozu. Za 2 - 3 roky nám výrobní a vědecké kapacity podniku, podpořené „databankou“ nových nápadů a vývoje, umožní začít vytvářet hydroakustické zbraně páté generace, tolik potřebné pro námořnictvo.

V dohledné době budou muset ponorky a protiponorkové letouny ruského námořnictva dostat nový typ sonarových systémů. Podle nedávných zpráv hodlá vojenské oddělení do konce dekády získat velké množství prostředků pro sledování situace pod vodou. Takové nákupy umožní vybavit mnoho rozestavěných nebo modernizovaných ponorek, letadel atd. moderními detekčními prostředky.

Ministerstvo obrany zadalo koncem března na oficiálních stránkách veřejných zakázek novou zakázku týkající se další vývoj materiál námořnictva. Podle zveřejněných informací o výběrovém řízení ministerstvo plánuje nákup 55 sonarových systémů (HAC) rodiny MGK-335EM-03 "Kryakva" v různých modifikacích. Vojenské oddělení se chystá utratit ne více než 194,6 milionu rublů na nákup všech požadovaných produktů - v průměru přes 5,3 milionu za komplex. První komplexy v rámci budoucí zakázky by měly být dodány ještě letos. Dokončení dodávek je naplánováno na rok 2019.

Obecné schéma komplexu MGK-335EM-05

Podle zveřejněných údajů hodlají ozbrojené síly nakoupit komplexy Kryakva ve třech modifikacích, které umožní jejich vybavení ponorkami, protiponorkovými letouny a stacionárními systémy. Pro podmořské síly se nakupuje 16 komplexů Kryakva-A. Stejný počet systémů by mělo obdržet námořní letectví. Pro hydroakustické průzkumné stanice bude zakoupeno 23 souprav verze Kryakva-V.

Přihlášky do výběrového řízení se přijímají do 17. dubna. Krátce poté bude podepsána smlouva na dodávku požadovaných produktů, po které bude zahájena jejich výroba. Jak již bylo řečeno, armádní resort chce první sonarové systémy požadovaných typů obdržet ještě letos.

Podle zpráv byl hydroakustický komplex MGK-335EM-03 "Kryakva" vytvořen koncernem "Okeanpribor" (St. Petersburg). Tento komplex je určen pro instalaci na lodích malého a středního výtlaku. Je možné instalovat veškeré potřebné vybavení jak při stavbě lodí, tak při opravách a modernizacích. V druhém případě je systém Kryakva náhradou za starší komplex MGK-355MS. Podle zpráv byly na základě lodního komplexu vytvořeny nové úpravy určené pro provoz na jiných nosičích. Díky tomu mohou SJSC rodiny Kryakva používat také ponorky, letadla a stacionární průzkumné systémy.

Bez ohledu na dopravce mají komplexy podobné úkoly a jsou co nejvíce sjednoceny. Jejich hlavním úkolem je pátrání po ponorkách. Detekce cíle se provádí v aktivním režimu pomocí echolokace nebo v pasivním režimu – v tomto případě je sledován vlastní šum cílů. Navíc je možné detekovat signály z jiných komplexů pracujících v aktivním režimu. Automatizace Kryakvy je také schopna nezávisle doprovázet nalezený cíl a vydávat údaje o určení cíle do protiponorkového obranného zařízení pro řízení palby nosiče. Existuje možnost automatické klasifikace detekovaného objektu. Komplexy MGK-335EM-03 "Kryakva" mají funkci hydroakustické komunikace na nízkých a vysokých frekvencích. Poskytuje také použití kódové komunikace a identifikace.

Architektura GAK MGK-335EM-03

Pro zlepšení provozních vlastností mají komplexy řadu důležitých vlastností a funkcí. Během provozu hydroakustického komplexu je automaticky řízena úroveň akustického rušení. Automatizace je také schopna předvídat očekávaný dosah systému v závislosti na aktuálních podmínkách. Jsou zde automatizované prostředky pro sledování provozu všech součástí komplexu a sledování jejich stavu. Automatizace nezávisle monitoruje provoz jednotek a provádí diagnostiku. Pokud jsou nalezeny problémy v automatický režim se provádí jejich lokalizace. Pro operátory je k dispozici cvičná funkce, při které se používají simulované cíle.

V základní konfiguraci, určené pro instalaci na povrchové lodě, MGK-335EM-03 "Kryakva" SJSC obsahuje několik hlavních zařízení, která řeší různé úkoly. Hlavním a jediným prostředkem k pozorování a zjišťování cílů je v tomto případě aktivní-pasivní anténa. Vyrábí se ve formě válcového těla, vybaveného velkým množstvím citlivých prvků. Pro udržení požadované polohy antény během provozu se používá speciální závěsný systém se stabilizačními zařízeními. Anténa má výšku 1 m a průměr 1 m. Po obvodu válce je 36 sloupů s 12 prvky na každém.

Na palubě nosné lodi by také mělo být namontováno generátorové zařízení, přijímací-zesilovací a přizpůsobovací zařízení, stejně jako digitální zpracování signálu a stabilizační monitorovací a kontrolní zařízení. Všechny tyto prvky komplexu jsou vzájemně propojeny. Napájení všech součástí komplexu se provádí pomocí samostatného napájecího zařízení připojeného k hlavním elektrickým systémům lodi.

Na pracovišti obsluhy areálu je navržena montáž konzole se všemi potřebnými ovládacími prvky. Údaje o situaci pod vodou, detekovaných cílech a provozu sonarových zařízení se zobrazují na dvou barevných monitorech. Hlavními ovládacími prvky jsou klávesnice a trackball umístěný na přední konzole. Některá tlačítka a přepínače jsou umístěny vedle monitorů. Vývojář systému Kryakva také navrhuje použití vzdáleného indikátoru. V určité vzdálenosti od hlavní konzole lze nainstalovat další monitor, který zobrazuje informace o aktuální situaci.

Anténa "Mallard"

Podle zpráv zahrnuje rodina Kryakva hydroakustické systémy několika modelů, které se od sebe liší složením speciálního vybavení, především anténami a dalšími prostředky detekce. Takže v projektu MGK-335EM-01 je podkeelová anténa doplněna o taženou flexibilní prodlouženou anténu. Komplex MGK-335EM-02 obsahuje taženou vyzařovací a flexibilní prodlouženou anténu. Produkt MGK-335EM-04 má při provozu v aktivním režimu rozšířený frekvenční rozsah, který umožňuje detekci torpéd a verze MGK-335EM-05 Mallard má spouštěcí přijímací a vysílací antény.

Podle oficiálních údajů koncernu Okeanpribor je MGK-335EM-03 Mallard schopen detekovat ponorku o ekvivalentním poloměru Re = 10 m na vzdálenosti až 10-12 km. Cílové souřadnice se určují s přesností 30' azimutem. Přesnost dosahu dosahuje 1 % stupnice vzdálenosti. V režimu vyhledávání směru šumu je komplex schopen zachytit zvuky o frekvenci 1,5 až 7 kHz. Po zjištění cíle a jeho převzetí ke sledování je přesnost určení azimutu 30'. Režim detekce hydroakustických signálů, který implikuje detekci cizích HAC pracujících v aktivním režimu, umožňuje ovládat frekvenční rozsah 1,5-7 kHz. Azimut ke zdroji detekovaného signálu je určen s přesností 10°.

Na základě analýzy povahy přijímaných odražených nebo zachycených signálů je komplex MGK-335EM-03 schopen určit, zda detekovaný objekt patří do té či oné třídy zařízení. S určitou pomocí operátora je hydroakustický systém schopen rozlišit ponorku od torpéda. Současně je možné současně vydávat cílové označení protiponorkovým zbraňovým systémům.

Komplex "Kryakva" se vyznačuje poměrně vysokými vlastnostmi hydroakustické komunikace a má také některé speciální vlastnosti. Nízkofrekvenční nebo vysokofrekvenční komunikace probíhá na vzdálenost do 20 km. Kódovou komunikaci, identifikaci detekovaného objektu nebo změnu vzdálenosti k němu lze provádět na vzdálenost až 30 km. S pomocí SJSC MGK-335EM-03 může posádka přepravní lodi podporovat telefonní spojení jak s ruskými ponorkami, tak s loděmi využívajícími frekvenční pásmo NATO.

Komplexní ovládací panel

Podle nejnovějšího bude muset námořnictvo v letech 2017-19 obdržet 55 sad SJSC rodiny MGK-335EM-03 "Kryakva" v různých konfiguracích, určených pro montáž na nosiče různých tříd. Většina tohoto vybavení se plánuje instalovat na hydroakustických průzkumných stanicích, zatímco další komplexy budou využívat ponorky a letadla. Přesné informace o budoucích dopravcích objednaných komplexů z pochopitelných důvodů na tento moment chybějící. Zatím zbývá pouze sestavit předpovědi a pokusit se předpovědět, jaké zařízení bude takovým zařízením vybaveno.

V případě protiponorkového letectví lze za možné nosiče nových typů komplexů považovat letouny Il-38 a Tu-142 nejnovějších modifikací. Nyní tato technika prochází opravami a modernizacemi, při kterých dostává různé nové vybavení. V dalším projektu aktualizace zařízení lze také použít nejnovější sonarové systémy.

Bude zakoupeno 16 komplexů v konfiguraci pro ponorky. Pravděpodobně bude toto zařízení použito při budoucích opravách stávajících lodí relativně starých projektů. Vzhledem ke stáří a vybavení ponorek ve službě lze předpokládat, že jakékoli domácí jaderné a dieselelektrické ponorky všech stávající projekty. Ne všechny lodě ruských ponorkových sil jsou vybaveny moderními prostředky pro sledování situace pod vodou, a proto potřebují nové podobné produkty. Jak bude oprava postupovat, budou moci přijímat nová zařízení s lepším výkonem.

Kuriózní je, že v podmínkách aktuálního výběrového řízení chybí klauzule o nákupu sonarových systémů určených k instalaci na hladinové lodě. Produkt MGK-335EM-03 byl původně vyvinut speciálně jako lodní sledovací zařízení a teprve poté byl vyvinut, v důsledku čehož mohl být instalován na jiné nosiče. Z některých ne zcela jasných důvodů bezprostřední plány vojenského oddělení nezahrnují nákup lodi Kryakva SJSC.

Schéma lodního komplexu MGK-335EM-05 s přídavnou spouštěcí anténou

Podle tuzemských médií je již známo, kam poputují zakoupené sonarové systémy. Ministerstvo obrany bude výsledné produkty distribuovat mezi několik útvarů námořnictva a námořního letectva odpovědných za realizaci protiponorkové obrany. Zařízení půjde do Kronštadtu, Severomorsku a Novorossijsku a také na některé základny v Primorském území. Další podrobnosti o budoucím provozu perspektivních systémů zatím nebyly hlášeny.

Z dostupných údajů vyplývá, že vybavení ponorek, letadel a stacionárních sonarových systémů novými komplexy rodiny MGK-335EM-03 „Kryakva“ bude mít pozitivní důsledky pro celou protiponorkovou obranu flotily jako celku. Při stavbě nebo modernizaci ponorek, letadel atp. získají moderní vybavení pro sledování podvodních objektů, což bude mít odpovídající vliv na efektivitu jejich práce. V důsledku toho se dosahy a pravděpodobnosti detekce potenciálně nebezpečných objektů znatelně zvýší.

Kromě hlavních úkolů spojených s detekcí a sledováním různých objektů lze nové SAC použít k identifikaci nalezených cílů, vydávání označení cílů řídicím systémům atd. K dispozici je také výcvikový režim pro usnadnění výcviku hydroakustických operátorů.

Vojenský resort podle oficiálních údajů v polovině dubna dokončí příjem žádostí do nedávno zahájeného výběrového řízení a zahájí výběr dodavatele požadované techniky. Brzy by se měla objevit dodavatelská smlouva, po které bude zahájena sériová výroba GAK požadovaných úprav. První vzorky takového zařízení by měly být přijaty již letos, poslední - nejpozději do konce roku 2019. Je zřejmé, že dodávky těchto produktů budou probíhat současně s výstavbou / modernizací jejich nosičů. To znamená, že nejpozději na začátku příští dekády dostane domácí protiponorková obrana nové vybavení a s ním i nové možnosti. To vše pozitivně ovlivní potenciál námořnictva jako celku.

Podle webů:
http://zakupki.gov.ru/
http://i-mash.ru/
http://oceanpribor.ru/
http://armsdata.net/
http://flot.com/

Ruská podvodní hydroakustika na přelomu 21

Vojenská hydroakustika je elitní věda, jejíž rozvoj si může dovolit jen silný stát

Němec ALEXANDROV

Koncern s nejvyšším vědeckým a technickým potenciálem (v podniku pracuje 13 lékařů a více než 60 kandidátů věd) rozvíjí následující prioritní oblasti domácí hydroakustiky:

Systémy s flexibilními prodlouženými vlečnými anténami pro provoz v širokém frekvenčním rozsahu pro povrchové lodě a ponorky, ale i stacionární;

Aktivní, pasivní a aktivně pasivní stacionární sonarové systémy k ochraně šelfové zóny před neoprávněným pronikáním hladinových lodí a ponorek;

Hydroakustické navigační a vyhledávací a průzkumné systémy“;

Hydroakustické měniče, antény, komplexně tvarovaná fázovaná anténní pole s až několika tisíci přijímacími kanály;

Akustické zástěny a zvukově transparentní kryty;

Systémy pro přenos informací prostřednictvím hydroakustického kanálu;

adaptivní systémy pro zpracování hydroakustických informací v podmínkách složitých hydrologických akustických podmínek a podmínek rušení signálu;

Klasifikátory cílů podle jejich signatur a podle jemné struktury zvukového pole;

Měřiče rychlosti zvuku pro povrchové lodě a ponorky.

Tým podniku vyvinul téměř všechny sériově vyráběné GAK pl ("Rubin", "Ocean", "Rubicon", "Skat", "Skat-BDRM", "Skat-3"), řadu hydroakustických komplexů a systémy pro povrchové lodě ("Platinum", "Polynom", stanice pro detekci potápěčů "Pallada"), stacionární systémy "Liman", "Volkhov", "Agam", "Dněstr".

Nejdůležitějším a nejzodpovědnějším prvkem komplexu jsou zařízení pro zobrazování přijatých informací. Při vytváření těchto zařízení se řeší nejen vědecké a technické, ale i ergonomické, psychologické problémy - nestačí přijímat signál z vnějšího prostředí, je nutné, aby operátoři areálu (a to je minimální počet lidé) mít v kteroukoli chvíli úplný obraz o prostředí, ovládání a faktické bezpečnosti lodi a pohybu různých cílů, povrchových, podvodních, vzdušných, představujících potenciální hrozbu nebo zájem pro ponorku. A vývojáři neustále balancují na hraně problému – na jedné straně zobrazit maximum informací zpracovávaných komplexem a potřebných pro operátora, na straně druhé neporušovat „Millerovo pravidlo“, které omezuje množství informací, které může člověk současně vstřebat.

1. HAC s konformní a konformní krycí anténou

Snížení hladiny hluku ponorky, spojené se snahou konstruktérů optimalizovat technická řešení konstrukcí jejího trupu a mechanismů, vedlo ke znatelnému snížení doletu SJC podél moderních náměstí. Zvětšení apertury tradičních antén (kulových nebo válcových) je omezeno geometrií nosu trupu. Zřejmým řešením v této situaci bylo vytvoření konformní (v kombinaci s obrysy pl) antény, jejíž celková plocha, a tedy energetický potenciál výrazně převyšuje potenciál tradičních antén. První zkušenost s vytvářením takových antén se ukázala jako docela úspěšná.

2. Adaptivní algoritmy pro zpracování hydroakustických informací v souladu s prostředím šíření

3. Akustické systémy umístěné na řízených bezpilotních podvodních dopravních prostředcích, řešící problémy polystatické detekce v aktivním režimu, stejně jako úlohy vyhledávání objektů na bahnitém dně

4. Vývoj a tvorba nových materiálů pro hydroakustické měniče, vyznačující se nižší hmotností a cenou

Technologické úsilí v zahraničí vedlo k vytvoření polymerních fólií typu PVDF, které mají piezoelektrický efekt a jsou vhodné pro použití při konstrukci povrchových antén (umístěných na palubě lodi). Problém je zde především v technologii vytváření tlustých filmů, které poskytují dostatečnou účinnost antény. Ještě nadějnější je nápad vytvořit materiál, který má vlastnosti piezokeramiky na jedné straně a vlastnosti ochranné clony, která tlumí (nebo rozptyluje) signály nepřátelských sonarů a snižuje vlastní hluk lodi. Takový materiál (piezoresin) nanesený na trup ponorky vlastně dělá z celého trupu lodi hydroakustickou anténu, poskytující výrazné zvýšení účinnosti hydroakustických prostředků. Rozbor zahraničních publikací ukazuje, že ve Spojených státech tento vývoj již přešel do stádia prototypů, zatímco u nás v posledních desetiletích v tomto směru nedošlo k žádnému pokroku.

5. Klasifikace cílů

6. Úkol sebeobrany

Sebeobrana je komplexní úkol zajištění bezpečnosti lodi (včetně protitorpédové ochrany), který zahrnuje detekci, klasifikaci, určení cíle a vydávání prvotních údajů pro použití zbraní a (nebo) protiopatření. Zvláštností tohoto úkolu je integrované využívání dat z různých subsystémů HAC, identifikace dat pocházejících z různých zdrojů a poskytování informační interakce s ostatními lodními systémy, které zajišťují použití zbraní.

Výše uvedené je jen malá část těch slibných oblastí výzkumu, které je potřeba udělat, aby se zvýšila účinnost vytvořených hydroakustických zbraní. Od nápadu k produktu je ale dlouhá cesta, která vyžaduje pokročilé technologie, moderní výzkumnou a experimentální základnu, rozvinutou infrastrukturu pro výrobu potřebných materiálů pro hydroakustické měniče a antény atd. Je třeba poznamenat, že poslední roky byly pro náš podnik charakterizovány seriózním technickým převybavením výrobní a testovací základny, které bylo možné díky financování z řady federálních cílených programů, civilních i speciálních, prováděných ministerstvem průmyslu a obchodu Ruské federace. Díky této finanční podpoře se za posledních pět let podařilo kompletně opravit a výrazně zmodernizovat největší evropskou hydroakustickou experimentální nádrž, která se nachází na území OAO Concern Okeanpribor, k radikálnímu modernizaci výrobních kapacit sériových provozů, které jsou součástí koncernu, díky němuž se závod Taganrog "Priboy" stal nejvyspělejším výrobcem nástrojů na jihu Ruska. Vytváříme nové výroby - piezomateriály, desky plošných spojů, v budoucnu - výstavba nových výrobních a vědeckých ploch, stojany pro seřizování a uvádění zařízení do provozu. Za 2 - 3 roky nám výrobní a vědecké kapacity podniku, podpořené „databankou“ nových nápadů a vývoje, umožní začít vytvářet hydroakustické zbraně páté generace, tolik potřebné pro námořnictvo.

Hydroakustika (z řečtiny. hydro- voda, akustikoka- sluchové) - nauka o jevech vyskytujících se ve vodním prostředí a spojených s šířením, vysíláním a příjmem akustických vln. Zahrnuje vývoj a tvorbu hydroakustických zařízení určených pro použití ve vodním prostředí.

Historie vývoje

Hydroakustika- věda, která se v současné době rychle rozvíjí a má nepochybně velkou budoucnost. Jeho vzniku předcházela dlouhá cesta vývoje teoretické i aplikované akustiky. První informace o projevu lidského zájmu o šíření zvuku ve vodě nacházíme v zápiscích slavného renesančního vědce. Leonardo da Vinci :

První měření vzdálenosti pomocí zvuku provedl ruský badatel akademik Ya. D. Zacharov. 30. června 1804 letěl v balonu pro vědecké účely a při tomto letu využil odrazu zvuku od zemského povrchu k určení výšky letu. Když byl v koši s míčem, hlasitě zakřičel do rohu. Po 10 sekundách přišla zřetelně slyšitelná ozvěna. Z toho Zacharov usoudil, že výška koule nad zemí je přibližně 5 x 334 = 1670 m. Tato metoda tvořila základ rádia a sonaru.

Spolu s rozvojem teoretických problémů v Rusku byly prováděny praktické studie o fenoménech šíření zvuků v moři. Admirál S. O. Makarov v letech 1881-1882 navrhl použít zařízení zvané fluktometr pro přenos informací o rychlosti proudu pod vodou. To znamenalo začátek rozvoje nového odvětví vědy a techniky - hydroakustická telemetrie.

Schéma hydrofonní stanice Baltského závodu, model 1907: 1 - vodní čerpadlo; 2 - potrubí; 3 - regulátor tlaku; 4 - elektromagnetická hydraulická závěrka (telegrafní ventil); 5 - telegrafní klíč; 6 - hydraulický membránový emitor; 7 - paluba lodi; 8 - nádrž s vodou; 9 - utěsněný mikrofon

V 90. letech 19. století v Baltic Shipyard byly z iniciativy kapitána 2. hodnosti M.N.Beklemiševa zahájeny práce na vývoji hydroakustických komunikačních zařízení. První testy hydroakustického vysílače pro podvodní komunikaci byly provedeny na konci 19. století. v experimentálním bazénu v přístavu Galernaja v Petrohradě. Vibrace, které vydával, byly dobře slyšet na 7 mil na plovoucím majáku Něvského. Výsledkem výzkumu v roce 1905. vytvořil první hydroakustické komunikační zařízení, ve kterém plnila roli vysílače speciální podvodní siréna ovládaná telegrafním klíčem a jako přijímač signálu sloužil uhlíkový mikrofon, upevněný zevnitř na trupu lodi. Signály byly zaznamenávány přístrojem Morse a sluchem. Později byla siréna nahrazena zářičem membránového typu. Účinnost zařízení zvaného hydrofonní stanice se výrazně zvýšila. Námořní zkoušky nové stanice se konaly v březnu 1908. na Černém moři, kde dosah spolehlivého příjmu signálu přesáhl 10 km.

První sériové stanice pro zvukovou podvodní komunikaci navržené Baltskou loděnicí v letech 1909-1910. instalované na ponorkách "Kapr" , "Gudgeon" , "Sterlet" , « Makrela» a « Okoun». Při instalaci stanic na ponorky, aby se snížilo rušení, byl přijímač umístěn ve speciální kapotáži tažené zádí na kabelovém kabelu. K podobnému rozhodnutí Britové dospěli až během první světové války. Poté byla tato myšlenka zapomenuta a teprve koncem 50. let byla znovu použita rozdílné země při vytváření hlukově odolných sonarových lodních stanic.

Impulsem pro rozvoj hydroakustiky bylo první světová válka. Během války země Dohoda utrpěl těžké ztráty obchodníka a námořnictva v důsledku akce německých ponorek. Bylo potřeba najít prostředky, jak s nimi bojovat. Brzy byli nalezeni. Ponorka v ponořené poloze může být slyšena hlukem generovaným vrtulí a ovládacími mechanismy. Bylo voláno zařízení, které detekuje hlučné předměty a určuje jejich polohu hlukový vyhledávač směru. Francouzský fyzik P. Langevin v roce 1915 navrhl použití citlivého přijímače vyrobeného z Rochelleovy soli pro první stanici pro vyhledávání směru hluku.

Základy hydroakustiky

Vlastnosti šíření akustických vln ve vodě

Komponenty události výskytu ozvěny.

Začátek komplexního a základní výzkum o šíření akustických vln ve vodě vznikla za druhé světové války, což si vynutila potřeba řešit praktické problémy námořnictva a především ponorek. Experimentální a teoretické práce pokračovaly i v poválečných letech a byly shrnuty do řady monografií. V důsledku těchto prací byly identifikovány a zpřesněny některé rysy šíření akustických vln ve vodě: absorpce, útlum, odraz a lom.

Absorpci energie akustických vln v mořské vodě způsobují dva procesy: vnitřní tření média a disociace solí v něm rozpuštěných. První proces přeměňuje energii akustické vlny na tepelnou energii a druhý proces přeměnou na chemickou energii vyvede molekuly z rovnováhy a ty se rozpadají na ionty. Tento typ absorpce se prudce zvyšuje se zvyšující se frekvencí akustických vibrací. K utlumení akustické vlny ve vodě vede i přítomnost suspendovaných částic, mikroorganismů a teplotních anomálií ve vodě. Tyto ztráty jsou zpravidla malé a jsou zahrnuty do celkové absorpce, ale někdy, jako například v případě rozptylu od brázdy lodi, mohou tyto ztráty dosahovat až 90 %. Přítomnost teplotních anomálií vede k tomu, že akustická vlna vstupuje do zón akustického stínu, kde může podléhat mnohonásobným odrazům.

Přítomnost rozhraní voda-vzduch a voda-dno vede k odrazu akustické vlny od nich, a pokud se v prvním případě akustická vlna zcela odrazí, pak ve druhém případě koeficient odrazu závisí na materiálu dna: špatně odráží bahnité dno, dobře písčité a kamenité . V malých hloubkách vzniká v důsledku opakovaného odrazu akustické vlny mezi dnem a hladinou podvodní zvukový kanál, ve kterém se může akustická vlna šířit na velké vzdálenosti. Změna hodnoty rychlosti zvuku v různých hloubkách vede ke zakřivení zvukových "paprsků" - lomu.

Lom zvuku (zakřivení dráhy zvukového paprsku)

Lom zvuku ve vodě: a - v létě; b - v zimě; vlevo - změna rychlosti s hloubkou.

Rychlost šíření zvuku se mění s hloubkou a změny závisí na roční a denní době, hloubce nádrže a řadě dalších důvodů. Zvukové paprsky vycházející ze zdroje pod určitým úhlem k horizontu jsou ohnuty a směr ohybu závisí na rozložení rychlostí zvuku v médiu: v létě, kdy jsou horní vrstvy teplejší než spodní, se paprsky ohýbají směrem dolů a většinou se odrážejí ode dna, přičemž ztrácejí významnou část své energie; v zimě, kdy si spodní vrstvy vody udržují svou teplotu, zatímco horní vrstvy se ochlazují, se paprsky ohýbají vzhůru a opakovaně se odrážejí od hladiny vody, přičemž se ztrácí mnohem méně energie. V zimě je proto vzdálenost šíření zvuku větší než v létě. Vertikální rozložení rychlosti zvuku (VSDS) a gradient rychlosti mají rozhodující vliv na šíření zvuku v mořském prostředí. Rozložení rychlosti zvuku v různých oblastech světového oceánu je různé a mění se v čase. Existuje několik typických případů VRSZ:

Rozptyl a pohlcování zvuku nehomogenitami prostředí.

Šíření zvuku v podvodním zvuku. kanál: a - změna rychlosti zvuku s hloubkou; b - dráha paprsků ve zvukovém kanálu.

K šíření zvuků vysoká frekvence při velmi malých vlnových délkách jsou ovlivněny malé nehomogenity, které se obvykle vyskytují v přírodních rezervoárech: bubliny plynu, mikroorganismy atd. Tyto nehomogenity působí dvěma způsoby: pohlcují a rozptylují energii zvukových vln. V důsledku toho se se zvýšením frekvence zvukových vibrací snižuje rozsah jejich šíření. Tento efekt je patrný zejména v povrchové vrstvě vody, kde je nejvíce nehomogenit.

Rozptyl zvuku heterogenitami, stejně jako nepravidelnosti na povrchu vody a dna, způsobuje jev podvodní reverb doprovázející vyslání zvukového pulsu: zvukové vlny, odražené od souboru nehomogenit a slučování, dávají zpřísnění zvukového pulsu, který pokračuje i po jeho ukončení. Hranice rozsahu šíření zvuků pod vodou jsou omezeny i vlastními zvuky moře, které mají dvojí původ: některé zvuky vznikají dopady vln na hladinu vody, z mořského příboje, z hluk odvalujících se oblázků atd.; druhá část je spojena s mořskou faunou (zvuky produkované hydrobionty: rybami a jinými mořskými živočichy). Tímto velmi závažným aspektem se zabývá biohydroakustika.

Vzdálenost šíření zvukových vln

Rozsah šíření zvukových vln je komplexní funkcí frekvence záření, která jednoznačně souvisí s vlnovou délkou akustického signálu. Jak je známo, vysokofrekvenční akustické signály jsou rychle utlumeny v důsledku silné absorpce vodním prostředím. Nízkofrekvenční signály se naopak mohou šířit ve vodním prostředí na velké vzdálenosti. Takže akustický signál o frekvenci 50 Hz je schopen se šířit v oceánu na vzdálenosti tisíců kilometrů, zatímco signál o frekvenci 100 kHz, typický pro side-scan sonar, má rozsah šíření pouze 1-2 km. Přibližné dosahy moderních sonarů s různými frekvencemi akustického signálu (vlnová délka) jsou uvedeny v tabulce:

Oblasti použití.

Hydroakustika má široké praktické uplatnění, protože dosud nebyl vytvořen účinný systém pro přenos elektromagnetických vln pod vodou na nějakou významnou vzdálenost, a proto je zvuk jediným možným prostředkem komunikace pod vodou. Pro tyto účely se používají zvukové frekvence od 300 do 10 000 Hz a ultrazvuky od 10 000 Hz a výše. V oblasti zvuku se jako emitory a přijímače používají elektrodynamické a piezoelektrické emitory a hydrofony, v oblasti ultrazvuku piezoelektrické a magnetostrikční.

Nejvýznamnější aplikace hydroakustiky jsou:

Řešení vojenských problémů;
Námořní navigace;
Zvuková podvodní komunikace;
Průzkum při hledání ryb;
Oceánologický výzkum;
Oblasti činnosti pro rozvoj bohatství dna oceánů;
Využití akustiky v bazénu (doma nebo v tréninkovém centru synchronizovaného plavání)
Výcvik mořských zvířat.

Poznámky

Literatura a zdroje informací

LITERATURA:

V.V. Shuleikin Fyzika moře. - Moskva: "Nauka", 1968. - 1090 s.
IA. rumunština Základy hydroakustiky. - Moskva: "Stavba lodí", 1979. - 105 s.
Yu.A. Korjakin Hydroakustické systémy. - Petrohrad: "Věda Petrohradu a námořní mocnost Ruska", 2002. - 416 s.