Журнал «Юный техник» - Юный техник, 2010 № 05
Перед Великой Отечественной войной, в 1940 году, прошла испытания ультразвуковая гидроакустическая станция «Тамир-1» для надводных кораблей — охотников за подлодками. Работа такого гидролокатора основывалась на посылке ультразвуковых импульсов и приеме сигналов, отраженных, к примеру, от корпуса подводной лодки. Пеленг (направление на цель) определялся поворотом излучателя или фазовращателями, а дистанция — по времени, которое импульс ходил до цели.
Конструкция первого такого прибора принадлежит французскому физику Полю Ланжевену и русскому эмигранту, инженеру Петру Шиловскому. Но запатентован он был англичанином Льюисом Ричардсоном вскоре после гибели «Титаника».
Так или иначе, но советская подлодка Л-3 произвела первую атаку на Балтике, пользуясь данными шумопеленгаторов, 13 ноября 1942 года, в самый разгар Второй мировой войны.
Эхо «холодной войны»
В эпоху «холодной войны», когда начиная с 50-х годов XX века в глубинах Мирового океана начали противостоять друг другу гигантские атомные подводные флоты СССР и США, техника выслеживания субмарин еще более усовершенствовалась. К тому времени гидроакустическими станциями, опускаемыми под воду на тросах, обзавелись и вертолеты. А противолодочные самолеты стали сбрасывать гидроакустические буи, которые устанавливали шумы субмарин или отраженное их корпусами эхо от взрывов сбрасываемых теми же самолетами небольших глубинных бомб. Информация передавалась на борт самолета-охотника, где анализировалась, и по сигналам определялись координаты подлодки.
Для обнаружения субмарины в океане ныне используют самое различное оборудование и аппаратуру. Подлодка может быть засечена со спутника, например, по вихревому следу. Самолет с гравитометром и магнитометром на борту способен обнаружить ее по изменениям магпитного и гравитационного поля. Надводные кораблиохотники отслеживают перемещения субмарины с помощью гидроакустических буев, буксируемых и стационарных гидроантенн. И наконец, подводная лодка-охотник может обнаружить цель с помощью активного гидролокатора.
Мало того, в конце 50-х годов Соединенные Штаты пошли на огромные расходы, создав у побережья Атлантики и Тихого океана гигантские линии стационарных подводных гидрофонов. Звукоприемники соединялись кабелями с береговыми постами обработки сигналов.
Были разработаны специальные программы и процессоры, ставшие основой самых мощных в мире вычислительных комплексов. По характерному спектру сигнала компьютер может определить тип лодки, удаление до нее, ее скорость и курс.
Аналогичная компьютерная аппаратура только меньших размеров стала появляться и на борту самих субмарин. В результате созданный к началу 90-х годов прошлого века американский комплекс AN/UQQ-1 с буксируемыми антеннами способен уверенно обнаружить и классифицировать цель на дальности до 140 км, а в ряде случаев — и до 560 км!
Создатели субмарин ответили на это усовершенствованиями конструкции самих подлодок. Все силовые агрегаты субмарин стали размещать на шумопоглощающих фундаментах, широко применяли резинометаллические амортизаторы, упругие вставки в трубопроводах, а внешние корпуса подлодок начали укутывать в резиноподобные покрытия, слабо отражающие сигналы гидролокаторов.
Но главное внимание обратили на совершенствование винтов. Сейчас все подлодки оборудованы тихоходными винтами с саблевидными лопастями, работающими практически бесшумно. И поговаривают о том, что вскоре появятся субмарины вообще без винтов — с водометами или даже… неким подобием ласт и рыбьих плавников.
От статики к динамике
В итоге стационарные гидроакустические системы потеряли свою значимость и из-за снижения эффективности были законсервированы. Частично их стали использовать в научных целях, например, для прослушивания песен китов и иных звуков, издаваемых обитателями океана.
А для решения задач противолодочной обороны в США и других морских странах стали создавать быстроразвертываемые многоэлементные региональные системы освещения подводной обстановки (СОПО). Их доставляют на самолетах, надводных кораблях или подлодках в районы, где ожидаются боевые действия или маневры военно-морского флота потенциального противника. Датчики сбрасывают в море, подобно тем же гидробуям или донным минам, и они, затаившись в глубине, ловят малейшие шумы. Полученная информация передается на определенной частоте на заранее развернутые специальные антенны. Командный пункт СОПО производит анализ обстановки и с помощью космической связи передает все данные на командный пункт объединенного оперативного формирования.
Для наглядности добавим, что акустические излучатели типа LELFAS имеют длину около 3 м и внешне похожи на небольшие торпеды. Кстати, их можно выстреливать с помощью стандартного торпедного аппарата, а рассчитаны они на непрерывную работу в течение 30 суток.
Одна подлодка, имеющая на борту четыре комплекта антенн быстрого развертывания, способна перекрыть площадь более 2500 квадратных миль. А группа из трех кораблей, развернув подобную систему, а также имея на борту буксируемые излучатели для подсветки целей и противолодочные вертолеты, может в течение длительного времени контролировать акваторию общей площадью более 30 000 квадратных миль. И ни одна сколько-нибудь крупная подводная цель не останется в этом квадрате незамеченной.
Маскировка в рыбьем косяке
Что же теперь — подводному флоту становится на прикол? Не скажите… Есть свои недостатки и у СОПО. Они способны эффективно работать лишь в том случае, если целей в районе относительно немного и они сами довольно крупных размеров. Но как отследить перемещение, скажем, обитателей целого рыбьего косяка, если рыбы, его составляющие, вдруг кинутся в разные стороны?
Между тем, именно так будут действовать, по прогнозам экспертов, подлодки в ближайшем будущем. К району, интересующему командование, будет послана большая подлодка-матка. Не приближаясь особо близко к кораблям противника, она выпустит с десяток автоматических субмарин поменьше. А те, словно матрешки, будут содержать в себе другие, еще меньшие субмарины-роботы, предназначенные для выполнения самых разных задач — от разведки до нанесения минно-торпедных ударов. И никакая СОПО пока не способна обнаружить подводные аппараты величиной с рыбу среднего размера, да еще закамуфлированную, скажем, под тунца. Так что остается пока гадать, какие средства противодействия будут придуманы против них.
Публикацию подготовил С. РЫБАКОВ
ГОРИЗОНТЫ НАУКИ И ТЕХНИКИ
Энергетика на уровне молекул
Для плеера или мобильного телефона нужны аккумуляторы. А какими должны быть источники питания для наноприборов, размеры которых в сотни и тысячи раз меньше? Одним из первых над подобным вопросом задумался Чжун Линь Ван — директор Центра исследования наноструктур Технологического института штата Джорджия.
Он отнюдь не новичок в наномире. В 1998 году он создал самые маленькие в мире нановесы, а в 2000 году — наноленты, о которых пойдет речь ниже.
«Сегодня мы начинаем создавать чрезвычайно малые устройства отбора энергии для мира наномасштабных систем, где размеры исчисляются миллиардными долями метра, — рассказал профессор Чжун Линь Ван. — Мы называем эти устройства наногенераторами и нанобатарейками. Поскольку наноустройства требуют очень мало энергии, то можно подумать и о таких наноисточниках, которые не потребуют периодической замены или подзарядки»…
Такие источники весьма пригодились бы, например, во вживляемых наносенсорах для непрерывного контроля уровня сахара в крови пациента-диабетика, в автономных датчиках, измеряющих механические напряжения в пролетах мостов и мачтах электропередачи или датчиках содержания токсичных веществ в воде и воздухе.
Подобные же источники энергии необходимы и для нанороботов, микроэлектромеханических систем (МЭМС) и во многих других случаях. И вот когда исследователи всерьез задумались над проблемой, выяснилось, что вокруг нас довольно много «бесплатных» источников энергии. Взять хотя бы нас с вами.
Исследователь Чжун Линь Ван.
Человеческое тело постоянно нагрето до температуры 36,6 градуса Цельсия, что обычно на десятки градусов превышает температуру окружающей среды. Стало быть, наручные часы, те же вживляемые датчики, кардиостимуляторы, в принципе, могут работать на разности температур; нужно лишь использовать соответствующие термопары.
Датчики напряжений мачт электропередачи могут использовать в качестве источника питания случайные вибрации самой конструкции. Датчики движения на дорогах — колебания почвы от проезжающих автомобилей. Метеодатчики — разность температур грунта на поверхности и в глубине (температура грунта на глубине нескольких метров почти постоянна). Есть также предложения использовать в качестве источников энергии городской шум или звуки волн прибоя.
