Wykorzystanie bojowe okrętów podwodnych i innych pojazdów podwodnych opiera się na ich jakości, takiej jak tajność działań dla atakowanego wroga. Środowisko wodne, na głębokości którego pracuje PA, ogranicza zasięg detekcji za pomocą lokalizacji radiowej i optycznej do wartości kilkudziesięciu metrów. Z kolei duża prędkość propagacji dźwięku w wodzie, sięgająca 1,5 km/s, pozwala na zastosowanie wyszukiwania kierunku hałasu oraz echolokacji. Woda przepuszcza również składnik magnetyczny promieniowania elektromagnetycznego rozchodzącego się z prędkością 300 000 km/s.
Dodatkowe czynniki demaskujące PA to:
- ślad śladu (smuga powietrzno-wodna) generowany przez śmigło (śmigło lub działko wodne) w przypowierzchniowej warstwie wody lub w głębokich warstwach w przypadku kawitacji na łopatach śmigła;
- ślad chemiczny ze spalin silnika cieplnego PA;
- ślad termiczny powstający w wyniku odprowadzania ciepła z elektrowni PA do środowiska wodnego;
- ślad radiacyjny pozostawiony przez PA w elektrowniach jądrowych;
- powstawanie fal powierzchniowych związane z ruchem mas wody podczas ruchu PA.
Lokalizacja optyczna
Pomimo ograniczonej odległości wykrywania, lokalizacja optyczna znalazła zastosowanie w wodach mórz tropikalnych o dużej przezroczystości wody w warunkach niskich fal i płytkich głębokości. Lokalizatory optyczne w postaci kamer o wysokiej rozdzielczości pracujących w zakresie podczerwieni i widzialnym są instalowane na pokładach samolotów, śmigłowców i UAV, wraz z reflektorami szperaczowymi dużej mocy i lokalizatorami laserowymi. Szerokość pokosu sięga 500 metrów, głębokość widoczności w sprzyjających warunkach to 100 metrów.
Radar służy do wykrywania podniesionych nad powierzchnię wody peryskopów, anten, wlotów powietrza i samych PA na powierzchni. Zasięg wykrywania za pomocą radaru zainstalowanego na pokładzie lotniskowca zależy od wysokości lotu lotniskowca i wynosi od kilkudziesięciu (urządzenia chowane PA) do kilkuset (samo PA) kilometrów. W przypadku zastosowania radioprzepuszczalnych materiałów konstrukcyjnych i powłok maskujących w wysuwanych urządzeniach PA, zasięg wykrywania zmniejsza się o ponad rząd wielkości.
Inną metodą radarowej metody wykrywania zanurzonych statków powietrznych jest utrwalenie na powierzchni morza fal nadążnych, generowanych w procesie hydrodynamicznego oddziaływania kadłuba PA i jednostki napędowej na słup wody. Proces ten można zaobserwować na dużym obszarze akwenu zarówno z samolotów, jak i satelitów radarowych, wyposażonych w specjalistyczne narzędzia sprzętowe i programowe do odróżnienia słabej rzeźby fali PA na tle interferencji z falami wiatru i formowania fal. ze statków nawodnych i wybrzeża. Jednak fale czuwania stają się rozpoznawalne tylko wtedy, gdy PA porusza się na płytkiej głębokości przy spokojnej pogodzie.
Dodatkowe czynniki demaskujące w postaci śladów kilwateru, śladów termicznych, chemicznych i radiacyjnych są wykorzystywane głównie do ścigania PA w celu ukrycia kontroli jego ruchu (bez osiągania linii kontaktu hydroakustycznego) lub do wywołania ataku torpedowego z kątów rufy zaatakowany PA. Stosunkowo mała szerokość toru w połączeniu z kierunkowym manewrowaniem PA zmusza ścigającego do poruszania się po zygzakowatej trajektorii z prędkością dwukrotnie większą niż PA, co zwiększa zasięg wykrywania samego ścigającego ze względu na wyższy poziom generowanego hałasu i wyjdź z zacienionego obszaru PA. W związku z tym ruch po torze jest tymczasowy w celu osiągnięcia odległości kontaktu hydroakustycznego z nagłośnieniem, co m.in. umożliwia zakwalifikowanie celu według kryterium przyjaciela/wroga oraz typu pojazdu podwodnego.
Metoda magnetometryczna
Skuteczną metodą wykrywania PA jest magnetometr, który działa niezależnie od stanu powierzchni morza (fale, lód), głębokości i hydrologii akwenu, topografii dna i intensywności żeglugi. Zastosowanie diamagnetycznych materiałów konstrukcyjnych w konstrukcji PA pozwala jedynie zmniejszyć odległość wykrywania, ponieważ skład elektrowni, jednostki napędowej i sprzętu PA z konieczności zawiera części stalowe i produkty elektryczne. Ponadto śmigło, wirnik strugowodny i korpus PA (niezależnie od materiału konstrukcyjnego) w ruchu gromadzą na sobie statyczne ładunki elektryczne, które generują wtórne pole magnetyczne.
Zaawansowane magnetometry są wyposażone w nadprzewodnikowe czujniki SQUID, kriogeniczne Dewary do przechowywania ciekłego azotu (podobne do Javelin ATGM) oraz kompaktowe lodówki do przechowywania azotu w stanie ciekłym.
Istniejące magnetometry mają zasięg wykrywania atomowej łodzi podwodnej ze stalowym kadłubem na poziomie 1 km. Zaawansowane magnetometry wykrywają atomowe okręty podwodne ze stalowym kadłubem w odległości 5 km. Atomowy okręt podwodny z tytanowym kadłubem - w zasięgu 2,5 km. Oprócz materiału kadłuba, siła pola magnetycznego jest wprost proporcjonalna do przemieszczenia PA, dlatego niewielki pojazd podwodny typu Poseidon z tytanowym kadłubem ma 700 razy mniejsze pole magnetyczne niż okręt podwodny Yasen ze stalowym kadłubem, i odpowiednio mniejszy zasięg wykrywania.
Głównymi nośnikami magnetometrów są samoloty przeciw okrętom podwodnym lotnictwa bazowego, dla zwiększenia czułości czujniki magnetometryczne umieszcza się w części ogonowej kadłuba. Aby zwiększyć głębokość wykrywania PA i rozszerzyć obszar poszukiwań, samoloty przeciw okrętom podwodnym latają na wysokości 100 metrów lub mniejszej od powierzchni morza. Nośniki powierzchniowe wykorzystują holowaną wersję magnetometrów, nośniki podwodne wykorzystują wersję pokładową z kompensacją własnego pola magnetycznego nośnika.
Oprócz ograniczenia zasięgu metoda detekcji magnetometrycznej ma również ograniczenie co do wielkości prędkości ruchu PA – ze względu na brak gradientu własnego pola magnetycznego, nieruchome obiekty podwodne są rozpoznawane jedynie jako anomalie Pole magnetyczne Ziemi i wymagają późniejszej klasyfikacji za pomocą hydroakustyki. W przypadku zastosowania magnetometrów w systemach naprowadzania torpedowego/antytorpedowego nie ma ograniczenia prędkości ze względu na odwrotną kolejność wykrywania i klasyfikacji celów podczas ataku torpedowego/antytorpedowego.
Metoda hydroakustyczna
Najpopularniejszą metodą wykrywania PA jest hydroakustyczna, która obejmuje pasywne lokalizowanie kierunkowe szumu własnego PA oraz aktywną echolokację środowiska wodnego za pomocą kierunkowego promieniowania fal dźwiękowych i odbioru sygnałów odbitych. Hydroakustyka wykorzystuje całą gamę fal dźwiękowych – drgania infradźwiękowe o częstotliwości od 1 do 20 Hz, drgania słyszalne o częstotliwości od 20 Hz do 20 KHz oraz drgania ultradźwiękowe od 20 KHz do kilkuset KHz.
Transceivery hydroakustyczne obejmują anteny konforemne, sferyczne, cylindryczne, planarne i liniowe złożone z różnych hydrofonów w trójwymiarowe zespoły, aktywne układy fazowane i pola antenowe połączone ze specjalistycznym sprzętem i oprogramowaniem, które zapewniają nasłuch w polu szumu, generowanie impulsów echolokacyjnych i odbiór odbity sygnały. Anteny oraz urządzenia sprzętowe i programowe są połączone w stacje hydroakustyczne (GAS).
Moduły odbiorcze i nadawcze anten hydroakustycznych wykonane są z następujących materiałów:
- polikrystaliczne piezoceramiki, głównie cyrkonian-tytanian ołowiu, modyfikowane dodatkami strontu i baru;
- film piezoelektryczny z fluoropolimeru modyfikowanego tiaminą, który przenosi strukturę polimeru do fazy beta;
- światłowodowy interferometr pompowany laserem.
Piezoceramika zapewnia najwyższą właściwą moc generowania drgań dźwiękowych, dlatego jest stosowana w sonarach z anteną sferyczną/cylindrową o zwiększonym zasięgu w trybie aktywnego promieniowania, montowanych na dziobie nośników morskich (w największej odległości od urządzenia napędowego generującego hałasy) lub zamontowany w kapsule, opuszczony na głębokość i holowany za nośnikiem.
Folia piezofluoropolimerowa o niskiej właściwej mocy generowania drgań dźwiękowych stosowana jest do produkcji anten konforemnych umieszczonych bezpośrednio na powierzchni kadłuba pojazdów nawodnych i podwodnych o pojedynczej krzywiźnie (w celu zapewnienia izotropii właściwości hydroakustycznych), pracujących do odbioru wszystkich typów sygnałów lub do przesyłania sygnałów o małej mocy.
Interferometr światłowodowy działa tylko do odbioru sygnałów i składa się z dwóch włókien, z których jedno ulega kompresji-rozprężaniu pod wpływem fal dźwiękowych, a drugie służy jako ośrodek odniesienia do pomiaru interferencji promieniowania laserowego w obu włóknach. Ze względu na małą średnicę światłowodu jego oscylacje ściskająco-dyfrakcyjne nie zniekształcają dyfrakcyjnego frontu fal dźwiękowych (w przeciwieństwie do hydrofonów piezoelektrycznych o dużych wymiarach liniowych) i pozwalają na dokładniejsze określenie położenia obiektów w środowisku wodnym. Moduły światłowodowe służą do tworzenia elastycznych anten holowanych oraz dolnych anten liniowych o długości do 1 km.
Piezoceramikę stosuje się również w czujnikach hydrofonowych, których zespoły przestrzenne są częścią pływających boi zrzucanych do morza z samolotów do zwalczania okrętów podwodnych, po czym hydrofony są opuszczane na kablu na określoną głębokość i przechodzą w tryb wyszukiwania kierunku szumu z przekazywanie zebranych informacji drogą radiową do samolotu. Aby zwiększyć obszar monitorowanego obszaru wodnego, wraz z pływającymi bojami zrzucana jest seria głęboko osadzonych granatów, których wybuchy hydroakustycznie oświetlają podwodne obiekty. W przypadku wykorzystania śmigłowców przeciw okrętom podwodnym lub kwadrokopterów do poszukiwania obiektów podwodnych stosuje się pokładową antenę nadawczo-odbiorczą GAS, będącą matrycą z elementów piezoceramicznych, opuszczaną na kablu kablowym.
Anteny konformalne wykonane z folii piezofluoropolimerowej montowane są w postaci kilku sekcji rozmieszczonych wzdłuż boku samolotu w celu określenia nie tylko azymutu, ale także odległości (metodą trygonometrii) do podwodnego źródła hałasu lub odbitych sygnałów lokalizacyjnych.
Elastyczne holowane i dolne liniowe anteny światłowodowe, pomimo względnej taniości, mają ujemną właściwość wydajności - ze względu na dużą długość „struny” anteny, pod wpływem napływającego strumienia wody doświadczają drgań zginających i skrętnych, a tym samym dokładność wyznaczania kierunku do obiektu jest wielokrotnie gorsza w porównaniu z antenami piezoceramicznymi i piezofluoropolimerowymi ze sztywną wstęgą. Pod tym względem najdokładniejsze anteny hydroakustyczne są wykonane w postaci zestawu szpul nawiniętych ze światłowodu i zamontowanych na przestrzennych kratownicach wewnątrz akustycznie przezroczystych cylindrycznych powłok wypełnionych wodą, które chronią anteny przed zewnętrznymi wpływami przepływów wody. Pociski są sztywno przymocowane do fundamentów znajdujących się na dole i połączone kablami energetycznymi i liniami komunikacyjnymi z przybrzeżnymi ośrodkami obrony przeciw okrętom podwodnym. Jeżeli wewnątrz płaszcza umieszczone zostaną również radioizotopowe generatory termoelektryczne, to powstałe urządzenia (autonomiczne pod względem zasilania) stają się kategorią dolnych stacji hydroakustycznych.
Nowoczesny GAS do przeglądania środowiska podwodnego, wyszukiwania i klasyfikowania obiektów podwodnych działa w dolnej części zakresu audio - od 1 Hz do 5 KHz. Montowane są na różnych nośnikach morskich i lotniczych, są częścią pływających boi i stacji dolnych, różnią się różnorodnymi kształtami i materiałami piezoelektrycznymi, miejscem ich instalacji, mocą oraz trybem odbioru/emisji. GAS poszukiwania min, przeciwdziałanie podwodnym dywersantom-nurkom i zapewnianie dźwiękowej komunikacji podwodnej działają w zakresie ultradźwiękowym na częstotliwościach powyżej 20 KHz, w tym w tzw. trybie obrazowania dźwiękowego ze szczegółami obiektów w skali kilku centymetrów. Typowym przykładem takich urządzeń jest GAS „Amfora”, której sferyczna polimerowa antena jest zainstalowana na przednim górnym końcu ogrodzenia nadbudówki łodzi podwodnej
Jeśli na pokładzie znajduje się kilka GAS lub jako część systemu stacjonarnego, są one łączone w jeden kompleks hydroakustyczny (GAC) za pomocą wspólnego przetwarzania obliczeniowego aktywnych danych lokalizacyjnych i pasywnego określania kierunku hałasu. Algorytmy przetwarzania zapewniają programowe odstrajanie od szumu generowanego przez sam nośnik SAC oraz szumu zewnętrznego generowanego przez ruch morski, fale wiatru, wielokrotne odbicie dźwięku od powierzchni wody i dna w płytkiej wodzie (hałas pogłosu).
Algorytmy przetwarzania obliczeniowego
Algorytmy przetwarzania obliczeniowego sygnałów dźwiękowych odbieranych z PA opierają się na zasadzie odseparowania cyklicznie powtarzających się odgłosów wirowania łopat śmigła, pracy szczotek odbieraków prądu silnika elektrycznego, szumu rezonansowego przekładni śrubowych, wibracje z pracy turbin parowych, pomp i innych urządzeń mechanicznych. Ponadto wykorzystanie bazy danych widm szumów typowych dla danego typu obiektów pozwala na zakwalifikowanie celów według charakterystyki przyjaznej/obcej, podwodnej/nawodnej, wojskowej/cywilnej, uderzeniowej/wielozadaniowej łodzi podwodnej, powietrznej/holowanej/opuszczonej GAZ itp. W przypadku wstępnej kompilacji spektralnych „portretów” dźwiękowych poszczególnych PA, możliwe jest ich zidentyfikowanie po indywidualnych cechach mechanizmów pokładowych.
Odkrywanie cyklicznie powtarzających się szumów i konstruowanie ścieżek dla ruchu PA wymaga gromadzenia informacji hydroakustycznych przez kilkadziesiąt minut, co znacznie spowalnia wykrywanie i klasyfikację obiektów podwodnych. O wiele bardziej jednoznacznymi cechami wyróżniającymi PA są odgłosy poboru wody do zbiorników balastowych i ich przedmuchiwania sprężonym powietrzem, wyjścia torped z wyrzutni torped i wystrzeliwania rakiet podwodnych, a także praca sonaru przeciwnika w trybie aktywnym, wykrywana przez odbieranie bezpośredniego sygnału na odległość, która jest wielokrotnością odległości odbioru odbitego sygnału.
Oprócz mocy promieniowania radarowego, czułości anten odbiorczych i stopnia doskonałości algorytmów przetwarzania otrzymanych informacji, na charakterystykę GAS istotny wpływ ma podwodna sytuacja hydrologiczna, głębokość akwenu, chropowatość powierzchni morza, pokrywa lodowa, topografia dna, obecność zakłóceń spowodowanych ruchem morskim, zawiesina piasku, pływająca biomasa i inne czynniki.
Sytuację hydrologiczną determinuje zróżnicowanie temperatury i zasolenia poziomych warstw wody, które w efekcie mają różne gęstości. Na granicy między warstwami wody (tzw. termoklina) fale dźwiękowe ulegają całkowitemu lub częściowemu odbiciu, osłaniając PA z góry lub z dołu znajdującego się powyżej GAZ wyszukiwania. Warstwy w słupie wody tworzą się w zakresie głębokości od 100 do 600 metrów i zmieniają swoje położenie w zależności od pory roku. Dolna warstwa wody stagnująca w zagłębieniach dna morskiego tworzy tzw. dno płynne, nieprzepuszczalne dla fal dźwiękowych (z wyjątkiem infradźwięków). Wręcz przeciwnie, w warstwie wody o tej samej gęstości powstaje kanał akustyczny, przez który na odległość kilku tysięcy kilometrów rozchodzą się drgania dźwiękowe w zakresie średnich częstotliwości.
Określone cechy propagacji fal dźwiękowych pod wodą determinowały wybór infradźwięków i sąsiednich niskich częstotliwości do 1 KHz jako głównego zasięgu działania GAZ okrętów nawodnych, podwodnych i stacji dolnych.
Z drugiej strony, tajemnica PA zależy od rozwiązań konstrukcyjnych ich mechanizmów pokładowych, silników, śmigieł, układu i powłoki kadłuba, a także od szybkości ruchu podwodnego.
Najbardziej optymalny silnik
Spadek poziomu hałasu własnego PA zależy przede wszystkim od mocy, liczby i typu śmigieł. Moc jest proporcjonalna do przemieszczenia i prędkości PA. Współczesne okręty podwodne wyposażone są w pojedynczą armatkę wodną, której promieniowanie akustyczne jest osłonięte od kątów dziobowych kadłubem okrętu podwodnego, od bocznych kątów kursowych przez obudowę armatki wodnej. Pole słyszalności jest ograniczone przez wąskie kąty kursu na rufie. Drugim najważniejszym rozwiązaniem układu mającym na celu zmniejszenie hałasu własnego PA jest zastosowanie kadłuba w kształcie cygara o optymalnym stopniu wydłużenia (8 jednostek dla prędkości ~ 30 węzłów) bez nadbudówek i występów powierzchniowych (z wyjątkiem nadbudówka), z minimalną turbulencją.
Najbardziej optymalnym silnikiem z punktu widzenia minimalizacji hałasu niejądrowej łodzi podwodnej jest silnik elektryczny prądu stałego z bezpośrednim napędem śmigła / armatki wodnej, ponieważ silnik elektryczny prądu przemiennego generuje hałas z częstotliwością wahań prądu w obwód (50 Hz dla okrętów podwodnych domowych i 60 Hz dla okrętów podwodnych amerykańskich). Ciężar właściwy wolnoobrotowego silnika elektrycznego jest zbyt duży dla napędu bezpośredniego przy maksymalnej prędkości jazdy, dlatego w tym trybie moment obrotowy musi być przenoszony przez wielostopniową skrzynię biegów, która generuje charakterystyczny cykliczny hałas. W związku z tym, cichy tryb pełnego napędu elektrycznego realizowany jest przy wyłączonej skrzyni biegów z ograniczeniem mocy silnika elektrycznego i prędkości PA (na poziomie 5-10 węzłów).
Jądrowe okręty podwodne mają swoje osobliwości w realizacji pełnego trybu napędu elektrycznego - oprócz hałasu skrzyni biegów przy niskiej prędkości konieczne jest również wykluczenie hałasu z pompy obiegowej chłodziwa reaktora, pompy do pompowania turbiny płyn roboczy i pompa zasilająca wodę morską do chłodzenia płynu roboczego. Pierwszy problem rozwiązywany jest poprzez przeniesienie reaktora do naturalnego obiegu chłodziwa lub zastosowanie chłodziwa typu ciecz-metal z pompą MHD, drugi przez zastosowanie płynu roboczego w stanie agregatu nadkrytycznego i turbiny jednowirnikowej/obieg zamknięty sprężarkę, a trzecią, wykorzystując ciśnienie dopływającej wody.
Hałas generowany przez mechanizmy pokładowe jest minimalizowany przez zastosowanie aktywnych amortyzatorów działających w przeciwfazie z drganiami mechanizmów. Jednak początkowy sukces osiągnięty w tym kierunku pod koniec ubiegłego wieku miał poważne ograniczenia w jego rozwoju z dwóch powodów:
- obecność dużych objętości powietrza rezonatora wewnątrz kadłubów okrętów podwodnych, aby zapewnić życie załodze;
- umieszczenie mechanizmów pokładowych w kilku wyspecjalizowanych przedziałach (mieszkalny, dowodzenia, reaktor, siłownia), co nie pozwala na agregowanie mechanizmów na jednej ramie w kontakcie z kadłubem okrętu podwodnego w ograniczonej liczbie punktów poprzez łączne kontrolowane aktywne amortyzatory w celu wyeliminowania szumów w trybie wspólnym.
Problem ten można rozwiązać tylko poprzez przejście na małe bezzałogowe pojazdy podwodne bez wewnętrznych objętości powietrza z agregacją zasilania i wyposażenia pomocniczego na jednej ramie.
Oprócz zmniejszenia intensywności generowania pola szumowego, rozwiązania projektowe powinny zmniejszyć prawdopodobieństwo wykrycia PA przy użyciu promieniowania echolokacyjnego GAS.
Przeciwdziałanie środkom hydroakustycznym
Historycznie pierwszym sposobem przeciwdziałania aktywnym metodom wyszukiwania sonaru było nałożenie grubowarstwowej gumowej powłoki na powierzchnię kadłubów okrętów podwodnych, po raz pierwszy zastosowanej w „botach elektrycznych” Kriegsmarine pod koniec II wojny światowej. Elastyczna powłoka w dużej mierze pochłaniała energię fal dźwiękowych sygnału lokalizacyjnego, dlatego moc odbitego sygnału była niewystarczająca do wykrycia i sklasyfikowania okrętu podwodnego. Po przyjęciu atomowych okrętów podwodnych o głębokości zanurzenia kilkuset metrów ujawniono fakt ściskania powłoki gumowej przez ciśnienie wody z utratą właściwości pochłaniania energii fal dźwiękowych. Wprowadzenie do powłoki gumowej różnych wypełniaczy rozpraszających dźwięk (podobnych do powłoki ferromagnetycznej samolotu, która rozprasza emisję radiową) częściowo wyeliminowało tę wadę. Rozszerzenie zakresu częstotliwości pracy GAS na obszar infradźwięków nakreśliło jednak granicę możliwości zastosowania powłoki absorbującej/rozpraszającej jako takiej.
Drugim sposobem przeciwdziałania aktywnej hydroakustycznej wyszukiwarce jest cienkowarstwowa aktywna powłoka kadłuba, która generuje oscylacje w antyfazie z sygnałem echolokacyjnym GAS w szerokim zakresie częstotliwości. Jednocześnie taka powłoka rozwiązuje bez dodatkowych kosztów drugi problem - redukcję do zera szczątkowego pola akustycznego szumu własnego PA. Jako cienkowarstwowy materiał powlekający stosuje się piezoelektryczną folię fluoropolimerową, której zastosowanie zostało opracowane jako podstawa anten HAS. W chwili obecnej czynnikiem ograniczającym jest cena pokrycia kadłuba atomowych okrętów podwodnych o dużej powierzchni, dlatego podstawowym przedmiotem jej zastosowania są bezzałogowe pojazdy podwodne.
Ostatnim ze znanych sposobów przeciwdziałania aktywnym środkom poszukiwań hydroakustycznych jest zmniejszanie wielkości PA w celu zmniejszenia tzw. siła celu - efektywna powierzchnia rozpraszania sygnału echolokacyjnego GAS. Możliwość zastosowania bardziej kompaktowych PA wynika z rewizji nomenklatury uzbrojenia i zmniejszenia liczby załóg aż do całkowitej niezdatności pojazdów do zamieszkania. W tym ostatnim przypadku i jako punkt odniesienia można wykorzystać 13-osobową załogę nowoczesnego kontenerowca Emma Mærsk o wyporności 170 tys. ton.
W rezultacie siła celu może zostać zmniejszona o jeden lub dwa rzędy wielkości. Dobrym przykładem jest kierunek doskonalenia floty podwodnej:
- realizacja projektów NPA „Status-6” („Poseidon”) i XLUUVS (Orca);
- opracowanie projektów atomowych okrętów podwodnych „Łajka” i SSN-X z pociskami manewrującymi średniego zasięgu na pokładzie;
- opracowanie projektów wstępnych bionicznego UVA wyposażonego w konformalne systemy napędu strumieniowo-wodnego ze sterowaniem wektorem ciągu.
Taktyka obrony przeciw okrętom podwodnym
Na poziom tajności pojazdów podwodnych duży wpływ ma taktyka użycia środków obrony przeciw okrętom podwodnym i kontrtaktyka użycia PA.
W skład aktywów ASW wchodzą przede wszystkim stacjonarne systemy dozoru podwodnego, takie jak amerykański SOSUS, który obejmuje następujące linie obrony:
- Przylądek Północny Przylądek Półwyspu Skandynawskiego - Wyspa Niedźwiedzia na Morzu Barentsa;
- Grenlandia - Islandia - Wyspy Owcze - Wyspy Brytyjskie na Morzu Północnym;
- wybrzeże Atlantyku i Pacyfiku Ameryki Północnej;
- Wyspy Hawajskie i Guam na Oceanie Spokojnym.
Zasięg wykrywania atomowych okrętów podwodnych czwartej generacji na obszarach głębinowych poza strefą konwergencji wynosi około 500 km, na wodach płytkich - około 100 km.
Podczas poruszania się pod wodą PA jest zmuszony od czasu do czasu dopasowywać swoją rzeczywistą głębokość pływania w stosunku do podanej ze względu na pchający charakter działania napędowego na karoserię pojazdu podwodnego. Powstałe pionowe drgania obudowy generują tzw. powierzchniowa fala grawitacyjna (SGW), której długość sięga kilkudziesięciu kilometrów z częstotliwością kilku herców. PGW z kolei moduluje hałas hydroakustyczny o niskiej częstotliwości (tzw. iluminację) generowany w obszarach o intensywnym ruchu morskim lub przejściu frontu sztormu, położonych tysiące kilometrów od lokalizacji PA. W tym przypadku maksymalny zasięg wykrywania nuklearnego okrętu podwodnego poruszającego się z prędkością przelotową za pomocą FOSS wzrasta do 1000 km.
Dokładność wyznaczania współrzędnych celów za pomocą FOSS na maksymalnym zasięgu to elipsa o wymiarach 90 na 200 km, co wymaga dodatkowego rozpoznania odległych celów przez samoloty przeciw okrętom podwodnym podstawowego lotnictwa wyposażone w magnetometry pokładowe, zrzucane przez boje hydroakustyczne i torpedy lotnicze. Dokładność określania współrzędnych celów w promieniu 100 km od linii przeciw okrętom podwodnym SOPO jest wystarczająca do użycia torped rakietowych o odpowiednim zasięgu przybrzeżnym i okrętowym.
Naziemne statki przeciw okrętom podwodnym wyposażone w podstępne, opuszczone i holowane anteny GAS mają zasięg wykrywania atomowych okrętów podwodnych czwartej generacji poruszających się z prędkością 5-10 węzłów, nie więcej niż 25 km. Obecność na pokładach statków śmigłowców pokładowych z opuszczonymi antenami GAS zwiększa zasięg wykrywania do 50 km. Możliwości wykorzystania GAZ ze statków są jednak ograniczone przez prędkość statków, która nie powinna przekraczać 10 węzłów ze względu na występowanie anizotropowego przepływu wokół anten kilowych oraz zerwanie kabli anten opuszczonych i holowanych. To samo dotyczy przypadku chropowatości powyżej 6 punktów, co również powoduje konieczność rezygnacji ze stosowania śmigłowców pokładowych z opuszczoną anteną.
Skutecznym schematem taktycznym zapewnienia obrony przeciw okrętom podwodnym okrętów nawodnych pływających z ekonomiczną prędkością 18 węzłów lub w warunkach 6-punktowej chropowatości morza jest utworzenie grupy statków z włączeniem specjalistycznego statku do oświetlania sytuacji podwodnej, wyposażony w potężny podkil GAS i aktywne stabilizatory przechyłu. W przeciwnym razie okręty nawodne muszą wycofać się pod ochronę przybrzeżnych FOSS i bazowych samolotów do zwalczania okrętów podwodnych, niezależnie od warunków pogodowych.
Mniej skutecznym schematem taktycznym zapewniającym obronę przeciw okrętom podwodnym okrętów nawodnych jest włączenie okrętu podwodnego do grupy statku, którego działanie GAZ na pokładzie nie zależy od podniecenia powierzchni morza i jego własnej prędkości (w granicach 20 węzłów). W takim przypadku GAS okrętu podwodnego musi działać w trybie wyszukiwania kierunku szumu ze względu na wielokrotne przekroczenie odległości detekcji sygnału echolokacyjnego nad odległością odbioru sygnału odbitego. Według prasy zagranicznej zasięg wykrywania atomowego okrętu podwodnego czwartej generacji w tych warunkach wynosi około 25 km, zasięg wykrywania niejądrowego okrętu podwodnego wynosi 5 km.
Kontrataktyka użycia szturmowych okrętów podwodnych obejmuje następujące metody zwiększania ich ukrycia:
- przerwę w odległości między sobą a celem o wielkość przekraczającą zasięg działania GAS SOPO, okrętów nawodnych i podwodnych uczestniczących w obronie przeciw okrętom podwodnym, poprzez użycie odpowiedniej broni na celu;
- pokonanie granic SOPO za pomocą przejścia pod kilem statków nawodnych i statków w celu późniejszej swobodnej eksploatacji na obszarze wodnym, nieoświetlonym środkami hydroakustycznymi wroga;
- wykorzystanie cech hydrologii, topografii dna, hałasu nawigacyjnego, cieni hydroakustycznych zatopionych obiektów oraz kładzenia łodzi podwodnej na płynnej glebie.
Pierwsza metoda zakłada obecność zewnętrznego (w ogólnym przypadku satelitarnego) oznaczenia celu lub atak na cel nieruchomy o znanych współrzędnych, druga metoda jest dopuszczalna tylko przed rozpoczęciem konfliktu zbrojnego, trzecia metoda realizowana jest w ramach głębokość pracy łodzi podwodnej i jej wyposażenia z górnym systemem poboru wody do chłodzenia elektrowni lub odprowadzania ciepła bezpośrednio do obudowy PA.
Ocena poziomu tajemnicy hydroakustycznej
Podsumowując, możemy ocenić poziom tajności hydroakustycznej strategicznego okrętu podwodnego Posejdon w odniesieniu do tajności uderzeniowego atomowego okrętu podwodnego Yasen:
- powierzchnia NPA jest 40 razy mniejsza;
- moc elektrowni NPA jest 5 razy mniejsza;
- głębokość robocza zanurzenia NPA jest 3 razy większa.
- powłoka fluoroplastyczna korpusu z powłoką gumową;
- agregacja mechanizmów UUV na jednej ramie przeciwko rozdzieleniu jądrowych mechanizmów okrętów podwodnych w oddzielnych przedziałach;
- pełny ruch elektryczny łodzi podwodnej z małą prędkością z wyłączeniem wszystkich typów pomp przed pełnym ruchem elektrycznym atomowej łodzi podwodnej z małą prędkością bez wyłączania pomp do pompowania kondensatu i pobierania wody do chłodzenia płynu roboczego.
W rezultacie zasięg wykrywania RV Posejdona poruszającego się z prędkością 10 węzłów, wykorzystującego nowoczesny GAS zainstalowany na dowolnym nośniku i pracujący w całym zakresie fal dźwiękowych w trybach wyszukiwania kierunku szumu i echolokacji, będzie mniejszy niż 1 km, co wyraźnie nie wystarcza nie tylko do zapobiegania atakom na nieruchomy cel nadbrzeżny (uwzględniając promień fali uderzeniowej z wybuchu specjalnej głowicy), ale także do ochrony grupy uderzeniowej lotniskowca podczas jej zbliżania się akwen, którego głębokość przekracza 1 km.
