Гидроакустические комплексы и станции:
место и роль на кораблях и судах
Ю.А.Корякин
Генеральный директор
ФГУП "ЦНИИ "Морфизприбор"
Гидроакустические комплексы (ГАК) и станции (ГАС) по праву относятся к категории важнейших корабельных систем. Их значение для корабля проявляется в нескольких аспектах. Прежде всего это чисто тактический аспект. Например, многофункциональный ГАК, установленный на подводной лодке (ПЛ), решает широкий круг задач, включая обнаружение подводных и надводных целей, их классификацию, определение координат и параметров движения с выдачей данных целеуказания торпедному и ракетному оружию, гидроакустическую разведку. С помощью гидро-акустических средств решается также актуальная задача обеспечения самообороны корабля, в том числе его противоторпедной защиты. Гидроакустические средства освещения ближней обстановки, решая задачи обнаружения мин, навигационных препятствий и обеспечивая уклонение от них, способствуют сохранению боевой устойчивости корабля. Этой же цели служат мобильные средства гидроакустического противодействия (в торпедном конструктиве). Входящие в состав навигационных комплексов ПЛ абсолютные доплеровские гидроакустические лаги и системы с донными гидроакустическими маяками-ответчиками обеспечивают навигацию подводных лодок в открытом океане и использование ракетного оружия. Высокочастотные поисково-обследовательские гидролокаторы бокового и кругового обзора создали для атомных ПЛ возможность безопасного плавания в оперативно важном Арк-тическом регионе, в том числе возможность всплытия во льдах.
Современный ГАК ПЛ, имеющий развитые антенные устройства и многоканальную аппаратуру обработки сигналов, оказывает заметное влияние на компоновку, конструкцию и основные размерения ПЛ. Это потребовало реализации оптимального системотехнического проектирования по критерию "Корабль-ГАК". Результаты анализа и проработок, проведенных как в нашей стране, так и за рубежом, убедительно доказали необходимость предоставления ГАК "режима наибольшего благоприятствования". ВМС США реализовали такой подход еще в конце 50-х годов при размещении своего первого ГАК AN/BQQ-2 на ПЛ типа "Пермит", где гидроакустическое вооружение стало по словам американских специалистов "фактором первой величины". Следствием этого стал, в частности, тот факт, что торпедные аппараты, традиционно претендующие на размещение в носовой оконечности ПЛ, уступили свое место основной антенне ГАК.
Это обусловлено тем, что к ГАК непрерывно повышаются требования по обнаружению малошумных целей на больших дистанциях. Наряду с совершенствованием параметров ГАК (увеличение апертуры антенны, улучшением методов обработки и др.) необходимо обеспечить снижение уровня помехи работе ГАК со стороны корабля. Решение этой проблемы даже для носовой антенны ГАК требует от проектантов ПЛ выполнения большого комплекса сложных мероприятий. Между тем современной тенденцией развития гидроакустического вооружения ПЛ за рубежом является широкое использование протяженных бортовых антенн, а также широко-апертурных (распределенных по длине корпуса ПЛ) антенн для систем пассивного определения дальности до цели, что ставит перед проектантами ПЛ новые проблемные задачи.
В проблеме "Корабль-ГАК" существует и экономическая сторона. Современный ГАК относится к числу наиболее сложных радиоэлектронных комплексов корабля. Так, цифровая аппаратно-программная система обработки сигналов в ГАК по ряду своих параметров (число каналов, пропускная способность, объем программного обеспечения и др.) вышла на рекордные показатели, намного опередив другие радиоэлектронные комплексы корабля. Реализация такой системы на современных средствах ЦВТ связана с большими финансовыми затратами.
Сложность и, как следствие, высокая стоимость характерны также для акустических антенн, насыщенных большим количеством дорогостоящей пьезокерамики. Весьма дорогостоящими операциями являются разработка, моделирование и отладка программного обеспечения ЦВК ГАК, объем которого может составлять несколько миллионов строк. По данным американской печати стоимость разработки и изготовления опытного образца предназначенной для установки на новейшую ПЛ типа SSN-21 боевой системы AN/BSY-2, ядром которой является ГАК, соизмерима с начальной стоимостью постройки ПЛ. Как указывают зарубежные специалисты, при проектировании корабля необходимо обеспечить реализацию максимально высоких характеристик ГАК, ибо только в этом случае капиталовложения в корабль будут оп-равданы.
ЦНИИ "Морфизприбор", имеющий сегодня статус Федерального государственного унитарного предприятия, в июне 1999 года отметил свое пятидесятилетие. Все эти годы институт являлся общепризнанным ведущим научно-техническим центром страны в области гидроакустического приборостроения. Исследования и разработки выполнялись практически по всем направлениям прикладной гидроакустики. В рамках оборонной тематики институтом создано 105 принятых на вооружение ВМФ систем, предназначенных для оснащения подводных лодок, надводных кораблей, глубоководных аппаратов, а также стационарных (береговых систем). В совокупности это составляет более 75% от общего числа систем, разработанных всеми предприятиями гидроакустического профиля в СССР. Cреди них такие уникальные разработки, как:
первый отечественный ГАК "Рубин" с крупногабаритной носовой антенной для атомных ПЛ;
малогабаритный ГАК "Рубикон", устанавливаемый на дизель-электрических ПЛ, в том числе поставляемых на экспорт;
первый отечественный цифровой ГАК "Скат-3" для ПЛ третьего поколения;
многофункциональный ГАК "Полином" для крупных надводных кораблей;
семейство абсолютный гидроакустических доплеровских лагов ("Земля", "Мечта", "Самшит" и "Кемь") для ПЛ и подводных аппаратов;
мощный стационарный ГАК "Днестр", обеспечивающий обнаружение морских целей на дальних подступах к Тихоокеанскому побережью страны;
семейство гидролокаторов бокового и кругового обзора ("Торос", "Круг", "Крильон", "Лотос", "Латимерия" и др.), устанавливаемых на ПЛ, обитаемых подводных аппаратах, буксируемых носителях, спасательных судах.
Наряду с оборонными разработками институт интенсивно работал над созда-нием гидроакустических систем для народного хозяйства, в частности в обеспечение освоения морского дна. Среди них системы прецизионного позиционирования (удержания в заданной точке) плавучих морских объектов в процессе глубоководного бурения, добычи нефти, газа и железомарганцевых конкреций (ЖМК), системы контроля отработанной полосы на дне при добыче ЖМК; устройства, обеспечивающие навигационную безопасность швартовки крупнотоннажных сухогрузных судов и танкеров; cистемы для исследования гидрофизических полей океана, прежде всего поля скорости звука в воде и т.п.
Все разработки института опираются на солидный научно-технический фундамент, включающий такие блоки, как физическое и математическое моделирование, эксперимент, специальные гидроакустические технологии и НОУ ХАУ. Этому безусловно способствует имеющаяся в институте уникальная инфраструктура, включающая, в частности:
не имеющий аналогов в Европе опытовый акустический бассейн с размерами ванны 50х14х10 м.;
испытательный полигон на Ладожском озере со специальными плавсредствами;
технологические средства поддержки разработки и отладки программного обеспечения ЦВК ГАС И ГАК.
В расширительном смысле к важнейшим элементам инфраструктуры институ-та может быть отнесена и базирующаяся на Северном флоте ПЛ-лаборатория "Аксон", спроектированная ЦКБ МТ "Рубин" под задачи комплексной морской отработки новых ГАК ПЛ.
Институт, единственный в России, обладает всей совокупностью специфических гидроакустических технологий, включая:
разработку различных электроакустических антенных преобразователей и гидроакустических антенн в целом;
разработку многоканальных помехоустойчивых систем предварительной обработки гидроакустических сигналов с учетом требований по электромагнитной совместимости с другими корабельными системами;
отладку математического обеспечения многопроцессорных и многомашинных вычислительных комплексов, работающих в реальном масштабе времени и реализуемых на современных унифицированных средствах ЦВТ.
В последние десять лет институт получил известность и приобрел авторитет у зарубежных заказчиков как фирма, обладающая уникальными технологиями и специалистами в области гидроакустики. Как следствие, обозначилась тенденция к увеличению доли экспортных заказов в общем объеме выполняемых работ. Институт расширяет также конверсионную тематику.
Сегодня в институте продолжают работать большое число высококвалифицированных специалистов, включая 12 докторов наук и 80 кандидатов наук. Идет процесс омоложения института за счет приема на работу молодых специалистов - выпускников вузов и студентов старших курсов.
С учетом сохраненных ключевых гидроакустических технологий это дает основание институту с оптимизмом смотреть в будущее.
В науке и технике бывают случаи, когда появление новых приборов, предназначенных для измерения и наблюдения известных физических величин, приводит к открытию качественно новых явлений природы и, как следствие, к существенному прогрессу в создании технических средств.
В 70-е годы в России была создана уникальная высокоэффективная низкочастотная гидроакустическая приемная стационарная антенная система, несколько экземпляров которой находятся в эксплуатации в Тихом океане вблизи берегов России.
Приемная антенна представляет собой двухрядную плоскую дискретную фазированную решетку площадью 750 м (100 м — длина, 7,5 м — высота).
Антенна содержит 2400 гидрофонов, размещенных в двух плоскостях, по 1200 гидрофонов в каждой плоскости. Плоскости разнесены в пространстве на 0,25 l в (где l в-длина волны верхней частоты рабочего диапазона).
Конструктивно гидрофоны объединены в 120 вертикальных линеек, по 20 гидрофонов в каждой (два вертикальных ряда по 10 штук).
Плоскость антенны наклонена конструктивно на 5° вверх.
Для повышения надежности антенны гидрофоны вертикальных рядов электрически соединены последовательно-параллельно.
Для уменьшения помех, принимаемых с тыльной стороны антенны, вместо традиционного экрана использован способ так называемого "электрического" экранирования. На базе двухрядной акустической линейки путем специального включения сигналов от двух вертикальных рядов гидрофонов формируется характеристика направленности формы "кардиоида", обеспечивающая малый уровень приема сигналов с тыльной стороны.
Отличительной особенностью схемы формирования "кардиоиды" является то, что она обеспечивает практически форму характеристики направленности независимую от частоты в широком диапазоне частот ниже ¦ в.
Конструктивно гидрофоны антенны линейки размещаются на специальной несущей конструкции (КМЧ), которая обеспечивает возможность буксировки антенны морем к месту установки, установку антенны в заданное положение у дна океана, удержание ее в рабочем положении с высокой точностью при воздействии течений со скоростью до 2 узлов, подъем антенны на поверхность моря (при необходимости).
Антенна удерживается у дна с помощью двух якорей, весом по 60 тонн каждый.
На КМЧ кроме 120 линеек, образующих зеркало антенны, размещены два ненаправленных гидрофона, разнесенных примерно на 70 м по горизонтали, которые предназначены для контроля за уровнем помех в районе установки антенны.
Информация, принимаемая 120 акустическими линейками и двумя ненаправленными гидрофонами, передается на береговой пост по двум маложильным кабелям типа СПЭК-4 с сохранением амплитудно-фазовых соотношений между передаваемыми сигналами, что позволяет на береговом посту формировать требуемые характеристики направленности в горизонтальной плоскости в секторе ± 90° от нормали к плоскости антенны.
Электронная аппаратура, обеспечивающая формирование кардиоидных характеристик направленности у приемных акустических линеек и передачу информации от них по кабелям, размещается в герметичных корпусах на КМЧ.
Электропитание электронной аппаратуры осуществляется по тем же кабелям с берегового поста.
Глубина места установки антенной системы примерно 200 м. Центр зеркала антенны удален от дна примерно на 15 м. Вынос антенной системы от берегового поста » 25 км.
По своей значимости для науки и техники создание такой антенной системы в России можно поставить в один ряд с созданием в 1956 году радиотелескопа с фазированной антенной решеткой в виде сектора цилиндра с радиусом 100 м и созданием в 1975 году оптического телескопа с диаметром зеркала 6 метров.
Наличие в эксплуатации описанных выше антенных систем позволяет получать при минимальных эксплуатационных расходах целый ряд новых фундаментальных результатов при мониторинге океана. В качестве примера таких возможностей отметим следующее.
В 1995-1996 годах на базе одной из действующих антенных систем на Камчатке совместно с учеными Института прикладной физики РАН и американскими учеными специалисты ЦНИИ "Морфизприбор" под руководством автора создали пункт приема специальных сигналов от низкочастотного излучателя, расположенного вблизи одного из Гавайских островов (расстояние порядка 5000 км). Работа проводится в рамках международной программы "Акустическая термометрия океанского климата" (АТОК).
Предполагается, что многолетние измерения среднего времени распространения сигналов на протяженной стационарной трассе позволят наблюдать за динамикой измерения во времени температуры воды Тихого океана и тем самым оценивать изменение температурного режима на планете Земля.
В последние годы в различных странах (Россия, США, Япония, Италия и др.) создаются крупномасштабные глубоководные черенковские детекторы нейтрино, предназначенные для поиска нейтрино сверхвысоких энергий от астрофизических источников (в частности, от ядер активных галактик). Стоимость таких детекторов чрезвычайно высока. Так, например, ориентировочная стоимость КМЗ-проекта (США) с регистрирующим объемом 1 куб. км. оценивается в 50-100 млн. долларов.
В то же время, выполненные совместно с учеными Института ядерных исследований РАН и Акустического института им. акад. Н.Н.Андреева оценки показывают, что на базе рассматриваемых антенных систем можно создать альтернативный КМЗ-проекту крупномасштабный акустический нейтринный телескоп для детектирования взаимодействий космических нейтрино супервысоких энергий (1020 электронвольт и выше) с водами океана в объеме 100 кубических километров и более при существенно более низкой стоимости. В настоящее время разрабатывается проект такого телескопа.
И это далеко не полный перечень задач, которые можно решать с использованием действующих приемных гидроакустических антенн.
Одна из целей настоящего доклада — привлечь внимание ученых всего мира к тому факту, что в России имеются действующие уникальные стационарные гидроакустические приемные антенные системы, позволяющие проводить широкий круг экспериментальных исследований в Тихом океане вблизи берегов России.
Re: А вот... - Офф-Топик16.03.2002 13:58:51 (2597 b)
Re: А вот... - Офф-Топик16.03.2002 15:16:38 (31087 b)
Re: А вот... - Офф-Топик16.03.2002 15:24:35 (49552 b)
Re: А вот... - Офф-Топик16.03.2002 15:25:38 (17979 b)
