Введение
Развитие гидроакустики в ее современном виде велось исключительно в интересах морских систем вооружения. После появления и успешного применения подводной лодки как боевой единицы, способной поражать самые большие и хорошо защищенные бронированные надводные корабли, стало понятно, развитие гидроакустики является важнейшей задачей морского лидерства.
В период между мировыми войнами были разработаны первые системы активной гидролокации (система ASDIC), и казалось, что подводные лодки отныне будут лишены своей скрытности. Однако, битва за Атлантику в период Второй мировой войны, опровергла это предположение.
ASDIC (англ. Anti-Submarine Detection Investigation Committee, по другой версии — Anti-Submarine Division) — Британская активная гидролокационная система, созданная во время Второй Мировой войны. Задачей введения системы было повышение эффективности борьбы с вражескими подводными лодками.
Позже название ASDIC стало нарицательным на Королевском флоте и применялось до конца 40-х годов для обозначения любой гидролокационной системы.
Гидроакустическая станция (или как принято называть на западе — сонар) использует подводное распространение звука для навигации, общения или в качестве средства гидроакустической локации. Существует два вида гидроакустических станций : активные и пассивные.
SONAR (англ. sound navigation and ranging). Слово sоnar было придумано в конце второй мировой войны как аналог популярного в те годы слова «радар», но вошло в употребление после того, как получило определение в качестве акронима слов sound navigation and ranging — звуковая навигация и измерение дальности.
Активный гидролокатор
Активному гидролокатору требуется излучатель для создания звукового зондирующего импульса (знаменитый «пинг») и приемник для «прослушивания» отражения (эха) этого зондирующего импульса.
В состав активного гидролокатора входит генераторное устройство, приемная система и приемо-излучающая гидроакустическая антенна. Звуковая волна сгенерированная излучателем и выпущенная в воду через гидроакустическую антенну распространяется до цели, отражается от нее и эхосигнал, отраженный от цели возвращается обратно на акустическую антенну. В процессе распространения , гидроакустический сигнал затухает в водной среде, по экспоненциальному закону, так что пр увеличении мощности излучения генератора в четыре раза, дальность действия увеличивается только примерно в 2 раза.
Современный активный гидролокатор, установленный на корабле или подводной лодки, может излучать сотни тысяч ватт звуковой энергии, достигая примерно 250 децибел (дБ). Сравните это с уровнем шума реактивного двигателя на расстоянии 30 метров, который составляет всего 150 дБ!
Шумопеленгаторная станция
При использовании шумопеленгаторной станции (пассивного сонара) источником звука является шумоизлучение самой цели. Преобразователь, который может принимать только акустическую энергию, называется гидрофоном.
Пассивные источники шума делятся на две категории: широкополосные и узкополосные.
Широкополосные источники производят акустическую энергию в широком диапазоне частот. Когда речь идет о кораблях и подводных лодках, типичными широкополосными источниками являются шумы, исходящие от гребного винта или вала, шум потока и некоторые виды двигательных установок (например, паровые котлы).
Узкополосные источники, производят акустическую энергию в пределах небольшого диапазона или класса частот. Типичные корабельные узкополосные источники — это различные части машин, имеющиеся на каждом корабле. Например, насосы, двигатели, электрооборудование и двигательные установки. При указании узкополосных источников важно также знать частоту, на которой происходит генерация узкополосного шума.
Характеристики каждого типа гидроакустического средства зависят от различных характеристик цели. Для активного гидролокатора определяющей характеристикой является уровень отражения звука от цели или «сила цели». Для шумопеленгаторной станции — уровень шумоизлучения цели.
Частотный диапазон гидроакустических станций
Основные типы гидроакустических станций работают в трех основных частотных диапазонах рабочих частот. Низкочастотные (длинноволновые) звуки, находящиеся в диапазоне 1-5 кГц, распространяются на значительное расстояние, однако требуют большйой размер (апертуру) гидроакустической антенны для формирования направленного излучения и приема. Среднечастотные гидролокаторы обычно работают в полосе частот 5–15 кГц, а высокочастотные — в диапазон 20–30 кГц.
Существуют также специализированные гидроакустические станции, работающие в сверхнизкочастотном диапазоне (до 1 кГц), а также в ультравысокочастотном (свыше 30 кГц).
Высокочастотный гидролокатор характеризуется короткими дальностями действия, прямыми лучами распространения звука для освещения ближней прикорабельной зоны.
Среднечастотные гидролокаторы могут использоваться для обнаружения целей ниже слоя скачка скорости звука (под приповерхностным слоем) и благоприятных условиях могут обнаруживать цели по лучам, отраженным от дна моря.
В то же время низкочастотные гидролокаторы обладают потенциалом для обнаружения целей в так называемых дальних гидроакустических зонах — зон конвергенции (CZ), в которых происходит преломление звукового луча не достигая поверхности моря и отражения от дна, либо с одним отражение от дна.
Важно отметить, что в настоящее время по мере развития технологий, классификационные различия между возможностями диапазонов частот несколько размылись, увеличивая и унифицируя возможности гидроакустических станций. С другой стороны, потенциальные возможности гидроакустических станций сильно ограничены рефракционными и другими особенностями водной среда океана (такими как температура, соленость, глубина и даже географическое положение).