Как подводная лодка ориентируется под водой
Устройство и принцип работы подводной лодки
Первым упоминанием о далеком «предке» современных субмарин считается германское сказание «Салман и Моролф», датированное 1190 годом. Его главный герой – Моролф сумел построить лодку из кожи и скрыться от преследования вражеских кораблей, погрузившись на дно, где он пробыл две недели. Как утверждает автор сказания, все это время Моролф дышал через длинную трубку.
Чертежи подводных аппаратов встречаются у гениального Леонардо да Винчи. Первым судном, способным передвигаться в подводном положении стала подводная лодка из дерева и кожи, построенная по проекту Корнелиуса Ван Дребеля в 1620 году, у которой в качестве передвижения использовался шест – с его помощью можно было отталкиваться от дна.
Принцип работы подводной лодки
Принцип погружения и всплытия
Для погружения под воду специальные цистерны на борту субмарины заполняются балластом (забортной водой). Все в соответствии с законом Архимеда – для полного погружения необходимо уровнять вес лодки с весом вытесненной воды.
При всплытии осуществляется обратный процесс – продув балласта, вследствие чего вода вытесняется из цистерн сжатым воздухом. В подводном положении лодка может менять глубину погружения с помощью рулей.
Ёмкости, заполняемые забортной водой, носят название цистерны главного балласта (ЦГБ). Они разделены на три группы – носовую, среднюю и кормовую. ЦГБ заполняются в зависимости от выполняемого ПЛ маневра. К примеру, при срочном погружении балластом заполняется цистерна быстрого погружения.
Как плавает подводная лодка
Подводная лодка в надводном положении плывет с открытыми кингстонами (клапанами для приема или откачки забортной воды) и аварийными захлопками (клапанами, через которые при заполнении цистерн водой выходит воздух). Вентиляционные клапаны закрыты. Лодка держится на поверхности за счет воздушной подушки в ЦГБ. В подводном положении кингстоны и аварийные захлопки открыты, а клапаны вентиляции закрыты.
Прочность и водонепроницаемость
От этих важнейших характеристик зависит живучесть ПЛ. Их обеспечивает особая конструкция корпуса субмарины, который в свою очередь может состоять из двух корпусов – прочного и легкого или только из прочного. В первом случае речь идет о российских подводных лодках, во втором – об американских.
Прочный корпус принимает на себя давление воды, для чего ему придается специальная оптимальная форма. Внутри прочного корпуса находятся все основные системы и устройства подводной лодки. Для создания прочных корпусов используются в основном высокопрочные легированные стали и титановые сплавы. Толщина обшивки прочного корпуса при диаметре 8-12 м может составлять от 40 до 60 мм и более.
Легкий корпус обеспечивает оптимальное обтекание во время плавания. Для обеспечения радиолокационной невидимости его «одевают» в специальное противорадиолокационное, звукоизолирующее резиновое покрытие. Внутри легкого корпуса размещаются балластные и топливные (для ДЭПЛ) цистерны, рулевые тяги и гидроакустические антенны.
В подводном положении межкорпусное пространство заполняется водой. Так-как давление на легкий корпус снаружи и изнутри уравновешено, нет необходимости делать его прочным. Толщина обшивки легкого корпуса составляет, как правило, от 8 до 16 мм.
Разделение на отсеки обеспечивают подводной лодке дополнительную живучесть. Отсеки отделены друг от друга водонепроницаемыми дверями-переборками с быстродействующими запирающими устройствами.
Примерный перечень отсеков ДЭПЛ: носовой и кормовой торпедные отсеки; отсек главных гребных электродвигателей и электростанция; машинный отсек; жилые помещения команды; центральный пост.
Атомные подводные лодки
Первая в мире атомная подводная лодка – «Nautilus» была принята на вооружение в США в сентябре 1954 года. Спустя почти 5 лет, в январе 1959 года вступила в строй советская АПЛ К-3 проекта 627. По многим характеристикам, в частности, водоизмещению, скорости, числу гребных валов, автономности и численности экипажа они были схожи. И все же советская АПЛ имела на один реактор больше. Она превосходила американскую по мощности более чем в 2 раза и по скорости на 6 узлов.
Чтобы понять, как устроена атомная подводная лодка, следует уяснить главное ее отличие от обычной: это субмарина с ядерной силовой установкой, что дает ей ряд уникальных преимуществ:
Мощное вооружение современных российских АПЛ – баллистические и крылатые ракеты различных типов многократно повысило боевые возможности подводного флота, сделав его одной из важнейших составляющих ядерной триады.
Найти невидимку: системы обнаружения субмарин
Корабль-невидимка, способный внезапно напасть из самой неожиданной точки, – именно такими задумывались субмарины и до самого последнего времени такими и оставались. Скрытность ПЛ особенно повысилась после появления атомных и воздухонезависимых энергетических установок (в 50-х годах XX века). ХХ век, возможно, когда-нибудь назовут веком подводных лодок. В XXI веке подводный флот либо вообще перестанет существовать, либо изменится самым радикальным образом.
Однако подводный флот в его нынешнем виде, скорее всего, умирает. Море перестает быть пространством, где корабли способны оставаться незаметными для противника. А произошла эта перемена в результате появления систем, позволяющих отслеживать любые передвижения сколько-нибудь крупных подводных объектов.
От шумопеленгаторных систем к комплексным СОПО
Однако с появлением атомного подводного флота возможность обнаружить подводную лодку в надводном положении исчезла – лодка больше не всплывала на поверхность во время боевого похода. А обнаружить ПЛ под водой силами поисково-ударных групп было делом чрезвычайно хлопотным. Это стало толчком для создания глобальных систем освещения подводной обстановки, прежде всего гидроакустических. При этом главным средством обнаружения ПЛ стала пассивная гидроакустика, или шумопеленгация, – главным образом из-за своей относительной дешевизны, технологической простоты и способности обнаруживать цели на больших расстояниях. Наиболее впечатляющей шумопеленгационной системой является созданная Соединенными Штатами во времена холодной войны знаменитая система SOSUS. Она представляла собой гигантские поля акустических антенн, раскинутых в Атлантическом и Тихом океанах. На нашем ближнем Севере они располагались на всем пространстве Лофотенской котловины – от берегов Норвегии до острова Ян Майн. После развертывания системы cкрытый проход советских подводных лодок в Атлантику и Тихий океан оказался практически невозможен: ПЛ обнаруживались на расстоянии до нескольких сотен километров.
Для иллюстрации: со второй половины XX века одним из самых эффективных способов обнаружения субмарин стало использование для этой цели атомных подводных лодок, так называемых «лодок-охотников». Однако в наше время их поисковая производительность упала до совершенно смешного уровня. Согласно данным, публиковавшимся в открытой зарубежной печати, АПЛ типа 688I SSN 772 «Гринвилл» (1995 года постройки) обнаруживает АПЛ типа 688 «Лос-Анджелес» (1978 года постройки) на расстоянии от 10 до 35 км. Это вполне приемлемый результат. Но современную «Вирджинию» (SSN 774, 2004 года постройки) «Гринвилл» обнаруживает на дистанции всего от 1 до 4 км (по оценке независимого британского эксперта адмирала Палмера). Если лодки «видят» друг друга только на таких расстояниях, то само их маневрирование рядом друг с другом становится смертельно опасным не только для «жертвы», но и для «охотника»: резко увеличивается риск неожиданного столкновения не видящих друг друга кораблей.
Система SOSUS из-за снижения эффективности и фактического отсутствия противника была законсервирована. А для решения задач противолодочной обороны в США был поставлен вопрос о создании быстроразвертываемых многоэлементных региональных систем освещения подводной обстановки (СОПО), предназначенных для работы в планируемых районах боевых действий. Перед СОПО было выдвинуто главное требование: немедленно обнаруживать любой подводный объект при заходе в назначенную зону ответственности. Так закончилось время глобальных систем обнаружения подводных лодок.
Современные СОПО становятся локальными и комплексными. Они должны быть быстроразвертываемыми, многоэлементными, би- или мультистатическими, работающими на различных принципах обнаружения (не только акустическом), сформированными на методах сетецентрической архитектуры с обязательным обеспечением работающих элементов связью и позиционированием от систем космического базирования. На сегодняшний день подобные системы созданы и испытаны.
Гигантская сеть
Современные подводные лодки обладают возможностью подходить к этим системам, подключаться к ним через специальные стыковочные узлы и в результате скрытно контролировать значительные пространства морской акватории.
АПЛ типа SSGN 726, имеющая на борту четыре комплекта антенн ADS, может создать «поле освещенной подводной обстановки» площадью около 2500 квадратных миль.
Группа из трех кораблей типа LCS, развернув систему ADS и имея на борту буксируемые излучатели для подсветки целей LFAS и противолодочные вертолеты, способна в течение длительного времени контролировать акваторию общей площадью более 30 000 квадратных миль (96 100 км2, что представляет собой квадрат со стороной 310 км).
Ни одна сколько-нибудь крупная подводная цель в результате применения этой системы не способна остаться незамеченной.
Слабость описанных СОПО заключается в их локальном применении. Они способны эффективно работать лишь в том случае, если доминирующей силой в Мировом океане является флот Соединенных Штатов. Но если Китай к 2030 году решит довести численность своего атомного подводного флота до 300 единиц, из которых 200 постоянно будут развернуты на просторах Тихого океана, решить задачу противолодочной борьбы подобными системами будет в принципе невозможно. В том, что технически, финансово и организационно Китай на это способен, никаких сомнений нет.
Собственно, уже сейчас ясно, что применение быстроразвертываемых СОПО полностью изменит ход вооруженной борьбы на море. Использование подводных лодок в том виде, в каком они существуют сейчас, станет практически невозможным. А это значит, что подводные лодки будущего, скорее всего, будут иметь принципиально иной облик. Среди прочих рассматривается, например, такой, вероятно, наиболее перспективный вариант: оснащение крупных, «материнских» АПЛ небольшими автоматическими подводными аппаратами. Эти аппараты, в свою очередь, как матрешки, будут содержать в себе другие, еще меньшего размера, предназначенные для выполнения самых разных задач, от связи и разведки до нанесения минно-торпедных ударов. «Материнская» лодка не станет даже приближаться к зоне ответственности противолодочных сил противника, туда отправятся практически незаметные, крошечные, но многочисленные подводные роботы узкой специализации. Никакая СОПО не сможет обнаружить подводные аппараты величиной с рыбу среднего размера.
Остается только догадываться, какие средства противодействия будут придуманы против них.
Принципы СОПО
Способы обнаружения
Помимо гидролокации, лодка может быть обнаружена еще по трем десяткам различных физических полей и вызываемых действиями лодки явлений.
Как ориентируется под водой штурман подводной лодки?
Как ориентируется под водой штурман подводной лодки? Когда подводная лодка погружена не слишком глубоко, штурман для навигации пользуется перископом.
Этот высокий вращающийся инструмент, похожий на трубу, можно поднимать над поверхностью воды и наблюдать окружающую обстановку с помощью системы зеркал и линз, передающих изображение вниз.
На больших глубинах для ориентирования используется гидролокатор, излучающий звуковые волны.
Эти волны отражаются от объектов на дне океана и возвращаются к гидролокатору, где преобразуются в электрические сигналы.
В свою очередь эти сигналы преобразуются в изображения на экране, которые позволяют штурману ориентироваться под водой.
Время, которое прошло от излучения сигналов до их возвращения к подводной лодке, позволяет судить о том, на каком расстоянии находятся отражающие звук объекты.
Открытия Абеля Тасмана
Где находится Южный полюс Земли?
Как погружаются и всплывают подводные лодки?
Европейский союз
Зачем нужно грузовое такси?
Как и при помощи каких радиоволн осуществляется радиосвязь с подводными лодками на глубине
реклама
Радиоволны СНЧ имеют несколько худшее распространение, но и при этом антенные системы передающих станций имеют гораздо меньшие размеры.
При реализации связи на сверхдлинных радиоволнах возникают большие технические трудности, и сложнее всего создать передатчик и передающую антенную систему из-за очень большой длинны волны, которая, например, при частоте 82 Гц. составляет 3658 км. Построить эффективную антенную систему, размеры которой сопоставимы с такими геометрическими размерами волны, сами понимаете, не представляется возможным. И инженеры пошли на хитрость, они закопали глубоко в землю, на расстоянии друг от друга в 40 – 50 км. два длинных электрода, подключенных к выходу передатчика. При этом линии протекания тока между электродами проникали в землю на большую глубину и использовали эту часть земли, как громадную антенну, получалась, что из самой земли в морские и океанские воды излучался сигнал СНЧ, который преодолевая толщу вод, достигал антенн подводных лодок.
реклама
Но и такая техническая реализация антенной системы очень сложна, и строить подобные сверхдлинноволновые станции связи с подводными лодками может себе позволить далеко не каждое государство. Передатчик этих станций оказался также очень сложным. Из-за генерации СНЧ электромагнитных колебаний он имеет катастрофически низкий коэффициент полезного действия (КПД), что накладывает очень большие технические трудности при его создании. Кроме того, из-за низкого КПД антенной системы, необходима очень большая мощность генерируемого сигнала. Это приводит к громадным размерам передатчика и большому энергопотреблению. В результате получается, что на один излученный ватт электромагнитной энергии, передатчик потребляет 100 кВт. электроэнергии. И обеспечивать этот передатчик электроэнергией должна целая электростанция. Это первый серьезный недостаток этого вида связи.
Поскольку на борту подводной лодки невозможно разместить подобный громадный передатчик, и создать такую передающую антенную систему, то сами понимаете, что связь будет только односторонней, команды могут передаваться от наземного центра управления на подводную лодку, а наоборот нет. Это второй серьезный недостаток.
Скорость передачи данных такой системы связи крайне мала, всего несколько знаков в минуту. Это третий серьезный недостаток. Для выхода из этой ситуации передаются только короткие условные сигналы, которые идентифицируются с отдаваемыми командами по соответствующей таблице, которая выдается команде перед отплытием.
реклама
На подводной лодке прием сигнала организуется достаточно просто, выпускается длинный трос – антенна, длинна которой может достигать нескольких километров, и может подвсплывать на меньшую глубину. Прием сигнала может происходить и при движении подводной лодки.
Но при всех недостатках этой связи, она обеспечивает скрытную, надежную, устойчивую связь с подводной лодкой находящейся на большой глубине, в любой точке земного шара, в любое время, в любых погодных условиях.
Если подводная лодка находится на небольшой глубине, то у нее появляется большое количество других каналов связи, в других частотных диапазонах, использующихся для наземной связи, например, через поднятую антенну с перископной глубины или с помощью всплывающих радиобуев. Связь между подводной лодкой и радиобуем реализуется при помощи кабеля или гидроакустического канала.
реклама
Но этим она может себя обнаружить. То есть эти каналы связи являются демаскирующими факторами для подводной лодки. И самым надежным каналом связи, с точки зрения скрытности, является радиосвязь на сверхдлинных радиоволнах. Подобная станция связи «ЗЕВС», работающая на частоте 82 Герца используется на Кольском полуострове.
Надеюсь, эта информация была для вас интересна. Пишите в комментариях, какие вы еще знаете виды связи с подводными лодками, находящимися на большой глубине.
11 фактов, которые мало кто знает о жизни на подводных лодках
Книги и фильмы нередко романтизируют жизнь на подводных лодках. Служба на подлодке демонстрируется как увлекательное путешествие или как захватывающие дух спецоперации прямо под носом у врагов. Но большинство людей понятия не имеют, с чем сталкиваются подводники, и, думаем, будет интересно узнать факты о жизни на подводных лодках.
1. Служба на подводной лодке — одна из самых сложных работ в мире
Если ты думаешь, что твой офис с опенспейсами — настоящий ад, то это даже близко не соответствует истине. Будучи на подлодке, тебе приходится неделями, а иногда и месяцами сидеть в закрытом пространстве в небольших помещениях, как правило, не более двух квадратных метров, без возможности выйти на поверхность. Прибавь сюда знание, что тебя со всех сторон окружает вода, и что над тобой десятки, а то и сотни метров не особо дружелюбного океана, и поймёшь, что это ничем не лучше добычи угля в шахте.
2. Освещение моделирует цикл дня и ночи
Так как подводники, по сути, находятся в огромной стальной бочке без окон, и неделями не видят белого света, у них, в замкнутых пространствах, начинается депрессия. Чтобы предотвратить это, на лодках монтируют цикличное освещение, которое моделирует смену дня и ночи. Причём для улучшения психического состояния моряков, применяют разноцветное освещение.
3. В подводной лодке очень шумно
В большинстве фильмов подводники буквально крадутся по отсекам, не издавая ни звука. Это действительно так, но только в случае учений или реальных боевых столкновений, когда любой шум может засечь эхолот противолодочных кораблей. В обычном режиме на лодке царит шум, который усиливается узкими вытянутыми помещениями. Да и можно понять подводников, не особо соблюдающих тишину, ведь в постоянном молчании они начали бы сходить с ума уже в первые недели дежурства.
4. Единственной обоснованной причиной выхода экипажа на поверхность является опасность для жизни одного из подводников
Если думал, что жизнь подводников — это регулярное всплытие для пополнения провизии или для того, чтобы моряки могли развеяться, то ты ошибался. Единственная веская причина для всплытия на атомной подводной лодке — угроза жизни одному из членов экипажа. И угроза эта должна быть действительно серьёзной, так как на борту есть корабельный врач, который может справиться со многими проблемами, в том числе провести небольшую операцию.
Более того, на подводных лодках есть холодильные камеры, в которые, если произойдёт несчастный случай во время дежурства, отправят тело погибшего подводника до прибытия в порт.
5. Большая часть подводников не знает, где они, и не могут ни с кем связаться
Перед началом дежурства весь экипаж проходит инструктаж, где им описывается, по крайней мере, примерный маршрут. После отплытия из порта большинство рядовых подводников не в курсе, где они плывут, даже в какой части света они находятся. На борту нет ни телефонов, ни интернета, ни каких-либо других средств связи с землёй, так что, по сути, моряки пропадают с радаров на недели или даже месяцы.
6. Между членами экипажа постоянно случаются конфликты
Представь, что ты заперт в небольшом пространстве с десятками мужиков, которым некуда сублимировать свою энергию. Даже с учётом регулярных занятий, случаются конфликты, которые происходят из-за усталости, депрессии и давления, вызванного важностью выполняемой миссии. Просто вспомни, каким испытанием для многих людей стал карантин из-за коронавируса, когда выходить из дома можно было только за продуктами, и поймёшь, насколько сложно приходится подводникам.
7. Есть ограничения в потреблении воды
Какие ограничения, ведь подлодка плавает, как ни странно, под водой, и проблем с обеспечением этой жидкостью не должно быть? Не забывай, что подлодка бороздит солёные водоёмы, и морская вода не подходит для употребления внутрь. Поэтому у моряков есть ограничения в потреблении жидкости, как правило, не более суточной нормы для человека. Во время боевых дежурств это количество может сокращаться до 1 литра в день. Что касается бытовых нужд, то на них идёт забортная вода, проходящая определённую очистку. Она менее солёная, чем за бортом, но всё же не пресная.
8. Рацион однообразный и состоит из долго хранящихся продуктов
Раньше с этим у подводников было ещё хуже, но, с появлением холодильников и атомных реакторов, питающих эти прожорливые устройства электричеством, стало чуть лучше. На борт даже загружают фрукты и овощи, но большую часть рациона составляют консервированные продукты. Так как в режиме дежурства подъём на поверхность запрещён, судовому повару приходится готовить ограниченное количество блюд, которые не отличаются разнообразием.
9. В подводных лодках есть места для развлечения
Не думай, что подлодка — это огромная казарма, где с пробуждения и до сна моряки постоянно заняты работой. Нет, у них есть развлечения, причём разнообразные. Так, например, на некоторых лодках оборудуются даже спортивные залы, где можно выпустить пар, побив грушу или покачав железо. Также у них есть кают-компании, где моряки играют в настольные игры и просто общаются.
10. На подлодках дают вино
Выше мы сказали, что рацион подводников однообразен, но он всё равно лучше, чем у моряков на кораблях. Кроме того, каждый день вместе с едой моряки получают небольшое количество красного сухого вина, которое, как считается, улучшает пищеварение, а также увеличивает производство красных кровяных телец, что позволяет немного уменьшить влияние недостаточного уровня кислорода на борту.