Нимфа Эхо в царстве Посейдона

Началось всё с Леонардо да Винчи, универсального гения человечества. "Если ты, будучи в море, опустишь в воду отверстие трубы, а другой конец приложишь к уху, то услышишь идущие вдали корабли".

Началось всё с Леонардо да Винчи, универсального гения человечества. "Если ты, будучи в море, опустишь в воду отверстие трубы, а другой конец приложишь к уху, то услышишь идущие вдали корабли", - изрек сей военный инженер, состоявший на службе миланского герцога. Правда, для приложения этой идеи к войне пришлось дождаться ХХ века и появления нового класса кораблей - подводных лодок.

Владыками океанов (а значит, и морской торговли, и непропорционально большой доли доходов от мировой экономики) веками были линейные корабли. Заря индустриальной эры, одев их железной броней, казалось, сделала линкоры неуязвимыми. Но в конце этой эры флагманы японского Объединенного флота "Ямато" и "Мусаси" были без проблем утоплены авиацией - большие мишени. А вот стрелять по тому, чего не видишь, затруднительно. Именно на этом основывается идея подводной лодки - судна, способного идти "потаённо", как писал крестьянин Ефим Прокопьев сын Никонов в челобитной Петру Великому в 1719 году. Так что к началу ХХ века, когда появились подходящие технологии, военные корабли начали прятаться в воду, укрываясь от вражеских глаз. Именно прятаться (информационный аспект!), а не защищаться водой от оружия противника - проекты "водобронных миноносцев", полуподводных судов, так и остались техническим курьёзом.

Но находящаяся в погруженном состоянии лодка лишена связи - и ещё в 1909–10 гг. на русских субмаринах "Карп", "Пескарь", "Стерлядь", "Макрель" и "Окунь" установили гидрофоны Балтийского завода, ставшие результатом эволюции подводных колоколов, разрабатывавшихся для обеспечения безопасности судовождения в тумане. Сигналы принимались размещённым в обтекателе угольным микрофоном, который во избежание помех буксировали за лодкой на кабельтросе. Опыты, проводившиеся на Бугском лимане, показали, что гидрофоны вполне годятся и для обнаружения кораблей по шуму - маленький портовый катер выдавал себя за пять кабельтовых (чуть меньше километра).

Большевистский эксперимент надолго прервал отечественные исследования в области гидроакустики. Вернулись к ним лишь в середине 1930х. Шумопеленгаторная станция МАРС устанавливалась на советских подводных лодках. На типе М ("малютках") - МАРС8 с восемью датчиками. На Щ и С ("щуках" и "сталинцах") - с дюжиной, на самых больших К и Л - с шестнадцатью приемными гидрофонами¹. Тут уже использовались сегнетоэлектрические акустикоэлектрические преобразователи. Старшие читатели "КТ" могли встречаться с такими преобразователями в звукоснимателях самых дешёвых проигрывателей виниловых дисков. Сигнал от датчиков, размещенных вдоль корпуса субмарины, сводился вместе через фазовращатели. Занятно, что они были почти цифровыми, дискретными, набираемые переключателем из LC-контуров. Разворот фаз, обеспечивающий максимум сигнала, давал возможность определить пеленг на источник звука.

В 1940 году прошла испытания ультразвуковая гидроакустическая станция "Тамир-1" для надводных кораблей - гидролокатор. Работа такого прибора основывается на посылке звуковых импульсов и приёме их отражений, к примеру, от корпуса подводной лодки. Пеленг определяется или поворотом излучателя, или фазовращателями, а дистанция - по времени, которое импульс ходил до цели. Первое воплощение такого прибора принадлежит французскому физику Полю Ланжевену и русскому эмигранту, инженеру Шиловскому. Но запатентован он был английским метеорологом Льюисом Ричардсоном вскоре после гибели "Титаника", - как чаще всего бывает (вспомним подводный колокол!), военные технологии есть вывернутые наизнанку технологии гражданские. Гидролокаторы "Тамир-1" вместе с поступавшими по лендлизу асдиками стояли на вооружении отечественных надводных кораблей. Асдик, ASDIC - это аббревиатура от Allied Submarine Detection Investigation Committee, только вот комитета такого у союзников никогда не было, придумали его в Адмиралтействе в 1939 году, когда составители Оксфордского словаря прислали запрос о значении словечка, прижившегося у моряков, а тем очень хотелось отвести глаз и от ультразвукового диапазона, на котором работали гидролокаторы, и от кристаллов кварца, использующихся в них. (Сейчас общепринят термин "сонар" - от sound navigation and ranging.) Гидролокаторы применялись в ходе Второй мировой на надводных кораблях (отсюда не чуждый компьютерам термин ping). Подводные лодки, единственной защитой которых является скрытность, вынуждены были обходиться пассивными шумопеленгаторами.

Такое разделение сохранилось и в холодную войну, когда в глубинах Мирового океана противостояли друг другу гигантские атомные подводные флоты СССР и США. К тому времени гидроакустикой, опускаемой на тросе, обзавелись и вертолеты. А противолодочные самолеты стали сбрасывать гидроакустические буи, которые слушали шумы субмарин или отраженное их корпусами эхо от взрывов сбрасываемых теми же самолетами зарядов (аналог геофизической сейсморазведки), обрабатывали звуки и передавали на борт самолета-охотника, где по совокупности этих сигналов определялось положение подводной лодки. В конце 1950-х Соединенные Штаты начали строить гигантские линии стационарных подводных гидрофонов - сначала размещали в глубинах (где сигналы принимаются лучше) Атлантики и Тихого звукоприемники, соединенные кабелями с береговыми постами обработки сигнала (программы Caesar и Colossus). Потом встала задача разделения полезных сигналов и шумов. Её (по программе Sea Guard) решали двумя способами - отработкой методов цифровой фильтрации и разработкой моделей дальнего распространения звука. Потом теория стала воплощаться в железе. Этим по программе Proteus занялась IBM, к 1970-м создавшая унифицированный процессор сигналов AN/UYS1. Его усердно модернизировали до середины 1990-х, когда вычислительная мощность возросла с 60 MOPS у первых версий до 1920 MFLOPS у финальной AN/UYS1A. И дальнейшее развитие военной гидроакустики неразрывно связано с ростом мощности процессоров и сложности алгоритмов.

В романе "План бегства" аргентинец Адольфо Биой Касарес рассказал о людях, у которых было перепутано восприятие сигналов от органов чувств - цвет и объём; звук и осязание. Примерно такого же эффекта достигают современные подводные лодки и противолодочные корабли. Слух становится их полноценным зрением. Причем именно слух, а не активная гидролокация.

Как это достигается? Вот домашние кинотеатры, где пятиканальное звучание обеспечивается одним (довольно длинным) излучателем. Их выбрасывают на рынок Philips, Samsung, Yamaha, и они удобны для тех, кому лень возиться с проводами. Работа основана на цифровой обработке сигналов различных каналов, дабы у слушателя сформировалась объёмная акустическая картина. Ну а гидроакустика подводных лодок решает обратную задачу. С датчиков, размещённых на корпусе субмарины или буксируемых за нею, аппаратура считывает звуковые сигналы и обрабатывает их, восстанавливая объёмную картину окружающей обстановки. Цели отображаются на индикаторах не в виде источников сигналов, а тактическими значками. Так издавна можно было различить европейские и американские суда,- разные частоты электромашин (50 и 60 Гц) порождают шумы на разных частотах. А реверберация, скачки плотности, когда-то мешавшие акустике аналоговой, отбрасываются цифровыми алгоритмами примерно так же, как наземная астрономия методами спеклинтерферометрии (от speckle - пятнышко) очищает виды далеких светил от атмосферных искажений. Именно на таких принципах работают современные гидроакустические станции. Созданная к началу 1990-х американская AN/UQQ1 с антеннами, буксируемыми (как у вековой дальности "Пескарей") субмариной, могла обнаружить и классифицировать цель на дальности до 140 км (в ряде случаев дальность может быть раза в четыре больше). А о гидроакустическом комплексе AN/UQQ10 современных субмарин Virginia янки молчат (традиция асдика)², похваляясь лишь тем, что процессорная мощность акустики головной лодки при вступлении в строй превышала суммарную мощность всех субмарин США, находившихся на тот момент в строю³. И есть в архитектуре комплекса особенности, очень важные для России, традиционно отстававшей в технологиях, но находившей оригинальные проектно-конструкторские решения. В нём используется софт открытой архитектуры и процессоры общего назначения, то есть технологии, вполне доступные на рынке. Воспользоваться этим, конечно, может лишь тот, кто имеет задел в собственно военной акустике...

Из еженедельника "Компьютерра" № 20 (784)

1. Балтийская Л3 произвела 13 ноября 1942 года атаку по данным шумопеленгаторов. [назад]

2. Есть с чего - Китай готовится оттеснить США с морских путей (www.ft.com/cms/s/0/c467c8482f6311dea8f600144feabdc0.html?nclick_check=1). [назад]

3. Иначе говоря - в тысячу раз больше, чем у субмарин Los Angeles. [назад]