какая связь на подводной лодке
О связи на подводных лодках(длинопост)
2000км) задача нереальная. Поэтому поступили другим способом. Вместо этого следует найти область Земли с достаточно низкой удельной проводимостью и заглубить в неё 2 значительных по размерам электрода на расстоянии порядка 60 км друг от друга. Поскольку удельная проводимость Земли в области электродов достаточно низкая, электрический ток между электродами будет проникать глубоко в недра Земли, используя их как часть огромной антенны. Третья проблема заключается в крайне малом количестве информации(3 знака в 5-15 мин), которую можно передать за сеанс. Поэтому на этих частотах передают только простейшие команды, типа “всплыть и слушать спутник”. Четвертая проблема заключается в том, что сигнал сильно захламлен помехами как естественного, так и искуственного происхождения. Еще один недостаток заключается в невозможности ответить. Также не только передатчик, но и приемная антена имеют весьма немаленькие размеры, но эта антена в разы проще гидрофона.
Но несмотря на все недостатки, одно единственное достоинство перекрывает все эти недостатки. А именно возможность отправить сигнал на любую глубину. Поэтому у нас и у американцев появились данные станции. У нас это станция “ЗЕВС”, находящемся на Кольском полуострове в Североморске-3, к востоку от Мурманска (факт существования советского КНЧ-передатчика был обнародован только в 1990 году). Такая схема антенны имеет крайне низкий КПД — для её работы требуются мощности отдельной электростанции, в то время как выходной сигнал имеет мощность в несколько ватт. Но зато этот сигнал может быть принят фактически в любой точке земного шара — даже научная станция в Антарктиде зафиксировала факт включения передатчика «ЗЕВС».
Американский передатчик «Seafarer» состоял из двух антенн в Клэм Лэйк, Висконсин (с 1977 года) и на базе ВВС «Сойер» в Мичигане (c 1980 года). Была демонтирована в сентябре 2004 года. До 1977 года использовалась система «Sanguine», находящаяся в Висконсине.
ВМС Великобритании предпринимали попытки построить свой передатчик в Шотландии, но проект был свёрнут.
Советская система «ЗЕВС» работает на частоте 82 Гц (длина волны — 3656 км), американская «Seafarer» (англ. мореплаватель) — 76 Гц (длина волны — 3944,64 км). Длина волны в этих передатчиках сравнима с радиусом Земли.
ЗЫ: в данный момент ведется изыскательская работа в области лазерной передачи инфы. Специальные лазеры могут без помех проникать на глубины до 700 метров. При этом могут нести весьма большое количество информации, имеют весьма небольшие приемные и передающие части, за небольшой промежуток времени “разбросать” сигнал можно по весьма большой площади, что позволяет не выдавать место предпологаемого нахождения лодки. Также к плюсам этого вида связи можно отнести весьма большую помехозащищенность и отправку доп сигналов для проверки верности получения.
ЗЗЫ: я не любитель писать текст на картинках, поэтому чутка картинок выкладываю в каменты
Какая связь на подводной лодке
Рис.1.1. Каналы радиосвязи подводной лодки
Последнее требование является определяющим, поскольку скрытность является главным параметром и достоинством подводных лодок. Скрытность, в свою очередь, прямо связана с глубиной погружения, а последняя прямо влияет на доступность тех или иных каналов связи. Принципиальным при этом является пригодность частотных диапазонов каналов для связи через толщу воды. По этому критерию все диапазоны, используемые для связи с подводными лодками, можно разделить на три категории:
1.2. ДИАПАЗОНЫ СВ/КВ/УКВ
Данные диапазоны являются традиционными диапазонами морской подвижной службы, однако, как было упомянуто выше, антенны в этих диапазонах при проведении радиосвязи принципиально не могут находиться под водой. В то же время, в связи с ограниченностью возможностей диапазонов VLF и ELF (низкая пропускная способность каналов связи, высокий уровень атмосферных, бортовых и вибрационных помех, а также односторонний характер радиообмена), эти диапазоны принципиально необходимы для ведения подводной лодкой радиопередач в направлении береговых КП и взаимодействующих объектов, для скоростного радиоприема, а также для двухстороннего радиообмена в широкополосных радиосетях с доступом к данным оперативно-тактической обстановки.
Поскольку связь из надводного положения полностью демаскирует подводную лодку, в этих диапазонах используются специальные решения, позволяющие вести радиообмен при полном или частичном погружении за счет расположения приемно-передающих антенн над водой с меньшим риском обнаружения подводной лодки, в т.ч.:
# Связь из перископного положения с помощью антенн, выступающих над водой за счет расположения их на рубке и/или использования выдвижных конструкций. В перископном положении вероятность обнаружения подводной лодки визуальными, радиолокационными и спутниковыми средствами противника достаточно велика, поэтому длительность сеансов связи должна быть минимально возможной.
# Связь из подводного положения с помощью ВБАУ на основе плавающего кабеля, в плавающий по поверхности конец которого вмонтированы согласующие устройства и антенны высокочастотных диапазонов. Данное решение используется, преимущественно, в диапазонах спутниковой связи. Оно обладает бОльшей скрытностью и может работать с бОльших глубин в более широком диапазоне скоростей и маневров, чем ВБАУ параванного типа, а также может быть совмещено с кабельной плавающей антенной диапазонов VLF и ELF.
Во всех рассмотренных вариантах подводная лодка может быть обнаружена по сигналам ее передатчиков и ее координаты могут быть определены с помощью радиопеленгации. Поэтому важнейшей задачей в этих диапазонах является сокращение времени передачи со стороны подводной лодки, для чего используются как технические, так и организационные методы. Для затруднения радиопеленгации также могут использоваться и специальные виды излучений, например, скачкообразное изменение частоты, шумоподобная модуляция и т.д.
Рис.1.2. Схемы радиообмена с подводной лодкой в диапазонах СВ, КВ и УКВ.
Особо следует отметить, что в связи с указанными выше ограничениями радиообмен в диапазонах СВ/КВ/УКВ как в режиме передачи, так и в режиме приема не может вестись непрерывно и носит сеансовый характер, поскольку перед началом радиообмена лодка должна провести определенные маневры и выпустить антенные устройства, а по окончании сеанса убрать их с поверхности и вернуться на прежнюю глубину и курс. Этот фактор серьезно ограничивает оперативность взаимодействия подводных лодок с вышестоящим командованием, а также с другими подвижными объектами и береговыми службами.
Кроме того, радиус устойчивой связи в диапазонах СВ и КВ ограничен и зависит от параметров распространения радиоволн, определяемых текущим состоянием ионосферы. Поэтому для обеспечения стабильного покрытия больших акваторий требуется создание территориально распределенных сетей передающих и приемных станций. В диапазоне УКВ радиус устойчивой связи ограничен зоной прямой видимости, поэтому покрытия больших акваторий возможно только с использованием флотилий спутников связи, объединяемых в единую сеть.
Рис.1.3. Схема организации зон покрытия для связи с подводными лодками в диапазонах СВ, КВ и УКВ.
1.3. ДИАПАЗОН VLF
В качестве приемных антенн в этом диапазоне часто используются рамочные магнитные антенны. Для приема на глубинах до 10-30 м такая антенна может размещаться на подводной лодке. Для приема при движении на бОльших глубинах используется ВБАУ т.н. параванного типа, которое за счет положительной плавучести и гидродинамических сил, создаваемых рулями, движется в приповерхностном слое на глубине нескольких метров, оставаясь незаметным для средств обнаружения. Оно обеспечивает устойчивый прием сигнала при погружении лодки на глубину до 100-150 м (а некоторые модели и более) как на стопе, так и при движении со скоростью до 18-20 узлов, и может использоваться для размещения в них дополнительно антенн диапазонов СВ/КВ/УКВ, активируемых при подъеме ВБАУ на поверхность.
Более совершенными по сравнению с ВБАУ параванного типа являются буксируемые антенные устройства в виде длинного плавающего кабеля, которые при необходимости могут совмещаться с такого же типа кабельными антеннами диапазонов ELF (см. ниже), а также оснащаться антеннами диапазонов СВ/КВ/УКВ, размещаемыми во всплывающем на поверхность конце кабеля.
Рис.1.4. Схемы радиообмена с подводной лодкой в диапазоне VLF.
Рис.1.5. Схема организации зон покрытия для связи с подводными лодками в диапазоне VLF.
1.4. ДИАПАЗОН ELF
Радиоволны диапазонов ELF/СНЧ и ELF/КНЧ за счет намного более низкой частоты существенно меньше, чем радиоволны диапазона VLF, поглощаются землей, ионосферой и водой, что позволяет им огибать весь земной шар почти без затухания, а также проникать под воду на глубины до 100-300 и более метров. Эти возможности позволяют обеспечить постоянную безсеансовую одностороннюю связь с подводными лодками, находящимися на больших глубинах в любой точке акватории мирового океана, причем без неоходимости выполнения ими маневров и операций, связанных с доставкой к поверхности антенных устройств, и при использовании при этом единственного передающего центра.
Опираясь на эти возможности, в СССР и США в 80-е годы были построены передающие комплексы ЗЕВС и SeaFarer/ELF, работающие в диапазоне ELF/СНЧ на частотах 82 и 76 Гц соответственно (длина волны немногим менее 4000 км), эксплуатаци которых подтвердила возможность реализации глобальных глубоководных каналов связи с подводныи лодками.
Рис.1.6. Схемы радиообмена с подводной лодкой в диапазоне ELF/СНЧ.
С середины нулевых годов активность комплекса SeaFarer/ELF на частоте 76 Гц не отмечается, а активность комплекса ЗЕВС на частоте 82 Гц существенно снизилась, зато отмечается его активность на более низких частотах, включая диапазон крайне низких частот ELF/КНЧ, в т.ч., по данным целого ряда публикаций, в интересах геофизических исследований стратегического значения.
В то же время, по данным ряда публикаций радиопередающий комплекс диапазона ELF был построен в 2015 году в Индии, однако эта информация требует проверки. Кроме того, по спутниковым снимкам в последние годы прослеживается строительство в границах КНР масштабных территориально распределенных сооружений, идентифицируемых некоторыми обозревателями как приемо-передающие комплексы для глобальной глубоководной связи с подводными лодками. Данная информация также требует оценки.
1.5. ОСОБЕННОСТИ ВЕРХНИХ УРОВНЕЙ
Рассмотренные выше вопросы, связанные с взаимозависимостью между использованием тех или иных диапазонов, пропускной способностью каналов связи, направлениями приема и передачи, с одной тороны, и с глубиной погружения подводной лодки и ее антенны с другой стороны, относятся к нижнему физическому уровню каналов связи, на котором, как на фундаменте, строятся конкретные технические решения, связанные с реализацией антенн, приемников, передатчиков, периферии и т.д., а также архитектурные решения по организациии информационного взаимодействия подводных лодок с другими объектами на канальном, сетевом, прикладном и прочих уровнях, в т.ч. способы и параметры модуляции, диаграммы канального и сетевого обмена, алгоритмы кодирования и шифрование информации, формы представления данных и их информационное содержание и т.д.
Проблематика, связанная с этими аспектами реализации каналов связи с подводными лодками, зависит не только от диапазонов частот и глубины размещения антенн, но и от многих других факторов. Например, пропускная способность каналов связи в диапазонах VLF и ELF ограничена не только низкой частотой несущей, но и помеховой обстановкой, влиянием параметров ионосферы на фазовые сдвиги при распространении радиоволн, ограничениями, накладываемыми допустимыми режимами силовых элементов сверхмощных передатчиков на виды и параметры модуляции, отсутствием возможности квитирования приема, что требует введения информационной избыточности, и т.д. В диапазонах СВ/ДВ/УКВ главным проблемообразующим фактором является потребность в увеличении объемов и скоростей приема-передачи цифровых данных в региональных и глобальных радиосетях при повышении требований к скрытности, в связи с чем главной тенденцией является использование спутниковых УКВ каналов, в т.ч. освоение все более высоких частот, дрейфуя в диапазон сантиметровых волн.
Рассмотрение проблематики верхних уровней каналов связи выходит за рамки задач настоящей главы. Детально она будет рассмотрена при описании систем и технических средств связи конкретных диапазонов, а в панорамном систематизированном виде с «раскладкой по полочкам» обобщена в отдельной главе данной части настоящего обзора.
Рис.1.7. Уровни проблематики каналов связи с подводными лодками
1.6. ИНТЕГРАЦИЯ КАНАЛОВ
Продолжение следует, следите за обновлениями!
Мистика низких частот. Как связаться с подводной лодкой?
Что за нелепый вопрос? «Как связаться с подводной лодкой»
Взять спутниковый телефон и позвонить. Коммерческие системы спутниковой связи, такие как INMARSAT или «Иридиум», позволяют, не выходя из московского офиса, дозвониться до Антарктиды. Единственный минус – высокая стоимость звонка, впрочем, у Минобороны и Роскосмоса, наверняка, действуют внутренние «корпоративные программы» с солидными скидками…
Действительно, в век Интернета, «Глонасс» и беспроводных систем передачи данных проблема связи с подводными лодками может показаться бессмысленной и не очень остроумной шуткой – какие здесь могут быть проблемы, спустя 120 лет после изобретения радио?
Первый способ довольно логичен и прост, в то же время он весьма сложен в реализации на практике, а дальность действия такой системы оставляет желать лучшего. Речь идет о звукоподводной связи – акустические волны, в отличие от электромагнитных, распространяются в морской среде гораздо лучше, чем по воздуху – скорость звука на глубине 100 метров составляет 1468 м/с!
Конечно, можно проложить по дну сотни и тысячи километров кабелей – к гидрофонам, установленным в районах наиболее вероятного нахождения стратегических ракетоносцев и многоцелевых атомных подлодок… Но существует ли иное, более надежное и эффективное решение?
Der Goliath. Страх высоты
Обойти законы природы невозможно, но в каждом из правил есть свои исключения. Морская гладь не прозрачна для длинных, средних, коротких и ультракоротких волн. В то же время, сверхдлинные волны, отражаясь от ионосферы, без труда распространяются за горизонтом на тысячи километров и способны проникать в глубины океанов.
Выход найден – система связи на сверхдлинных волнах. И нетривиальная проблема связи с подводными лодками решена!
Но почему все радиолюбители и эксперты в области радиотехники сидят с таким унылым выражением лиц?
Сверхдлинные волны – радиоволны с длиной волны свыше 10 километров. В данном случае, нас интересует диапазон очень низких частот (ОНЧ) в пределах от 3 до 30 кГц, т.н. «мириаметровые волны». Даже не пытайтесь искать этот диапазон на ваших радиоприемниках – для работы со сверхдлинными волнами нужны антенны потрясающих размеров, длиной во многие километры – ни одна из гражданских радиостанций не работает в диапазоне «мириаметровых волн».
Чудовищные габариты антенн – вот главная загвоздка на пути создания ОНЧ-радиостанций.
Вид «Голиафа» потрясает воображение: передающая ОНЧ-антенна состоит из трех зонтичных частей, смонтированных вокруг трех центральных опор высотой 210 метров, углы антенны закреплены на пятнадцати решетчатых мачтах высотой 170 метров. Каждое антенное полотно, в свою очередь, состоит из шести правильных треугольников со стороной 400 м и представляет из себя систему стальных тросов в подвижной алюминиевой оболочке. Натяжение антенного полотна производится 7-тонными противовесами.
Монтаж грандиозной радиостанции в пригороде г. Кальбе завершился весной 1943 года. Два года «Голиаф» служил в интересах Кригсмарине, координируя действия «волчьих стай» на просторах Атлантики, до тех пор, пока в апреле 1945 «объект» не был захвачен американскими войсками. Спустя некоторое время местность перешла под управление советской администрации – станцию немедленно разобрали и вывезли в СССР.
Высоченные мачты «Голиафа» взметнулись ввысь в Кстовском районе Нижегородской области, у поселка Дружный – именно отсюда ведет свое вещание трофейный супер-передатчик. Решение о восстановлении «Голиафа» было принято еще в далеком 1949 году, первый выход в эфир состоялся 27 декабря 1952 года. И вот, уже более 60 лет легендарный «Голиаф» стоит на страже нашего Отечества, обеспечивая связь с идущими под водой подлодками ВМФ, одновременно являясь передатчиком службы точного времени «Бета».
Впечатленные возможностями «Голиафа», советские специалисты не стали останавливаться на достигнутом и развили немецкие идеи. В 1964 году в 7 километрах от города Вилейка (Республика Беларусь) была построена новая, еще более грандиозная радиостанция, более известная, как 43-й узел связи ВМФ.
На сегодняшний день, ОНЧ-радиостанция под Вилейкой, наряду с космодромом Байконур, военно-морской базой в Севастополе, базами на Кавказе и в Средней Азии, входит в число действующих зарубежных военных объектов Российской Федерации. На узле связи «Вилейка» служат порядка 300 офицеров и мичманов ВМФ РФ, не считая вольнонаемных граждан Белоруссии. Юридически, объект не имеет статуса военной базы, а территория радиостанции передана России в безвозмездное пользование до 2020 года.
Главной достопримечательностью 43-го узла связи ВМФ РФ, безусловно, является ОНЧ-радиопередатчик «Антей» (RJH69), созданный по образу и подобию немецкого «Голиафа». Новая станция гораздо крупнее и совершеннее трофейной немецкой аппаратуры: высота центральных опор увеличилась до 305 м, высота боковых решетчатых мачт достигла 270 метров. Помимо передающих антенн, на территории площадью 650 га расположен ряд технических строений, в том числе высокозащищенный подземный бункер.
43-й узел связи ВМФ РФ обеспечивает связь с атомными лодками, несущими боевое дежурство в акваториях Атлантического, Индийского и северной части Тихого океана. Помимо своих основных функций, гигантский антенный комплекс может быть использован в интересах ВВС, РВСН, Космических войск РФ, также «Антей» применяется для ведения радиотехнической разведки и РЭБ и входит в число передатчиков службы точного времени «Бета».
Мощные радиопередатчики «Голиаф» и «Антей» обеспечивают надежную связь на сверхдлинных волнах в Северном полушарии и на большей площади Южного полушария Земли. Но как быть, если районы боевого патрулирования подлодок сместятся в южную Атлантику или в экваториальные широты Тихого океана?
Созданный в конце 1970-х годов на базе противолодочного самолета Ту-142 (который, в свою очередь, является модификацией стратегического бомбардировщика Т-95), «Орел» отличается от прародителя отсутствием поисковой аппаратуры – взамен на месте первого грузового отсека находится бобина с буксируемой 8600-метровой антенной ОНЧ-радиопередатчика «Фрегат». Помимо сверхдлинноволновой станции, на борту Ту-142МР имеется комплекс аппаратуры связи для работы в обычных диапазонах радиоволн (при этом самолет способен исполнять функции мощного КВ-ретранслятора даже без подъема в воздух).
Известно, что по состоянию на начало 2000-х годов несколько машин данного типа все еще числились в составе 3-ей эскадрильи 568-го гв. смешанного авиаполка авиации Тихоокеанского флота.
Разумеется, использование самолетов-ретрансляторов есть не более чем вынужденная (резервная) полумера – в случае реального конфликта Ту-142МР может быть легко перехвачен вражеской авиацией, кроме того, кружащий в определенном квадрате самолет демаскирует подводный ракетоносец и явственно указывает противнику положение субмарины.
Морякам требовалось исключительно надежное средство для своевременного доведения приказов военно-политического руководства страны до командиров атомных подводных лодок, находящихся на боевом патрулировании в любом уголке Мирового океана. В отличие от сверхдлинных волн, проникающих в толщу воды всего на пару десятков метров, новая система связи должна обеспечить надежный прием экстренных сообщений на глубинах 100 и более метров.
Да…перед связистами возникла весьма и весьма нетривиальная техническая задача.
ЗЕВС
…В начале 1990-х годов ученые Стэнфордского университета (Калифорния) опубликовали ряд интригующих заявлений, касающихся исследований в области радиотехники и радиопередачи. Американцы стали свидетелями необычного явления – научная радиоаппаратура, размещенная на всех континентах Земли регулярно, в одно и то же время, фиксирует странные повторяющиеся сигналы на частоте 82 Гц (или, в более привычном для нас формате 0,000082 МГц). Указанная частота относится к диапазону крайне низких частот (КНЧ), в этом случае длина чудовищной волны составляет 3658,5 км (четверть диаметра Земли).
Скорость передачи за один сеанс – три знака каждые 5-15 минут. Сигналы поступают прямо из земной коры – у исследователей возникает мистическое ощущение, будто бы сама планета разговаривает с ними.
Мистика – удел средневековых мракобесов, а продвинутые янки сразу догадались, что имеют дело с невероятным КНЧ-передатчиком, размещенным где-то на другом конце Земли. Где? Ясно где – в России. Похоже, эти безумные русские «закоротили» целиком всю планету, используя её в качестве гигантской антенны для передачи зашифрованных сообщений.
Секретный объект «ЗЕВС» расположен в 18 километрах южнее военного аэродрома Североморск-3 (Кольский полуостров). На карте Google Maps хорошо видны две просеки (по диагонали), протянувшиеся через лесотундру на два десятка километров (ряд интернет-источников указывает длину линий в 30 и даже в 60 км), кроме того заметны технические здания, сооружения, подъездные пути и дополнительная 10-километровая просека к западу от двух основных линий.
Просеки с «фидерами» (рыбаки сразу догадаются, о чем идет речь), иногда ошибочно принимают за антенны. На самом деле это два гигантских «электрода» через которые прогоняют электрический разряд мощностью в 30 МВт. Антенной является сама планета Земля.
Выбор данного места для установки системы объясняется низкой удельной проводимостью здешнего грунта – при глубине контактных скважин 2-3 километра, электрические импульсы проникают глубоко в недра Земли, пронизывая планету насквозь. Импульсы гигантского КНЧ-генератора отчетливо фиксируются даже научными станциями в Антарктиде.
Представленная схема не лишена своих недостатков – громоздкие размеры и чрезвычайно низкий КПД. Несмотря на колоссальную мощность передатчика, мощность выходного сигнала составляет считанные Ватты. Кроме того, прием столь длинных волн также влечет за собой немалые технические сложности.
Прием сигналов «Зевса» осуществляется подлодками на ходу на глубине до 200 метров на буксируемую антенну длиной около одного километра. Ввиду чрезвычайно низкой скорости передачи данных (один байт за несколько минут), система «ЗЕВС» очевидно используется для передачи простейших закодированных сообщений, к примеру: «Подняться к поверхности (выпустить радиобуй) и прослушать сообщение по спутниковой связи».
В 1977-1984 годах проект был реализован в менее абсурдной форме в виде системы Seafarer («Мореплаватель»), чьи антенны располагались в местечке Клэм Лэйк (шт. Висконсин) и на базе ВВС США «Сойер» (шт. Мичиган). Рабочая частота американской КНЧ-установки – 76 Гц (длина волны 3947,4 км). Мощность передатчика Seafarer – 3 МВт. Система была снята с боевого дежурства в 2004 году.
В настоящее время перспективным направлением для решения проблемы связи с подводными лодками является применение лазеров сине-зеленого спектра (0,42-0,53 мкм), чье излучение с наименьшими потерями преодолевает водную среду и проникает на глубину до 300 метров. Помимо очевидный трудностей с точным позиционированием луча, «камнем преткновения» данной схемы является высокая потребная мощность излучателя. Первый вариант предусматривает использование спутников-ретрансляторов с крупноразмерными отражающими рефлеткторами. Вариант без ретранслятора предусматривает наличие на орбите мощного источника энергии – для питания лазера мощностью 10 Вт потребуется энергоустановка с мощностью выше на два порядка.
В заключении стоит отметить, что отечественный Военно-Морской Флот – один из двух флотов в мире, обладающий полным комплектом морских ядерных сил. Помимо достаточного количества носителей, ракет и боевых блоков, в нашей стране, проводились серьезные исследования в области создания систем связи с подводными лодками, без которых морские СЯС утратили бы свое зловещее значение.