Detekce ponorek je prvním a hlavním úkolem v boji proti nim. Úspěšná detekce připravuje ponorky o hlavní taktickou výhodu – stealth.
Stealth je vlastní ponorce od samého začátku. Při vytváření lodí jsou navíc přijata všechna opatření ke zvýšení utajení. Objevování proto není snadný úkol. Jak technologie postupuje, je to jen obtížnější. Proto se na to vynakládá většina času a prostředků protiponorkových sil .
Jako každý předmět i člun svou přítomností ovlivňuje životní prostředí. Jinými slovy, loď má svá vlastní fyzikální pole . Mezi známější fyzikální pole ponorky patří hydroakustická, magnetická, hydrodynamická, elektrická, nízkofrekvenční elektromagnetická, ale i tepelná, optická. Výběr fyzických polí lodi na pozadí polí oceánu (moře) je základem hlavních metod detekce.
Metody detekce podle typu fyzikálních polí:
Kromě toho existují metody nepřímé detekce:
Žádná jednotlivá metoda nezaručuje detekci a dokonce ani nezaručuje stabilní úroveň výkonu. Proto se všechny metody používají společně. Neustále se zkoumají a vyvíjejí a hledají se nové.
Akustická metoda je na prvním místě. Zvuk se ve vodě šíří mnohem rychleji než ve vzduchu (asi 1500 m/s) a na vzdálenosti mnohem větší než jakékoli jiné rušení. V průměru je dosah detekce akustické metody o dva řády větší než magnetometrické metody po ní následující. Akustika umožňuje detekovat ponorky ve všech hloubkách [1] , nezávisí na denní době a je málo závislá na povětrnostních podmínkách a ročním období. Vzdálenost, přesnost a spolehlivost samotné detekce se však silně (desítkykrát) liší v závislosti na hydrologických podmínkách moře; například přítomnost podvodního zvukového kanálu (na schématu) může dramaticky zvýšit dosah detekce, naopak skoková vrstva slouží jako bariéra a může učinit loď akusticky "neviditelnou".
Pasivní metodou je detekce šumu a sonarových signálů (druhý je necharakteristický) vysílaných samotnou ponorkou. V závislosti na konkrétním použitém zařízení se nazývá také vyhledávání směru hluku, lokalizace hluku, hydroakustické pozorování nebo detekce probuzení .
Výhodou pasivní metody je její utajení - cíl neví o skutečnosti detekce, relativně velký dosah - v některých případech jsou velmi hlučné objekty detekovány na vzdálenost 100-150 mil - a schopnost klasifikovat cíle podle povaha hluku.
Pro účely klasifikace je sestaven tzv. akustický podpis ( anglicky akustický profil ) cíle. Může zahrnovat: mechanický hluk, hluk zařízení, hluk větru, zvuk lopatky, zvuk rychlosti, kavitační hluk, hluk z výčnělků. Pro ponorky jsou vrtule nejhlučnějším objektem . Druhým nejnápadnějším (typickým pro jaderné ponorky) je oběhové čerpadlo (CP) primárního okruhu reaktoru. [2] Akustické podpisy umožňují minovým torpédům Captor selektivně cílit pouze na ponorky. [3]
Nevýhodou pasivní metody je nemožnost přímého určení vzdálenosti k cíli: udává pouze směr - směr k cíli. K určení vzdáleností v pasivním režimu je třeba použít nepřímé metody.
Pasivní metoda je hlavní metodou používanou ponorkami a stacionárními sledovacími systémy. Je to také jediný ve služebním kanálu akustických naváděcích systémů pro námořní zbraňové miny a torpéda .
V aktivním režimu sonarový přijímač detekuje zvuk odražený od cíle ( echo ), který vysílá synchronizovaný vysílač. V souladu s tím se metoda také nazývá nalezení směru ozvěny nebo umístění ozvěny . Na tomto principu fungují sonary (GAS) nebo rádiové sonarové bóje ( RGAB ) .
Výhodou aktivní metody je možnost přímo určit nejen směr, ale i vzdálenost k cíli.
Nevýhodou je menší rozsah detekce než u pasivního způsobu - odražený signál klesá se vzdáleností pod užitečnou úroveň a pokusy o zvětšení dosahu vedou k exponenciálnímu nárůstu intenzity signálu , který je technicky omezený; nedostatek utajení detekce - ponorka slyší vydávaný signál na vzdálenost asi dvakrát tak daleko, než hledací GAS slyší ozvěnu; nemožnost klasifikace cílů - jediné, co lze spolehlivě určit, jsou souřadnice cíle.
Z těchto důvodů je aktivní metoda typická pro: povrchové lodě, protože podmínky pasivní detekce jsou pro ně omezeny jejich vlastním šumem; pro radioakustické bóje a snížený plyn; u ponorek upřesnění prvků pohybu cíle bezprostředně před útokem; a v bojovém kanálu naváděcích systémů námořních zbraní.
Magnetometrická metoda je založena na hledání zkreslení magnetického pole Země – magnetických anomálií . Přítomnost velkých množství feromagnetik , jako je trup ponorky, vytváří anomálie dostatečně velké na to, aby byly detekovány magnetometrem .
Protiponorková indikační smyčka byl podvodní kabel ležící na mořském dně a sloužil k detekci průchodu nepřátelských ponorek. Jeho první praktické použití bylo ve Firth of Forth v srpnu 1915 skotským fyzikem Alexanderem Crichtonem Mitchellem s pomocí výzkumného zařízení Royal Navy v HMS Tarlair (Aberdour). Bohužel jeho zpráva pro Board of Inquiry and Research (RIR) byla špatně interpretována a jeho zjištění byla zamítnuta jako irelevantní. Vědec William Bragg ze SR&I prováděl relevantní výzkum v SR&I, ale protože SR&I byl nezávislý na kontrole Royal Navy , což námořnictvo nesnášelo, čelil významným neúspěchům, i když přestoupil na HMS Tarlair. Bragg se přestěhoval do experimentální stanice BIR v Harwichi, Essex, Anglie. Na návrh Bragga byla Mitchellova práce revidována, zájem o Mitchellovu smyčku opět vzrostl v roce 1917, což vedlo k jejímu úspěšnému rozvoji v polovině roku 1918. Smyčky byly během druhé světové války hojně využívány spojenci k ochraně přístavů před útokem ponorek. [čtyři]
V Chicagském muzeu vědy a techniky je v sekci "ponorky" výstava, kde si návštěvník může provést jednoduchý experiment. Na překližkové desce není nic vytištěno kromě souřadnicové mřížky. Pod tabletou je několik železných předmětů. Jejich počet ani umístění není předem známo. Rovnoměrným pohybem magnetu po tabletu lze určit souřadnice, na kterých se pohyb střetává s odporem - souřadnice anomálií.
Mezi protiponorkovými silami je letectví jediným nositelem aeromagnetometrů, neboli senzorů magnetických anomálií ( angl. Magnetic Anomaly Detector, MAD ) . Přitom dokonalost ostatních detekčních prostředků používaných Američany je taková, že vůbec nezáleží na tom, zda ponorka má magnetické pole nebo ne; takže Američané obecně odstranili magnetometry ze svých nových hlídkových letounů P-8 Poseidon . Právě letadla a vrtulníky jsou schopny v krátké době prozkoumat velké vodní plochy a jejich vlastní magnetická pole jsou malá. I s tímto ale musíte magnetometr z pouzdra vyndat. Proto se protiponorkový letoun pozná podle tuhého ocasního ráhna a vrtulník podle kuželového stabilizátoru vyrobeného kabelu.
Výhodou magnetometrické metody je její jednoduchost a nezávislost na měřeném médiu – magnetické pole Země se ve vodě chová téměř stejně jako ve vzduchu. Navíc je metoda pasivní, to znamená, že cíl o detekci neví.
Hlavní nevýhodou je krátký dosah detekce. Magnetické anomálie se se vzdáleností rychle vyhladí. K určení přítomnosti anomálie je nutné ujet od ní ne dále než 1 ÷ 3 míle. Při rychlostech letu moderních letadel to znamená téměř přímo nad lodí. Navíc, čím nižší let, tím snazší je zaznamenat anomálii. V souladu s tím může loď, aby se snížila pravděpodobnost detekce, jít do hloubky.
Voda je neprostupná pro vlnové délky používané v radaru . Proto je radarová detekce ponorek možná pouze tehdy, když je jakákoli jejich část nad vodou.
To znamená, že detekce je omezena hlavně na dieselové ponorky v poloze periskopu. Jaderné čluny se nemusí vynořit pod periskopem dostatečně dlouho, aby se vyhnuly detekci. To je hlavní nevýhoda této metody.
Na druhou stranu je jeho výhodou vysoká přesnost. Moderní radary jsou schopny detekovat výsuvná podmořská zařízení i na pozadí rušení z vln 2-3 bodů. Takže hlavy RDP jsou detekovány radarem ve vzdálenosti 12 ÷ 15 mil, periskopy ve vzdálenostech 4 ÷ 5 mil a rádiové zaměřovače a antény rádiové inteligence na 1 ÷ 2 mil. [5]
Radar tedy hraje podpůrnou roli a slouží k dodatečnému průzkumu ponorek dříve detekovaných jinými prostředky. Navzdory tomu je radar nepostradatelnou součástí vybavení protiponorkových sil.
Analyzátory plynů detekují přítomnost uhlovodíků ve vzduchu, které jsou charakteristické pro produkty spalování. Jinými slovy, přítomnost výfukových plynů ponorky. Vybavení doslova napodobuje schopnosti lidského nosu. V angličtině se tomu říká přímo English. čichač — čichač.
Metoda byla vynalezena spojenci a byla široce používána během druhé světové války . S rozvojem jaderných ponorek jeho význam klesl. Nepoužívá se však, protože i v rámci RDP produkují lodě dostatek výfukových plynů, aby mohly být detekovány. Letectví je hlavním nositelem analyzátorů plynů.
Je zřejmé, že tato metoda je vhodná pouze proti ponorkám s dieselovým pohonem. To je jeho hlavní nevýhoda . Jeho spolehlivost je navíc velmi závislá na povětrnostních podmínkách – síle větru, vlhkosti a teplotě.
Výhodou metody je její pasivní charakter.
Detekce tepelné stopy je druh infračervené metody zaměřené na detekci jaderných ponorek.
Jaderné ponorkové reaktory používají jako vnější chladivo mořskou vodu. Po vyhození zpět přes palubu je voda teplejší než okolní.
Metoda si získala oblibu, protože tepelná stopa, kterou loď zanechává, je mnohem větší než loď samotná, a proto je snáze zjistitelná. Navíc má stezka tendenci časem stoupat na povrch (současně eroduje a ochlazuje). Stopa, která se dostala na povrch, je detekována i z vesmíru. Ale jeho životnost je nízká: méně než půl hodiny.
Teplotní rozdíl obvykle nestačí k detekci lodi z jednoho měření. Je vyžadováno srovnání a srovnání mnoha měření. Proto je aplikace omezena na sítě specializovaných RSAB, kosmický průzkum a méně často na stacionární sledovací systémy.
Výhodou této metody je dlouhý dosah a její pasivní charakter.
Nevýhodou je nedostatečná spolehlivost jediného měření, nestabilita vůči rušení a v důsledku toho omezený rozsah aplikací - pouze proti jaderným ponorkám.
Expresní metoda pro detekci jaderných ponorek stopami radionuklidů cesia v mořské vodě byla vyvinuta v 80. letech 20. století. [6] Ve druhé polovině 80. let byla technika experimentálně využívána v námořnictvu SSSR. Autor deklaroval implementaci. [6] Ponorky projektu 971 Pike-B byly vybaveny systémy detekce probuzení (SOKS) .
Se zvýšením utajení jaderných ponorek se rozdíl např. mezi teplotami chladiče a vnější vody natolik zmenšil, že se pro stávající senzory stal na pozadí rušení špatně rozlišitelný. Totéž lze říci o magnetické anomálii ponorky s titanovým trupem.
Vzhledem k tomu, že se nepředpokládá znatelné zvýšení citlivosti senzorů, byl důraz přenesen na komplexní zpracování dat z několika detekčních metod. Teplotní rozdíl od chladiče je tedy doplněn rozdílem z míchání vody vrtulí , akustickým podpisem brázdy , elektrickým potenciálem mezi horním a spodním povrchem trupu lodi a dalšími. Síla signálového procesoru a akumulace pozorovacích dat vystupují do popředí pro zvýraznění cíle na přirozeném pozadí moře. Použití prodloužené vlečné antény (TTA) systému SURTASS , sestávající z mnoha hydrofonů, tedy kvalitativně zvýšilo akustický kontrast cílů.
Praxe ukazuje, že složité metody umožňují nejen odhalit moderní jaderné ponorky, ale také udržovat kontakt. [7]
Metody nepřímé detekce hrály a hrají důležitou roli. Loď nemůže vždy udržet nejvyšší úroveň utajení, stejně jako nemůže zůstat pod vodou navždy. Dříve nebo později se musí odhalit. Všechny nepřímé metody jsou založeny na pokusech předpovědět místo a čas, kdy loď sníží plížení, a využít toho.
Hlavními silami pro detekci a ničení ponorek jsou protiponorková letadla a lodě , torpédové a víceúčelové ponorky, protiponorkové vrtulníky a jejich prostředky jsou senzory založené na výše uvedených metodách a specializované procesory pro zpracování informací.
Také pro obranné účely jsou protiponorkové zbraně instalovány na jiných typech válečných lodí a na strategických ponorkách.
V roce 2010 začala Agentura pro pokročilý vojenský rozvoj amerického ministerstva obrany ( DARPA ) vyvíjet projekt autonomních protiponorkových lodí s plně automatickým řízením – ACTUV . [8] Plánuje se použití aktivní echolokace jako hlavního prostředku detekce. [osm]
Samotná detekce ponorky nezaručuje porážku. Aby se protiponorkové síly mohly uzavřít a úspěšně zaútočit, je třeba udržovat navázaný kontakt, dokud se nepřiblíží. Vzhledem k nízké spolehlivosti všech metod vede udržování kontaktu k samostatnému úkolu zvanému sledování ponorek .