На острие подводного противостояния: гидроакустика подлодок. От начала «холодной войны» до 70-х

Предисловие

Вопросы и проблемы современной подводной войны современной подводной войны рассматривались на страницах «ВО» неоднократно:

Арктический торпедный скандал.

Реальные угрозы в Арктике: с воздуха и из-под воды.

АПКР «Северодвинск» сдан ВМФ с критическими для боеспособности недоделками.

Антиторпеды. Мы пока впереди, но нас уже обгоняют.

Куда бежит адмирал Евменов?

Противолодочная оборона: корабли против подлодок. Гидроакустика.

Противолодочная оборона: корабли против подлодок. Оружие и тактика .

Однако полноценное раскрытие тематики невозможно без рассмотрения вопросов гидроакустики подводных лодок, причем с акцентом на их развитие и реальную (боевую) эффективность. Необходимо отметить, что такой комплексный подход к тематике выполняется у нас впервые.

Часть 1. Первое и второе поколение. Гидроакустика Великой войны

В 1930 году в Германии комиссией во главе с известным советским учёным (и бывшим командиром подводной лодки) А. И. Бергом были закуплены шумопеленгаторы для первых отечественных подводных лодок. К 1932 году на базе полученных германских шумопеленгаторов (ШПС, шумопеленгаторная станция) были разработаны первые отечественные ШПС «Меркурий» и «Марс». Однако проблемы с их качеством привели к дальнейшим закупкам германских шумопеленгаторов в 30-х годах (только в 1936 г. — 50 комплектов).

Крупный российский историк М. Э. Морозов писал:




С мнением о «хорошем знании» немецких гидроакустических станций (ГАС) у нас нельзя согласиться: если по формальным техническим характеристикам наши «Марсы» были действительно похожи на германские GHG, то по реальным боевым возможностям они были просто несопоставимы.

Союзники, получив в руки германские шумопеленгаторы (впервые на захваченной в мае 1942 г. подлодке U-570), испытали шок от их высоких боевых возможностей, и ключевым фактором здесь был комплекс мероприятий по обеспечению их высокой помехоустойчивости и чувствительности — как раз то, что было в значительной мере упущено нами.

Про шумопеленгатор подлодки «Д-2» писалось:





Суть дела была в том, что станции GHG были сравнительно низкочастотны (с нижней границей значительно более 1 КГц), и, не имея необходимых средств защиты от помех, «собирали ее лопатой».

Кроме того, имея малую базу, даже в полностью исправном виде «Марсы» имели большую ошибку пеленгования, высокий уровень боковых лепестков и плохое разрешение по курсовому углу. Например, при атаке нашей К-21 германского соединения с линкором «Тирпиц», с учетом сплошного фронта шумов и невозможности раздельного пеленгования целей ШПС «Марс» в процессе атаки К-21 оказалась абсолютно «слепой» под водой.

Таким образом, еще в самом начале своего развития гидроакустики ПЛ фактор помехоустойчивости стал одним из определяющих факторов развития и реальных возможностей ГАС.

Большой интерес представляет германский опыт решения данной технической проблемы в течение 30-х и начале 40-х годов. Помимо общей высокой технической культуры изготовления, применения акустических развязок, германские разработчики ввели набор полосовых частотных фильтров (фактически отдельных поддиапазонов частот) с тремя средними значениями 1, 3 и 6 кГц. При этом в ходе атак чаще всего использовались 3 и 6 кГц поддиапазоны, обеспечивавшие наилучшую точность (ошибка 1,5° и менее 1° соответственно) и возможность раздельного пеленгования близких целей.



В условиях Атлантики дальности обнаружения ШПС GHG одиночных целей (в низкочастотном поддиапазоне) достигали 20-30 км, конвоев — 100 км.

Очень хороший эффект дало конструктивное оформление крупноразмерной антенны ШПС (с хорошей базой) как отдельного обтекаемого «балконного устройства».






Высокие ТТХ последних вариантов ШПС GHG обеспечивали эффективное и скрытное применение торпед новыми ПЛ XXI и XXIII серий, и союзникам очень повезло, что лишь крайне малое их количество успело вступить в строй кригсмарине.

Первое послевоенное поколение. Мы

Новая военно-политическая обстановка после окончания Второй мировой войны требовала ускоренного строительства ВМФ и его подводных сил на самом современном уровне.

Была проведена честная и жесткая работа над ошибками по созданию своих ГАС, очень внимательно изучались ГАС союзников и германский опыт (в т.ч. в ходе специальных тем, например, «Трофей» 1946 г.).

Мощный скачок в развитии тогда в СССР получили практически все отрасли науки, не только ракетостроение и авиация, но и гидроакустика.

В 1946 г. в ОКБ-206 завода «Водтрансприбор» начались работы по созданию современной унифицированной ШПС «Феникс» для ПЛ большой кораблестроительной программы ВМФ СССР. Опытный экземпляр ШПС был установлен на трофейную ПЛ XXI серии и успешно прошел государственные испытания (ГИ) в 1950 г.



ШПС «Феникс» оказалась крайне удачной разработкой, вполне достойно выглядевшей на фоне зарубежных аналогов (например, американской AN/SQR-2).



Цилиндрическая антенна из 132 магнитострикционных приемников, фазовый метод пеленгования, обеспечивавший высокую точность (ошибка менее 0,5°) выдача данных для торпедной стрельбы, комплексирование с двухчастотной (15 и 28 кГц) гидролокационной станцией (ГЛС) «Тамир-5Л» (в дальнейшем при модернизации замененной на «Плутоний») и режимом кодовой связи между ПЛ. Правильный выбор частотного диапазона (результат очень внимательного изучения зарубежного опыта!) обеспечил хорошую помехоустойчивость и разрешение по курсовому углу близких целей.

Для самой массовой отечественной ПЛ проекта 613 антенна ШПС «Феникс» размещалась в аналоге «балконного устройства» немецких ПЛ совместно с ГЛС «Тамир-5Л» (заменяемой при модернизации на «Плутоний»).



В 1956-1959 гг. ОКБ-206 были выполнены две опытно-конструкторских работы (ОКР) по модернизации ШПС «Феникс»: «Кола» (реализация режима автоматического сопровождения целей, АСЦ) и «Алдан» (повышение чувствительности и реализация корреляционного метода пеленгования и кругового осмотра горизонта с периодом 30 или 60 с за счет непрерывного вращения коммутатора антенны). Модернизированная ШПС была принята на вооружение в 1959 г. под обозначением МГ-10.

В начале 60-х годов была проведена еще одна модернизация: МГ-10М с увеличением дальности обнаружения еще на 30% и комплексированием с гидроакустической станцией (ГАС) обнаружения гидроакустических сигналов (ОГС) «Свет-М».






Из воспоминаний офицера радиотехнической службы с Б-440 641 проекта:


Это писалось про 70-е годы, но фактически ШПС «Феникс»-МГ-10 дожили не только до начала 90-х (полного вывода из состава ВМФ их носителей), но и до наших дней. Один из вариантов современного ГАК МГК-400ЭМ (МГК-400ЭМ-01) предусматривал возможность аппаратной модернизации ГАС МГ-10М, МГ-13М «Свияга М», МГ-15М «Свет М». В доработанном виде (с новыми антеннами) это является сегодня одним из вариантов гидроакустического вооружения новых проектов малых ПЛ (например, из ряда «Пиранья» СПБМ «Малахит»).

Отечественным конкурентом «Фениксу» и «Плутонию» от «Водтрансприбора» оказалась комплексная (ШП и ГЛ) ГАС «Арктика», разрабатывавшаяся в НИИ-3 (НИИ «Морфизприбор») с 1952г. для ПЛ среднего и большого водоизмещения.

По сути, «Арктика» представляла собой большое гидроакустическое ухо с приводами вращения, рефлектором и 4 обратимыми гидроакустическим преобразователями. Режимы работы: ШП, АСЦ, ГЛ. Для режима ШП предусматривалось автоматическое вращение антенны в заданном секторе поиска с скоростями 3, 6 и 16 градусов в секунду. Для режима ГЛ впервые вводилась гребенка допплеровских фильтров в приеме.



На вооружении ГАС «Арктика-М» была принята только в 1960 г. под обозначением МГ-200. «Арктика-М» имела ряд серьезных недостатков, но была единственной отечественной ГАС ПЛ того времени, позволявшей определять глубину погружения ПЛ-цели.

Офицер с Б-440:

Первое послевоенное поколение. «Вероятный противник»

Американским аналогом «Феникса» и МГ-10 была ШПС AN/BQR-2 (более поздняя ее модернизация на твердотельных элементах AN/BQR-21). Антенна ГАС состояла из 48 линейных гидрофонов высотой 43 дюйма (1092 мм), образующих цилиндр диаметром 68 дюймов (1727 мм). Рабочий диапазон 0,5-15 кГц. Дальность обнаружения ДЭПЛ, модернизированной по проекту GUPPY, идущей под шнорхелем, составляет порядка 15-20 морских миль.



Технические возможности AN/BQR-2 и МГ-10 были близки, поэтому реальная эффективность определялась подготовкой операторов, грамотным использованием ГАС командирами и офицерами ПЛ и их шумностью.

Вопреки широко распространённому мнению о том, что ПЛА ВМС США якобы не используют активных режимов ГАК (ГЛ), они их не только используют, но считают крайне важными в бою.

Вот как описывал первые дуэли между ПЛА и ДЭПЛ Норман Фридман в книге «U.S. Submarines Since 1945». Речь идёт о так называемой операции Rum Tub («Ромовая ванна»), серии учений, в ходе которых отрабатывались бои под водой между первой в мире ПЛА «Наутилус» и дизельными подлодками:





Т.е., даже внезапно обнаружив ДЭПЛ на малой дистанции в ШП (или по факту применения ею торпедного оружия), ПЛА «вероятного противника» «разрывала дистанцию» за пределы эффективного применения торпед, после чего, используя ГЛ, могла спокойно расстреливать нашу ДЭПЛ (и меньшая шумность ДЭПЛ здесь значения уже не имела).

Первоначально «стандартным гидролокатором» ПЛА и ДЭПЛ США была ГЛС AN/BQS-4 с рабочей частотой 7 кГц и дальностью до 7 км (незначительно превосходившую нашу ГЛС «Плутоний»).

Второе поколение. США

Резкое возрастание значения подводного противостояния после ВМВ привело к развертыванию широкомасштабных исследовательских работ по совершенствованию ГАС в США и СССР (при этом обеими сторонами активно использовался германский опыт). Магистральным направлением развития стало обеспечение значительного увеличения дальности обнаружения за счет освоения низкочастотного диапазона.

Практическим их результатом стали новые ГАС (и их комплексирование в составе гидроакустических комплексов – ГАК) второго послевоенного поколения ПЛ.

Первыми здесь были США, развернувшие в конце 50-х годов серийную постройку ПЛА типа «Трешер» (после гибели головной ПЛА серия стала называться «Пермит») и форсированное строительство большой серии ПЛАРБ.

Ключевым элементом новой многоцелевой ПЛА стал гидроакустический комплекс (ГАК) AN/BQQ-2 с крупноразмерной (диаметр 4,5 м) сферической носовой антенной ГАС AN/BQS-6 (режимы ШП и ГЛ), конформной «подковообразной» низкочастотной антенной ШПС AN/BQR-7, аппаратурой классификации целей AN/BQQ-3, ГАС пассивного определения дистанции до цели AN/BQG-2, аппаратурой записи и анализа AN/BQH-2 и станцией звукоподводной связи (ЗПС) AN/BQA-2.

В 1960 году на испытаниях ГАС ДЭПЛ, идущая под шнорхелем, была обнаружена ГАС AN/BQR-7 на расстоянии 75 морских миль.

Приемные антенны ШПС типа AN/BQG-2 были разнесены по корпусу подводной лодки по длине, что позволяет использовать фазовый метод для определения текущей дистанции до цели.




Для ПЛАРБ ВМС США сферическая антенна не устанавливалась, дальнее обнаружение обеспечивалось низкочастотной ШПС AN/BQR-7.

Очень интересным был вариант AN/BQG-2 для ДЭПЛ, с антеннами типа «плавники акулы», заметно выступавшими над настройкой.



Говоря о ГАС ВМС США, необходимо подчеркнуть, что их развитие шло в очень тесной связке с вопросами применения оружия, причем в реальных условиях боя (в т. ч. широкого применения средств гидроакустического противодействия, СГПД).

В значительной мере исходя из этого, на многоцелевых ПЛА ВМС США появилась сферическая антенна, обеспечивавшая в ближней зоне в т.ч. возможность определения глубины цели. Крайне низкая помехоустойчивость систем самонаведения (ССН) торпед для их эффективного применения в условиях СГПД требовала «выключения» ССН в зоне работы СГПД и ее «включения» по проходу «зоны СГПД». Это обеспечивалось системой телеуправления торпед Mk37 mod.1, однако проблема была в том, что ССН имели узкий раскрыв в вертикальной плоскости, и для того, чтобы не промахнуться мимо цели и своевременно «включить голову», нужно было знать реальную глубину уклоняющейся ПЛ-цели (и вывести на нее свою торпеду).

Появление ГАС пассивного определения дистанции до цели было также связано с применением торпедного оружия, и дело здесь не столько в том, что знание дистанции значительно облегчает торпедную атаку, главное было в том, что при применении торпед с ядерной боевой частью (телеуправляемая электрическая торпеда Mk45) необходимо было точно знать текущую дистанцию до уклоняющейся цели (реальная зона поражения ЯБЧ была весьма локальна).

Второе поколение. Мы

К огромному сожалению, несмотря на крупные успехи нашей науки и промышленности по созданию новых ГАС и ГАК, вопросы тесной интеграции оружия и акустики оказались в значительной мере у нас упущены.

Как и в США, в результате крупной НИР «Шпат» был обоснован переход существенно более низкий частотный диапазон и применение предельно (по возможностям носителей) крупноразмерных гидроакустических антенн.

Стоит отметить, что разработка новых ГАС тогда осуществлялась фактически на конкурсной основе (МГ-10 и «Керчь» «Водтрансприбора» и «Арктика» и «Рубин» «Морфизприбора»). Так было во многих высокотехнологических сферах, например, системы управления новых противокорабельных ракет (ПКР) оперативного назначения одновременно разрабатывали НИИ «Гранит» и «Альтаир». Да, здесь было определенное дублирование работ и затрат, но при этом была подстраховка в «рискованных» проектах, а главное, конкуренция заставляла разработчиков выкладываться в работе на «101%», и это полностью оправдывало себя.

ГАК «Керчь» для ракетных атомоходов разрабатывало ОКБ завода «Водтрасприбор». Тактико-техническое задание (ТТЗ) было выдано ВМФ в конце 1959 г. и предусматривало увеличение дальностей обнаружения в новом ГАК на порядок от имевшихся ГАС. Для этого предусматривалась крупноразмерная носовая цилиндрическая антенна (диаметром 4 м и высотой 2,4м), бортовая протяженная антенна (33х3м) с диапазоном частот 0,2-2 КГц.



Испытания экспериментального образца этой антенны на Тихом океане в 1960-1961 гг. впервые обеспечили обнаружение надводных целей на дальности более 250 км.

Высокими возможностями обладали тракты обнаружения гидроакустических сигналов (ОГС) с крупной основной цилиндрической антенной диаметром 2,5 м и гидролокации (ГЛ).

Тракт ГЛ имел мощную (100 и 400 кВт электрической мощности) крупноразмерную (2,5х2 м) антенну, поворотную в обеих плоскостях (по вертикали от +15° до — 60°), обеспечивавшую обнаружение целей даже в зоне «тени» за счет «донных отражений».

Вопреки широко распространённому мнению «о теплой ламповой электронике СССР» в «Керчи» широко применялись транзисторы (например, в предварительных усилителях).

ГАК «Керчь» успешно прошел ГИ в 1966 г. и уже в 1967 г. началась ОКР «Балаклава» по его глубокой модернизации. К большому сожалению, она была прекращена в 1969 г. из-за разработки ГАК «Рубикон» (об этом ниже).

Для многоцелевых атомоходов НИИ «Морфизприбор» разрабатывал ГАК «Рубин» с основной антенной, превосходившей по размерам «керченскую», без бортовых антенн и с другим составом трактов. По технической дальности обнаружения в ШП «Рубин» незначительно превосходил «Керчь» (за счет большей антенны), но главным недостатком «Рубина» оказался слабый по возможностям самостоятельного поиска тракт ГЛ, который из-за ограниченного сектора работы даже назвался как «тракт измерения дистанции (ИД)». Возможность самостоятельного поиска целей трактом ГЛ разработчиками «Рубина», увы, не рассматривалась и не прорабатывалась.



Вместо внутрикомплексной ГАС миноискания (как на «Керчи») была разработана очень хорошая ГАС МГ-509 «Радиан» (об этом ниже).

Для высокоавтоматизированный малой АПЛ проекта 705 разрабатывался ГАК «Океан», имевший очень развитую подсистему гидролокации. Интересно, что на начальных этапах разработки для ГАК «Океан» рассматривалась основная сферическая антенна (как на ПЛА ВМС США), от чего в процессе разработки отказались по технологическим причинам в пользу обычной цилиндрической основной антенны.



По своему техническому уровню ГАК «Керчь», «Рубин», «Океан» были выполнены на очень высоком уровне и были вполне «конкурентоспособны» американскому BQQ-2. Проблема значительного проигрыша наших ПЛ тогда в дальности обнаружения была связана не с ГАС, а с их намного более высокой шумностью (в т.ч. помехой для своих ГАС), наглядным примером чего является известный сравнительный график шумности (и ее снижения) ПЛА ВМС США и ВМФ СССР.

Из статьи контр-адмирала А. Берзина "Guardfish преследует К-184":

СГПД и проблема помехоустойчивости

Ключевой проблемой аналоговых отечественных ГАК была их низкая помехоустойчивость. Безусловно, над этим шла серьезная работа, однако возможности аналоговой техники были объективно ограничены. Если в высокочастотном диапазоне еще можно было обеспечить высокую помехоустойчивость за счет малой длины волны и приличной апертуры антенны, то малый динамический диапазон трактов шумопеленгования ГАК и значительный уровень боковых лепестков их приемных антенн приводил к тому, что с момента применения ПЛА ВМС США низкочастотных СГПД наши ГАК в режиме шумопеленгования «слепли» (в т.ч. полностью). И противник демонстрировал нам это многократно.

Здесь необходимо особо подчеркнуть, что с начала 50-х годов ВМС США, рассматривая СГПД (тематика которых требует отдельной статьи) как один из ключевых факторов подводного боя, провели целый ряд исследовательских учений с широким применения кораблей, оружия, СГПД. Были созданы эффективные СГПД (в т.ч. низкочастотные), развернут их серийный выпуск, они были хорошо освоены ВМС США и НАТО и широко и массированно ими применялись. Т.е. то, чем в бою «ослепить» ГАК ПЛ ВМФ СССР, у подводников США было…

В СССР же была противоположная ситуация. СГПД «потерялись» между «торпедистами», «акустиками», «вычислителями», «механиками», «рэбовцами»… Формально за них отвечали «структуры РЭБ», но «эффективность» такого управления была такова, что до самого последнего времени ПЛ ВМФ вообще не имели СГПД с эффективным низкочастотным подавлением (МГ-74, на котором была попытка «сделать что-то такое», был ущербен на уровне изначального ТТЗ).

Основой боекомплекта СГПД ВМФ СССР были тупые «пузырилки» типа ГИП-1 и МГ-34, имевшие низкую эффективность (в низкочастотном диапазоне вообще околонулевую). При этом данные проблемы совсем не значат, что возможностей не было. Были! Пример этому — очень и очень достойный самоходный имитатор МГ-44, сделанный еще в 1967 г., или прибор МГ-104 конца 80-х годов.

Просто задача создания эффективных СГПД для ПЛ ВМФ фактически не ставилась, а та работа, которая велась по этой тематике, была практически полностью имитацией бурной деятельности. Эффективных средств СГПД наши подводники или не имели вообще, или их было крайне ограниченное количество (МГ-44, МГ-104).

Все это при соприкосновениях с «вероятным противником» в море приводило порой к крайне тяжелым последствия.

Контр-адмирал Штыров:


Жестокая ирония заключается в том, что были и другие примеры успешной «технической самодеятельности» самих подводников (которые, однако, не вызвали заинтересованности у командования, науки и промышленности). Вспоминает контр-адмирал Наумов В.В., бывший штурман Б-36, прорывавшейся в 1962 г. в составе «четверки» ДЭПЛ проекта 641 к Кубе:





Говоря о СГПД, необходимо отметить еще одну проблему: гипертрофированную секретность, в результате чего «акустики» и «рэбовцы» сидели и ехали отдельно, в «разных вагонах». Более того, от «плавсостава» ВМФ реальные характеристики и возможности наших СГПД порой просто скрывались!

В данной ситуации спасением для ВМФ СССР оказались высокочастотные станции миноискания.

ГАС миноискания

ГАС миноискания ГАК «Керчь», «Океан» и отдельная ГАС МГ-509 «Радиан» имели очень высокую помехозащищенность, уверенно классифицируя СГПД и реальные ПЛ-цели (причем это обеспечивалось даже на высоких скоростях нашей ПЛ).



Весьма высокими возможностями обладал и тракт миноискания ГАК «Керчь», обеспечивавший не только основное назначение, но и успешно «видевший» торпеды на очень хороших дальностях. Например, по воспоминаниям офицера минно-торпедного управления ТОФ (и далее 28 НИИ) Бозина Л.М., при стрельбе с ПЛ проекта 670 он лично наблюдал на экране ГАС торпеды 53-65К, наводившиеся по кильватерному следу надводной цели.

Т.е. ирония судьбы в том, что сегодня ракетных атомоходы проектов 667 и 670 и разработки начала 60-х годов вполне могли бы успешно применить антиторпеды «Ласта», т.е. сделать то, что на что «новейшие» «Бореи» оказываются неспособны.

Здесь необходимо понимать, что такое использование ГАС миноискания (как основного средства целеуказания в бою) «расходилось» с официальными рекомендациями, делалось инициативно и в крупные рукдоки ВМФ не попало, даже несмотря на ряд крупных наших успехов, достигнутых благодаря ГАС миноискания и инициативным, умным и решительным действиям ряда наших командиров ПЛ. Подробнее — в статье "На острие подводного противостояния. «Холодная война» подплава".

Более того, при создании унифицированной ГАС миноискания «Арфа» для ПЛ 3 поколения, очень хорошей по задумке и техническому уровню, у нее абсолютно необоснованно была «зарезана» шкала дальности (всего 4 км)! И это несмотря на то, что ГАС миноискания могут «видеть» дальше (естественно, не мины, а ПЛ-цели), это успешно показал еще «Радиан» (у которого была возможность переразвёртки шкалы на большую дистанцию).

Краткие выводы

Практически все созданные в конце 50-х – начале 70-х гг. образцы отечественных ГАС и ГАК обладали высоким технически уровнем и достойными боевыми возможностями.

Необходимо отметить, что в этот период разработка ГАС в СССР осуществлялась разными организациями, и успешно. Монополизация работ отсутствовала.

Превосходство ПЛА вероятного противника в тот период времени было связано не с отставанием отечественной гидроакустики, а с много большей шумностью (и помехой для своих ГАС) наших атомоходов.

При этом, однако, существовала крайне серьезная (и не осознанная в полной мере командованием ВМФ СССР) проблема крайне недостаточной помехозащищенности наших ГАК второго поколения от СГПД «вероятного противника». При их применении ГАК полностью теряли обстановку, и вести слежение (или бой) было возможно только по данным высокочастотных станций миноискания.

Еще одной серьезной проблемой отечественной гидроакустики стала модернизация ГАС и ГАК. В отличие от ВМС США, начиная с ГАК второго поколения, она оказалась фактически заброшенной, причем под эт