Противолодочная оборона: корабли против подлодок. Гидроакустика

Бытует мнение, что надводные корабли крайне уязвимы против подлодок. Это не совсем так. Более того, хотя в современной войне на море именно подлодки в основном должны уничтожать надводные корабли, в прошлом, когда морское противостояние сводилось к борьбе надводного флота с подводным, надводный флот побеждал. И ключевым фактором успеха во всех случаях являлись гидроакустические средства обнаружения подлодок.

Начало

Рано утром 22 сентября 1914 года три британских броненосных крейсера типа «Кресси» выполняли патрулирование в море недалеко от порта Хук-Ван-Холланд на побережье Нидерландов. Корабли двигались строем фронта 10-узловым ходом, прямолинейно, выдерживая расстояние 2 мили от одного корабля до другого, идя без противолодочных зигзагов.

В 6.25 у левого борта крейсера «Абукир» произошёл мощный взрыв. Корабль потерял ход, паровые механизмы на борту (например, лебёдки для спуска спасательных шлюпок) отключились. Через некоторое время на тонущем корабле подняли сигнал, запрещающий другим кораблям подходить к нему, но командир второго крейсера, «Хог», проигнорировал его и бросился спасать товарищей. На мгновение моряки «Хога» увидели вдалеке немецкую подлодку, которая всплыла после отстрела торпеды из-за резко уменьшившегося веса, но тут же исчезла в воде.

В 6.55 по левому борту «Хога» также раздался мощный взрыв. Сразу же за ним произошёл ещё один – сдетонировала часть боекомплекта 234-мм артиллерийских снарядов на борту. Корабль начал тонуть и уже через 10 минут ушёл на дно. К этому моменту уже затонул и «Абукир».

Третий крейсер «Кресси» шёл на выручку тонущим морякам с другой стороны. С его борта наблюдали перископ немецкой подлодки и открыли по ней огонь. Британцы даже посчитали, что потопили её. Но в 7.20 у борта «Кресси» также произошёл мощный взрыв. Корабль после него, правда, остался на плаву, и в 7.35 он был добит последней торпедой.

Все три крейсера были потоплены немецкой подлодкой U-9 под командованием капитан-лейтенанта Отто Веддигена. Старая субмарина, построенная в 1910 году, имевшая крайне скромные для 1914 года характеристики и всего четыре торпеды отправила на дно три пусть и устаревших, но ещё вполне боеспособных корабля менее, чем за полтора часа и ушла неповреждённой.

Так в мире началась эра подводной войны. До этого дня подлодки многими флотоводцами рассматривались как разновидность цирка на воде. После – уже нет, и теперь это «уже нет» было навсегда. Вскоре Германия перейдёт к неограниченной подводной войне, да и против надводных кораблей Антанты её подлодки продолжат применяться, иногда с убийственным эффектом, как, например, U-26, утопившая на Балтике российский крейсер «Паллада» на котором при детонации боезапаса погиб весь экипаж в 598 человек.

Примерно за пару лет до конца войны инженеры в странах Антанты начали подступаться к средствам обнаружения подлодок. В конце мая 1916-го изобретатели Шиловский и Ланжевен подали в Париже совместную заявку на «прибор для дистанционного обнаружения подводных препятствий». Параллельно аналогичные работы (под условным шифром ASDIC) в обстановке глубокой секретности проводили в Великобритании под руководством Роберта Бойла и Альберта Вуда. Но первые гидролокаторы типа ASDIC Type 112 поступили на вооружение ВМС Великобритании уже после войны.

После успешных испытаний в 1919 году, в 1920-м, эта модель гидролокатора встаёт в серию. Несколько усовершенствованные приборы такого типа были основным средством обнаружения подлодок во время Второй мировой войны. Именно они «вывезли на себе» бои конвойных кораблей против немецких подлодок.

В 1940 году британцы передали свои технологии американцам, которые и сами имели серьёзную программу акустических исследований, и вскоре гидроакустическое оборудование появилось и на американских боевых кораблях.

Вторую мировую войну союзники прошли именно с такими гидролокаторами.

Первое послевоенное поколение гидроакустического оборудования

Главным направлением развития гидроакустических станций в первые послевоенные годы надводных кораблей стала интеграция с средствами поражения (системами управления огнем реактивных глубинных бомб и торпед), при некотором повышении характеристик от уровня достигнутого в ходе Второй мировой войны (например ГАС SQS-4 на эсминцах «Форест Шерман»).

Резкое повышение характеристик ГАС требовало большого объема научно-исследовательских и опытно конструкторских работ (НИОКР) которые интенсивно шли начиная с 50-х годов, однако в серийных образцах ГАС были реализованы уже на кораблях второго поколения (вступавших в строй с начала 60-х годов).

Следует отметить, что ГАС этого поколения были высокочастотными и обеспечивали возможность эффективного поиска подлодок (в пределах своих характеристик) в т.ч. на мелководье, или даже лежащих на грунте.

В СССР в это время шли как перспективные НИОКР, так и активное освоение англо-американского и немецкого опыта и научно-технического задела времен Второй мировой войны для создания отечественных ГАС первого послевоенного поколения кораблей, и результат это работы был вполне достойный.

В 1953 году Таганрогский завод, ныне известный как «Прибой», а тогда просто «почтовый ящик №32», выпустил первую отечественную полноценную ГАС «Тамир-11». По своим ТТХ она соответствовала лучшим образцам западной техники конца Второй мировой.

В 1957 году на вооружение была принята ГАС «Геркулес», устанавливающаяся на корабли различных проектов, которая по своим характеристикам уже была сравнима с американской ГАС SQS-4.

Безусловно, эффективность применения ГАС в сложных условиях морской среды прямо зависела от подготовки личного состава, и как показал опыт, в умелых руках корабли с такими ГАС могли эффективно противодействовать даже новейшим атомным подлодкам.

В качестве иллюстрации к возможностям ГАС первого послевоенного поколения, приведём пример одного преследования советскими кораблями американской подводной лодки

Из статьи кап. 2 ранга Ю.В. Кудрявцева, командира 114-й бригады кораблей ОВР и кап. 3 ранга A.M. Суменкова, командира 117-го дивизиона ПЛО 114-й бригады кораблей ОВР:

Вся статья со схемами преследования, боевого маневрирования и построения ордера ПЛО здесь, настоятельно рекомендуется всем интересующимся предметом.

Стоит обратить внимание вот на что: в статье описывается то, как американская подлодка неоднократно пыталась скрыться от преследования с помощью газовой завесы, но тогда и в тот момент её это не удалось. Тем не менее, на этом стоит акцентировать внимание – газовые завесы были эффективным средством уклонения от ГАС первого поколения. Высокочастотный сигнал при всех его плюсах не давал чёткой картинке при работе «сквозь» завесу. Это же касалось ситуации, когда лодка интенсивно перемешивает воду резкими манёврами. В этом случае, даже если ГАС её обнаруживает, то применить оружие по её данным не получается: завеса, какой бы она ни была, препятствует определению элементов движения цели – скорости и курса. А часто лодка просто терялась. Пример такого уклонения хорошо описан в воспоминаниях адмирала А.Н. Луцкого:

В следующем поколении ГАС проблема газовых завес была решена.

Второе послевоенное поколение

Ключевой особенностью второго послевоенного поколения ГАС стало появление и активное применение новых мощных низкочастотных ГАС, с резко (на порядок) увеличенной дальностью обнаружения (в США это были SQS-23 и SQS-26). Низкочастотные ГАС были нечувствительны к газовым завесам и имели намного большую дальность обнаружения.

Для поиска ПЛ под скачком в США была разработана буксируемая среднечастотная (13КГц) ГАС (БУГАС) SQS-35.

При этом высокий технологический уровень позволил США создать низкочастотные ГАС, пригодные для размещения на кораблях даже среднего водоизмещения, в то время как советский аналог SQS-26, — ГАС МГ-342 «Орион» противолодочных крейсеров проекта 1123 и 1143 имел огромные массу и габариты (только подкильная выдвижная антенна имела размеры 21×6,5×9 метра) и не мог устанавливаться на кораблях класса СКР – БПК.

По этой причине на кораблях меньшего водоизмещения (в т.ч. БПК проекта 1134А и Б, имевших «почти крейсерское» водоизмещение) были установлены меньшая по размерам среднечастотная ГАС «Титан-2» (с дальностью существенно менее американских аналогов) и буксируемая ГАС МГ-325 «Вега» (на уровне SQS-35).



Позднее на замену ГАС «Титан-2» был разработан гидроакустический комплекс (ГАК) МГК-335 «Платина» в полной комплектации имевший подкильную и буксируемую антенны.

Новые гидроакустические станции резко расширили противолодочные возможности надводных кораблей, и в начале шестидесятых годов прошлого века советским подводникам сполна пришлось испытать их эффективность на себе.

Приведём в качестве примера отрывок из повести вице-адмирала А.Т Штырова «Приказано соблюдать радиомолчание» о попытке дизель-электрической подлодки ВМФ СССР выйти на дистанцию применения оружия по американскому авианосцу. Описываемые события относятся к середине шестидесятых годов и имели место в Южно-Китайском море:

Ещё один пример приводит в своей книге адмирал И.М. Капитанец:
В данным примерах содержится формальное противоречащие: в инструкции бригады ПЛ ТОФ указывается дальность обнаружения новых низкочастотных ГАС ВМС США порядка 60 каб, а у Капитанца (до 300 каб). В реальности все зависит от условий, и в первую очередь гидрологии.

Вода – крайне сложная среда для работы поисковых средств, и даже наиболее эффективное в ней средства поиска – акустические условия среды влияют очень сильно. Поэтому есть смысл хотя бы в кратце коснуться этого вопроса.

В ВМФ РФ было принято выделять 7 основных типов гидрологии (с множеством их подтипов).

Тип1. Положительный градиент скорости звука. Существует, как правило, в холодное время года.

Тип 2. Положительный градиент скорости звука изменяется на отрицательный на глубинах порядка десятков метров, что имеет место, когда наблюдается резкое охлаждение поверхностного или приповерхностного слоя. При этом ниже «слоя скачка» («перелома» градиента) формируется «зона тени» для подкильных ГАС.

Тип 3. Положительный градиент изменяется на отрицательный, а затем снова на положительный, что характерно для глубоководных районов мирового океана в зимний или осенний период.

Тип 4. Дважды происходит изменение градиента с положительного на отрицательный. Такое распределение может наблюдаться в мелководных районах океана, мелком море, шельфовой зоне.

Тип 5. Уменьшение скорости звука с глубиной, что характерно для мелководных районов в летнее время. При этом формируется обширная «зона тени» на малых глубинах и относительно малой дистанции.

Тип 6. Отрицательный знак градиента изменяется на положительный. Данный тип ВРСЗ имеет место практически во всех глубоководных районах мирового океана.

Тип 7. Отрицательный градиент изменяется на положительный, а потом вновь на отрицательный. Это возможно в районах мелкого моря.

Особенно сложные условия для распространения звука и работы ГАС имеют место в мелоководных районах.
Реальности дальности обнаружения низкочастотных ГАС сильно зависели от гидрологии, и в среднем были близки к ранее названным 60 каб (с возможностью их значительного увеличения в благоприятных гидрологических условиях). Следует отметить, что эти дальности были хорошо сбалансированы с дальностью основного противолодочного средства ВМС США — противолодочного ракетного комплекса (ПЛРК) «Асрок».

Вместе с тем аналоговые низкочастотные гидролокаторы второго послевоенного поколения кораблей имели недостаточную помехозащищенность (что в ряде случае успешно использовали наши подводники) и имели значительные ограничения при работе на малых глубинах.

С учетом этого фактора предшествующее поколение высокочастотных ГАС сохранялось и было широко представлено в флотах как США и НАТО, так и ВМФ СССР. Более того, в некотором смысле«возрождение» высокочастотных противолодочных ГАС произошло уже на новом технологическом уровне — для воздушных носителей – вертолетов кораблей.

Первыми здесь были ВМС США, и советские подводники быстро оценили всю серьезность новой угрозы.

В СССР для противолодочного вертолета Ка-25 была разработана опускаемая ГАС (ОГАС) ВГС-2 «Ока», оказавшаяся, не смотря на свою простоту, компактность и дешевизну, весьма эффективным поисковым средством.

Малая масса «Оки» позволила не только дать весьма неплохое средство поиска нашим вертолетчикам, но и массово оснастить корабли ВМФ (особенно действовавшие в районах с сложной гидрологией) ОГАС. Широкое распространение ВГС-2 получила и на пограничных кораблях.

Безусловно, недостатком ОГАС в корабельном варианте была возможность поиска только на стопе. Однако для оружия подлодок того времени корабль на стопе был весьма сложной целью. Кроме того противолодочные корабли обычно применялись в составе корабельных поисково-ударных групп (КПУГ), имели системы групповых атак и обмена данных по обнаруженным ПЛ.

Интересный эпизод по использованию ОГАС "Ока" с фактическими ТТХ много выше установленных (причем в сложных условиях Балтики) содержится в мемуарах кап.1 ранга Дугинца В.В. "Корабельная фанагория":

Работа со стопа позволяла максимально учесть условия гидрологии, буквально «выбрать все возможности» по поиску подлодок. По этой причине наибольшими поисковыми возможностями из всех ГАС второго поколения обладала мощная ОГАС «Шелонь» МПК проекта 1124, например, из истории МПК-117 (ТОФ): 1974 г. — при отработке задач по обнаружению пл установил рекорд дивизиона. ГАС МГ-339 "Шелонь" обнаружил и удерживал лодку в радиусе удаления 25,5 мили; 26.04.1974 г. — осуществлял слежение за иностранной пл. Время контакта составило 1 час. 50 мин. (по данным разведки апл ВМС США); 00.02.1975 г. — осуществлял слежение за иностранной пл. Время контакта составило 2 час. 10 мин.

В конце семидесятых годов в гидроакустике наметился новый технологический скачок.

Третье послевоенное поколение

Ключевой особенностью третьего послевоенного поколения ГАС стало появление и активное применение цифровой обработки в ГАС и массовое внедрение в ВМС зарубежных стран ГАС с гидроакустической протяжённой буксируемой антенной — ГПБА.

Цифровая обработка резко повысила помехоустойчивость ГАС и дала возможность эффективной работы низкочастотных гидролокаторов в сложных условиях и в районах с малыми глубинами. Однако главным в облике западных противолодочных кораблей стали гибкие протяженные буксируемые антенны (ГПБА).

Низкие частоты в воде распространяются на сверхдальние расстояния, теоретически давая возможность обнаружения подводных лодок на очень больших дистанциях. На практике же, главным препятствием этому был высокий уровень фоновых помех океана на этих же частотах, соответственно для реализации больших дальностей обнаружения необходимо было наличие отдельных (по частоте) «пиковых» выбросов акустической энергии спектра шума подводной лодки (дискретных составляющих, — ДС), и соответствующие средства обработки информации противолодочного, позволяющего «вытащить» эти ДС «из-под помехи», и работая с ними получить желаемые большие дальности обнаружения.

Кроме того, работа с низкими частотами требовала размеров антенн, выходивших за пределы возможностей размещения на корпусе корабля. Так появились ГАС с ГПБА.

Наличие большого количества характерных «дискрет» (дискретных шумовых сигналов, то есть шумов, чётко прослушиваемых на определённых частотах) у советских подводных лодок 1 и 2 поколений (не только атомных, но и дизельных (!) обеспечивало высокую эффективность ГАС с ГПБА. В значительной мере они сохраняли эффективность и по уже хорошо обесшумленным лодкам 3 поколения при решении задачи противолодочной обороны конвое и отрядов боевых кораблей (особенно при движении наших ПЛ на повышенных скоростях).

Для обеспечения максимальных дальностей и оптимальных условий обнаружения ГПБА стремились заглубить в подводный звуковой канал (ПЗК).
С учетом особенностей распространения звука в условиях наличия ПЗК, зона обнаружения ГПБА представляла собой несколько «колец» зон освещения и тени.

На схеме видно и то, для чего кораблю нужна и подкильная ГАС тоже.

Требование «догнать и перегнать» США по ГАС для надводных кораблей воплотилось у нас в ГАК МГК-355 «Полином» (с подкильной, буксируемой антенной и впервые в мире (!) – реально работающим трактом обнаружения торпед, обеспечивающим их последующее уничтожение). Отставание СССР по электронике не позволило создать в 70х годах прошлого века полностью цифровой комплекс, «Полином» был аналоговым с вторичной цифровой обработкой. Однако, не смотря на свои габариты и массу обеспечил создание весьма эффективных противолодочных кораблей проекта 1155.





Яркие воспоминания по использованию комплекса «Полином» оставил гидроакустика с БПК «Адмирал Виноградов»:
Отдельно необходимо остановиться на проблеме разработки ГПБА в СССР. Соответствующие НИОКР были начаты еще в конце 60х, практически одновременно с США.

Однако существенно худшие технологически возможности и резкое уменьшение шумности (и ДС) подводных целей которое ясно обозначилось еще с конца 70-х годов прошлого века, не позволили создать эффективную ГПБА для НК до начала 90-х.

Первый опытный образец ГАК «Кентавр» с ГПБА был развернут на борту опытового судна ГС-31 Северного флота.

Из воспоминаний его командира:
А в середине 80х в были завершены НИОКР уже по полностью цифровым ГАК для кораблей – ряда (от малых до самых крупных кораблей) «Звезда».

Четвертое поколение. После «холодной войны»

Уменьшение шумности подводных лодок постройки 80-х годов привело к резкому снижения дальностей и возможности их обнаружения пассивными ГПБА, вследствие чего возникла логичная идея: «подсветить» акваторию и цели низкочастотным излучателем (НЧИ) и не только сохранить эффективность пассивных средств поиска ПЛ (ГПБА кораблей, РГАБ авиации), но и значительно повысить их возможности (особенно при работе в сложных условиях).