Сонар
Сонар
При использовании глубинных бомб и снарядов «хеджехогов» возникала та же проблема, что и при обычной артиллерийской стрельбе — наводка. Требовалось обнаружить лодку и установить ее место нахождения. После неожиданных и сокрушительных успехов подводных лодок в 1914 году англичане приложили максимум усилий, чтобы создать прибор, способный обнаружить погрузившуюся подводную лодку. В результате был создан гидрофон — чувствительный акустический приемник, который мог засечь шумы, создаваемые движущейся подводной лодкой. Вмонтированный в днище корабля, гидрофон передавал оператору шум винтов лодки и давал общее направление на нее. Судя по всему, первый случай обнаружения подводной лодки гидрофоном имел место 23 апреля 1916 года, когда UC-3, попавшая в противолодочную сеть, была выслежена и уничтожена надводным кораблем.
В 1916 году американский флот разработал и начал устанавливать на своих кораблях «слушающее устройство» SC, аналогичное британскому гидрофону. К концу Первой Мировой войны такое устройство широко применялось противолодочными кораблями союзников, а проведенные улучшения сделали его очень чувствительным. Опасаясь обнаружения, подводная лодка могла на короткое время отключать моторы или вообще неподвижно отлеживаться на морском дне. Но гидрофон мог засечь самый слабый звук — даже тихое жужжание моторчика гирокомпаса.
Однако гидрофон имел и существенные недостатки. Прежде всего, он воспринимал шумы винтов всех кораблей, находящихся поблизости, а не только подводной лодки. Чем выше были его акустические качества, тем больше шумов он принимал. Оператор прибора SC не мог отстроиться от посторонних шумов. В головных телефонах постоянно слышались шуршание и потрескивание, поэтому требовалось обладать острым слухом и уметь различать шумы.
Хотя гидрофон и давал общее направление на подводную лодку, он не определял расстояние. В конце Первой Мировой войны охотники за подводными лодками продолжали стоять перед проблемой определения расстояния, от чего зависела точность выхода корабля на цель. Поэтому гидрофон не решал всех проблем. Опытный оператор был способен обнаружить находящуюся под водой лодку и указать примерное направление на нее. Однако он не мог определить расстояние до лодки.
В период между войнами достижения электроники позволили преодолеть некоторые недостатки гидрофона. Британский и американский флоты создали устройство, способное измерять расстояние до погрузившейся лодки. Это высокочастотное электронное устройство действовало, используя принцип эхолокации. Англичане назвали его асдиком, а американцы — сонаром.
Описание электронной части сонара было бы слишком сложным, поэтому мы не будем вдаваться в детали того, «как» это происходит, а лишь кратко изложим, «что» происходит. Сонар расположен в обтекаемом контейнере под днищем корабля. Оператор может использовать его двумя способами: или просто слушать шумы, чтобы засечь звук винтов или внутренних механизмов лодки, или вести эхолокацию, чтобы обнаружить лодку и замерить расстояние до нее. Оба способа основаны на законах гидроакустики. Прослушивание означает именно прослушивание. Оператор сонара слушает все подводные шумы и старается различить среди них те, которые издает подводная лодка. Определение дистанции и направления происходит несколько сложнее.
Эхолокация — это процесс определения пеленга и дистанции до подводного объекта путем посылки направленного звукового сигнала и приема отраженного эха направленным звукоулавливающим устройством. В этом случае оператор сонара посылает в воду острый пучок звуковых импульсов — высокое «динь». Как и радиоволна, акустический сигнал может идти в воде многие мили, пока не встретит какое-то препятствие. Обладая особыми свойствами, акустический сигнал отражается от встреченного объекта. В результате это «динь» превращается в резиновый мячик, который, отскочив от цели, возвращается к бросившему его. Интервал времени до возвращения сигнала (эха) дает расстояние до цели, а траектория дает пеленг на цель.
Кроме того, акустический сигнал, отразившись от движущегося объекта, меняет свою частоту (эффект Допплера). Это может подсказать оператору характер перемещений цели. По величине изменения частоты опытный оператор сонара всегда определит, что это такое: движущийся корабль, неподвижные обломки, подводная лодка или кит.
С появлением сонара многие оптимисты решили, что подводная лодка потеряла свой плащ-невидимку. Любой противолодочный корабль, оснащенный сонаром, мог сесть на хвост лодке. После этого оставалось лишь засыпать ее глубинными бомбами.
И снова оптимизм оказался чрезмерным. Подводные лодки Деница попытались обмануть сонар с помощью имитационных патронов «Pillenwerfer» — специальных химических патронов, создающих облако воздушных пузырьков, отражающих акустический сигнал. Но этот имитатор не создавал эффекта Допплера, и опытные операторы вскоре научились отличать действительные и ложные подводные цели. Поэтому воздушные пузырьки не помогли. Более того, они скорее помогали акустикам определять дистанцию, чем мешали.
Но работа с сонаром требовала от оператора умения быстро ориентироваться в какофонии звуков, пойманных акустическими приемниками, и способности идентифицировать эхо-сигналы. Лишь очень хорошо подготовленный человек мог справиться с этим. И лишь хорошо подготовленные офицеры могли использовать полученную информацию наилучшим образом.
Как уже говорилось, постоянно поддерживать акустический контакт оказалось невозможно. Например, эсминец мог установить контакт в 10.15, потерять его в 10.16, снова восстановить в 10.30, удерживать до 10.45 и снова потерять, выходя в атаку, когда дистанция сократится до 100 ярдов. Более того, грохот разрывов глубинных бомб временно оглушал приемники, а созданные ими водяные вихри помогали подводной лодке скрыться. В таких условиях контакт можно было потерять окончательно.
Морская вода состоит из слоев различной плотности. Эти скачки плотности в основном вызваны перепадами температуры (на поверхности вода, как правило, теплее, чем в глубине) или различным уровнем солености. Подводная лодка может избежать обнаружения сонаром, если укроется под слоем более плотной воды. На границе слоев происходит преломление и отражение акустического сигнала, и луч уходит в сторону. Кроме того, лодка может использовать собственный сонар для обнаружения на поверхности корабля, который охотится за ней.
Поэтому игра в кошки-мышки не всегда заканчивается в пользу охотника. И подводная лодка совсем не устарела после появления сонара.
Опыты с гидролокаторами начались на американских эсминцах еще в 1934 году. Это устройство было установлено на кораблях ДЭМ-20 капитана 2 ранга Дж. К. Джоунса. Эсминцы «Раберн», «Уотерс», «Тэлбот» и «Дент», а также 2 подводные лодки стали первыми американскими кораблями, получившими гидролокаторы. Когда ситуация в Европе начала принимать угрожающий характер, флот решил ввести в строй старые четырехтрубники и оснастить их сонарами для использования в качестве противолодочных кораблей. К сентябрю 1939 года около 60 эсминцев американского флота получили сонар. В этот же период флот открыл первую школу гидроакустиков.