Дорогами подводных открытий - [11]

Интересно отметить, что одна из помех движению надводного судна отсутствует у подводных лодок — это поверхностная волна, расходящаяся при движении от каждого борта. На создание двух таких волн уходит большая часть (до нескольких сотен лошадиных сил) общей мощности судна, а это, конечно, не проходит бесследно: скорость заметно снижается. А вот лодке такие потери не угрожают: если ей придана хорошо обтекаемая форма, то при той же мощности она может двигаться в подводном положении быстрее, чем в надводном.

Наконец, связь. Для нее вода как физическая среда создает ряд специфических трудностей. Даже в самой прозрачной океанической воде (она имеет зелено-голубой цвет) можно увидеть предмет на расстоянии всего в несколько десятков метров. Применение радио и, стало быть, радиолокации чрезвычайно ограниченно из-за непроницаемости воды для электромагнитных волн. Ведутся работы по применению для подводного обнаружения и связи квантовых генераторов (лазеров), но они еще не вышли из стадии эксперимента.

Остается звук. Пока это единственно надежное средство для передачи информации под водой, хотя и тут есть свои трудности. Во всяком случае, экипаж подводной лодки принимает решения и действует при гораздо меньшем объеме информации, чем, например, экипаж самолета.

Скорость звука в воде близка к 1500 метров в секунду. Это много ниже скорости распространения электромагнитных волн, так что сведения об удаленных событиях заметно запаздывают. Кроме того, звуковая волна в воде по сравнению с волной в воздухе характеризуется высокими давлениями и малыми смещениями. Это совершенно меняет характер микрофонов и излучателей, заставляя применять магнитострикционные и пьезоэлектрические преобразователи. Звук весьма слабо передается через поверхность раздела вода — воздух, в другую среду переходит ничтожная часть падающей волны. Следовательно, поверхность моря является почти идеальным отражателем звуковых волн.

В толще воды, и особенно вблизи поверхности моря, есть множество мелких пузырьков. Обычно они возникают вследствие волнения и других причин, но влияние, которое они оказывают на распространение звука, далеко не пропорционально малому объему, который они занимают. Если, например, один пузырек диаметром 1 миллиметр приходится в среднем на 1 кубический метр воды, то это для глубины около 10 метров уменьшает скорость распространения в 4,5 раза. Причина этого — отличная от воды сжимаемость пузырьков, искажающая акустическую характеристику среды.

Пузырьки, планктон, рыбы действуют как рассеивающие центры для энергии, сконцентрированной в каком-либо ограниченном звуковом пучке. Океан содержит большое количество такого рассеивающего материала, а некоторые рыбы и ракообразные сами производят звуки. Все это создает большие помехи для получения точной информации под водой с помощью звука.

Главным фактором, искажающим подводную картину, «видимую» при помощи акустики, является искривление (рефракция) звуковых лучей. Ведь вода в океане только на первый взгляд кажется однородной средой. На самом же деле ее температура, соленость, плотность не везде одинаковы, естественно поэтому, что коэффициент преломления постоянно меняется, меняется и скорость звука. Особенно сильно влияют на распространение звуковых волн температурные условия на первой сотне метров под уровнем моря, наиболее зависимой от времени года, времени дня, облачности, скорости ветра и прочих метеорологических факторов. Здесь температурные скачки могут быть настолько резкими, что целые участки моря оказываются почти непроницаемыми для звуковых сигналов.

Итак, если учесть, что все перечисленные отрицательные факторы проявляют себя в море, которое ограничено сверху колеблющейся отражающей поверхностью, а снизу — неправильным по форме и непостоянным по условиям отражения дном, приходится, пожалуй, удивляться самой возможности эффективного использования акустических средств. Грубой аналогией из области оптики явились бы условия видимости в помещении, ограниченном колеблющимися зеркалами и наполненном клубами пара и светящимися точками. Однако основательное изучение свойств моря и кропотливая разработка и усовершенствование оборудования привели к созданию гидроакустической аппаратуры, которая удовлетворяет наиболее насущным нуждам подводного плавания и позволяет осуществлять шумопеленгование, гидролокацию и подводную связь.

Шумопеленгование, как показывает название, представляет собой прием шумов, приходящих к подводной лодке от каких-либо звучащих объектов, и определение направления (пеленга) на них.

Гидролокация сродни радиолокации. Излучатель с подлодки посылает в воду короткий звуковой импульс. Затем производится автоматическое переключение на приемное устройство, и излучатель превращается в гидрофон, способный принять эхо. Типичный гидролокационный излучатель представляет собой «акустический прожектор». Он может изменять направление относительно курса лодки, а иногда и наклон посылаемого звукового пучка. Расстояние до обнаруженного объекта вычисляется по времени пробега посланного импульса.

Таковы в главных чертах устройство и действие любой подводной лодки. Для возникновения сегодняшней флотилии научно-исследовательских подводных судов не потребовалось революционных технических изобретений или ломки прежних понятий, как это случилось при покорении космоса.