Эхолокация и морская акустика
Статья написана Павлом Чайкой, главным редактором журнала «Познавайка». С 2013 года, с момента основания журнала Павел Чайка посвятил себя популяризации науки в Украине и мире. Основная цель, как журнала, так и этой статьи – объяснить сложные научные темы простым и доступным языком
Крохотный островок, затерянный в бирюзовом океане. Коралловые клещи охватывают голубую лагуну, где укрылись американские боевые корабли. И хотя до Японии более тысячи миль, вахтенные дежурят бессменно: идет вторая мировая война. Часовые зорко оглядывают узкие «ворота» атолла. В акустических рубках дежурные напряженно вслушиваются в голос моря: в нем сегодня нет тревожных ноток — гул прибоя, шорох прибрежной гальки, шум рыбьих косяков.
Внезапно к небу взметнулось пламя, тяжело грохнули взрывы… Окутанные паром корабли шли на дно.
Долгое время специалисты ломали головы в поисках невидимого противника. На помощь пришло море. Волны выбросили на отмель подводный снаряд с белыми иероглифами. Внутри обнаружили труп японского майора-смертника.
Итак — торпеды. Но почему не сработали приборы гидроакустиков! Ответить на этот вопрос удалось только после войны, когда среди морских трофеев американцы обнаружили японский учебный фильм о способах имитации языка моря. Выяснилось, что винты управляемых «живых торпед» воспроизводили шум рыбьих стай! (ох уж эти изобретательные японцы, пожалуй, даже запчасти caterpillar для экскаваторов, произведенные ими будут иметь какие-то удивительные инновационные штуки).
Звучащее безмолвие
Море шумит! Обитатели глубин свистят, мяукают, чирикают, тикают, словно ходики. Порой они звенят, как корабельный колокол, иногда тихо, по-детски «плачут». И все это — рыбы. Простая черноморская ставридка «лает». Знакомая всем нашим подводным охотникам любопытная зеленушка цокает и скрежещет.
Шумят не только животные, но и растения. На морской отмели после отлива можно услышать тонкий свист и шипение. Это из морских желудей выходят пузырьки газа. Установлено, что морские обитатели никогда не издают звуков «просто так». Рыбы сигнализируют об опасности, подают сигнал «в атаку»; язык морских глубин — особое средство связи. Морские животные используют также звук для ультразвуковой локации. Определяя расстояния до различных предметов, скоплений планктона и т. п., они, пользуясь военной терминологией, ориентируются на местности.
Немало хлопот доставили людям столь необычные способности жителей глубин. В 1942 году акустики военно-морской охраны США близ Вашингтона подняли тревогу: под водой раздался грохот барабанов! Что это! Неизвестный подводный противник идет в наступление! Встревоженных вояк успокоили ученые: поблизости проходил косяк рыб-барабанщиков.
Несколько позже экипажи судов, стоявших возле Зондских островов, всю ночь не могли уснуть. И неудивительно: в море раздавались… автомобильные гудки. «Автомобилисты» были обнаружены лишь утром. Ими оказались рыбки-терапоны.
Попортили кровь морские обитатели и американским минерам. В годы войны во множестве расставлялись акустические мины. Они должны были срабатывать от шума винтов корабля, однако внезапно стали взрываться без видимых причин. Долго ломали головы специалисты, покуда не «поймали с поличным» рыб-жаб. Достаточно было одной такой рыбке «квакнуть», и мина срабатывала.
Поведение подводного звука
Звук распространяется в воде неодинаково. Чем выше частота, тем сильнее поглощается звуковая энергия. Из-за этого приходится во много раз увеличивать мощность излучения. Но зато ультразвуки — самые высокочастотные из всех — позволяют точно определить расстояния до предметов, находящихся в воде, и их размеры.
Скорость распространения звука в воде — около 1500 метров в секунду — примерно в 4 раза больше, чем в воздухе. С повышением температуры воды на один градус скорость звука возрастает приблизительно на 3,5 метра в секунду.
Температура верхних слоев воды меняется несколько раз в сутки, следовательно, и звук распространяется неравномерно.
Недавно открыто сверхдальнее распространение звука по звуковому каналу — области глубин, внутри которой звуковые лучи многократно и полностью отражаются. Ось канала в различных океанах проходит на разных глубинах. Расстояния, на которых можно послать по каналу звук, поразительны. Если на оси канала взорвать бомбочку весом 1,8 килограмма, то ее негромкий звук можно прослушать за 18 тысяч километров от места взрыва!
Звук и война
Звук облачается в военный мундир. Он используется как связист. Акустическая аппаратура позволяет вести под водой двухсторонние переговоры в телефонном и телеграфном режиме. Звук-разведчик устанавливает местонахождение подводных лодок.
Для борьбы с ними Военно-морские силы США оснащаются катерами на подводных крыльях с особыми акустическими системами. Такая система, буксируемая на малой скорости, сможет обнаруживать лодку на большом расстоянии.
Гидроакустикой вооружили даже морскую авиацию. Гидролокатор, опускаемый с вертолетов позволяет вести круговой обзор с дальностью обнаружения подводной лодки до пяти миль. Особенно хороши для противолодочной обороны дирижабли. Огромная длительность полета и большая скорость буксировки аппаратуры сделала их опасными даже для скоростных атомных подводных лодок.
Не менее опасны и радиогидроакустические буи. Они устанавливаются с воздуха скрытно. С помощью радиопередатчика буй сигнализирует самолету-торпедоносцу. Последовательный прием сигналов от группы буев производится на самолете автоматически.
У восточного побережья США создается цепь дальнего предупреждения с глубоководными якорными акустическими буями. За рубежом полагают, что в будущем удастся создать системы с автоматической подачей сигналов к зарядам, минам или самонаводящимся снарядам.
Звук работает и в различных образцах морского оружия. В торпедах он применяется для самонаведения на корабли противника, особенно на подводные лодки. В США разрабатывают особую ракето-торпеду. Такой «гибрид» имеет акустическую систему самонаведения.
Звук применяется и для дезинформации противника. Выпущенные под водой имитационные патроны выделяют облако газовых пузырьков. Эхо, отраженное от пузырьковой завесы, напоминает эхо от корпуса подводной лодки, вводит в заблуждение акустиков, сбивает с курса самонаводящиеся торпеды.
Американцы создали самоходный имитатор подводной лодки. Он издает соответствующие шумы и с помощью специального устройства может выполнять маневры, тем самым еще больше сбивая с топку акустиков противника.
Звук используется и как… десантник. Во время второй мировой войны разведчики устанавливали в местах будущей высадки десанта гидроакустические маяки. В заданное время маяки посылали ультразвуковые сигналы, по которым ориентировались головные десантные суда.
Сверхдальнее распространение акустических волн позволяет очень точно определить источники звука. Спасательная служба США, используя звуковой канал, создала в Тихом океане систему «Софар», которая по взрыву сигнальной бомбочки определяет место аварии корабля или самолета.
Автор: В. Миланов.