Герман АЛЕКСАНДРОВ

Обладая высочайшим научно-техническим потенциалом (на предприятии работают 13 докторов и более 60 кандидатов наук), концерн развивает следующие приоритетные направления отечественной гидроакустики:

• многофункциональные пассивные и активные гидроакустические комплексы (ГАК) и системы (ГАС) освещения подводной обстановки в океана, в том числе для подводных лодок, надводных кораблей, летательных аппаратов, системы обнаружения подводных пловцов;

• системы с гибкими протяженными буксируемыми антеннами для работы в широком диапазоне частот для надводных кораблей и подводных лодок, а также стационарные;

• активные, пассивные и активно-пассивные стационарные гидроакустические комплексы для защиты шельфовой зоны от несанкционированного проникновения надводных кораблей и подводных лодок;

• гидроакустические навигационные и поисково-обследовательские системы»;

• гидроакустические преобразователи, антенны, фазированные антенные решетки сложной формы, имеющие до нескольких тысяч приемных каналов;

• акустические экраны и звукопрозрачные обтекатели;

• системы передачи информации по гидроакустическому каналу;

адаптивные системы обработки гидроакустической информации в условиях сложной гидрологоакустической и сигнально-помеховой обстановки;

• классификаторы целей по их сигнатурам и по тонкой структуре звукового поля;

• измерители скорости звука для надводных кораблей и подводных лодок.

Концерн сегодня – это десять предприятий, находящихся в Санкт-Петербурге и Ленинградской области, Таганроге, Волгограде, Северодвинске, республике Карелия, в их числе научно-исследовательские институты, заводы по серийному выпуску гидроакустического оборудования, специализированные предприятия по обслуживанию оборудования на объектах, полигоны. Это пять тысяч высококлассных специалистов – инженеров, рабочих, ученых, более 25 % из которых – молодежь.

Коллективом предприятия разработаны практически все серийно выпускавшиеся ГАК пл («Рубин», «Океан», «Рубикон», «Скат», «Скат-БДРМ», «Скат-3»), ряд гидроакустических комплексов и систем для надводных кораблей («Платина», «Полином», станция обнаружения подводных пловцов «Паллада»), стационарные системы «Лиман», «Волхов», «Агам», «Днестр».

Гидроакустические комплексы для подводных лодок, создаваемые предприятием – уникальные технические средства, создание которых требует высочайших знаний и огромного опыта в гидроакустике. Как выразился один острослов, задача обнаружения подводной лодки шумопеленгатором по сложности схожа с задачей обнаружения пламени свечи на расстоянии в несколько километров в яркий солнечный день, и тем не менее для подводной лодки, находящейся в подводном положении ГАК – практически единственный источник получения информации об окружающей среде. Основные задачи, решаемые гидроакустическим комплексом подводной лодки – обнаружение подводных лодок, надводных кораблей, торпед в режиме шумопеленгования, автоматическое сопровождение целей, определение их координат, классификация целей, обнаружение и пеленгование целей в режиме гидролокации, перехват гидроакустических сигналов в широком диапазоне частот, обеспечение звукоподводной связи на больших расстояниях, обеспечение обзора ближней обстановки и безопасности плавания, освещение ледовой обстановки при плавании подо льдом, обеспечение минно-торпедной защиты корабля, решение навигационных задач – измерение скорости хода, глубины места и т.д. Помимо указанных задач, комплекс должен обладать мощной системой автоматизированного контроля, системой наблюдения за собственной шумностью, должен непрерывно производить сложнейшие гидрологические расчеты для обеспечения функционирования всех систем и для предсказания обстановки в районе действий подводной лодки. В комплексе имеются тренажеры всех систем гидроакустического комплекса, обеспечивающие обучение и тренировку личного состава.

Основа любого гидроакустического комплекса – антенны, фазированные дискретные решетки сложной формы, состоящие из пьезокерамических преобразователей, которые должны обеспечить прием сигналов из водной среды на лодке, испытывающей огромные нагрузки за счет гидростатического давления. Задача ГАК – обнаружить эти сигналы на фоне собственных шумов, шумов обтекания при движении лодки, морских шумов, мешающих целей, и еще массы факторов, маскирующих полезный сигнал.

Современный ГАК – сложнейший цифровой комплекс, обрабатывающий в режиме реального времени огромные потоки информации (каждая антенна комплекса состоит из тысяч, а то и десятков тысяч отдельных элементов, каждый из которых должен быть обработан синхронно со всеми прочими). Его работа возможно только при использовании новейших многопроцессорных систем, обеспечивающих задачу одновременного, по пространству, и многодиапазонного, по частоте, наблюдения за окружающими акустическими полями.

Важнейший и наиболее ответственный элемент комплекса – приборы отображения полученной информации. При создании этих приборов решаются не только научно-технические, но и эргономические, психологические проблемы – недостаточно принять сигнал из внешней среды, необходимо чтобы операторы комплекса (а это минимальное количество человек) в каждый момент времени имели полное представление об окружающей обстановке, контролируя и собственно безопасность корабля, и перемещение множества целей, надводных, подводных, воздушных, представляющих потенциальную угрозу или интерес для подводной лодки. И разработчики постоянно балансируют на грани проблемы – с одной стороны, отобразить максимальное количество информации, обрабатываемой комплексом, и нужной оператору, с другой стороны, не нарушить «правило Миллера», ограничивающее объем информации, способной быть усвоенной одновременно человеком.

Важная особенность гидроакустических систем, особенно антенн – это требования к их прочности, долговечности, возможности работать без ремонта и замены в течение очень длительного времени – в условиях боевой службы починить гидроакустическую антенну, как правило, невозможно.

Современный ГАК не может рассматриваться как самодостаточная, замкнутая система, а только как элемент интегрированной системы наблюдения пл, получающий и использующий непрерывно обновляемую априорную информацию о целях от систем неакустического обнаружения, разведки и т.п., и выдающий информацию о меняющейся подводной обстановке в систему, анализирующую тактические ситуации и выдающую рекомендации об использовании различных режимов ГАК в данной ситуации.

Разработка гидроакустических комплексов для подводной лодки – непрерывное соревнование с разработчиками потенциального противника, с одной стороны, поскольку важнейшая задача ГАК – обеспечить как минимум паритет в дуэльной ситуации (противник слышит и распознает тебя, а ты его на одинаковом расстоянии), и необходимо всеми силами и средствами повышать дальность действия ГАК, причем в основном в пассивном режиме шумопеленгования, который позволяет обнаруживать цели, не демаскируя собственное местоположение, и с кораблестроителями, проектантами подводных кораблей, с другой, так как шумность подводных лодок снижается с каждым новым поколением, с каждым новым проектом, даже с каждым новым построенным кораблем, и нужно обнаружить сигнал, по уровню меньший на порядки, чем окружающие шумы моря. И очевидно, что создание современного гидроакустического комплекса для подводных лодок XXI века – это совместный труд разработчиков комплекса и разработчиков лодки, общими усилиями проектирующих и размещающих элементы ГАК на корабле таким образом, чтобы его работа в данных условиях была наиболее эффективна.

Опыт проектирования ГАК пл, имеющийся в нашем институте, позволяет выделить основные проблемные направления, от которых стоит ожидать значимого прироста эффективности в ближайшем будущем.

1. ГАК с конформной и конформно-покровной антенной

Снижение шумности пл, связанное с усилиями проектантов по оптимизации технических решений конструкций ее корпуса и механизмов, привело к заметному уменьшению дальности действия ГАК по современным пл. Увеличение апертуры традиционных антенн (сферических или цилиндриче-ских) ограничено геометрией носовой оконечности корпуса. Очевидным ре-шением в этой ситуации было создание конформной (совмещенной с обводами пл) антенны, суммарная площадь, а значит и энергетический потенциал которой значительно превосходит аналогичные показатели для тра-диционных антенн. Первый опыт в создании таких антенн оказался вполне удачным.

Еще более перспективным направлением представляется создание конформно-покровных антенн, расположенных вдоль борта пл. Длина таких антенн может составлять десятки метров, а площадь – более сотни квадратных метров. Создание таких систем связано с необходимостью разрешения ряда технических проблем.

Конформно-покровная антенна располагается в области преобладающего влияния неоднородных волн, обусловленных структурной помехой, а также помехой гидродинамического происхождения, в том числе возникающей за счет возбуждения корпуса набегающим потоком. Акустические экраны, традиционно применяющиеся для снижения влияния помехи на антенну, недостаточно эффективны в низкочастотном диапазоне работы бортовых антенн. Возможными путями обеспечения эффективной работы бортовых антенн, судя по зарубежному опыту, являются, во-первых, конструктивное размещение наиболее шумящих машин и механизмов пл таким образом, чтобы их влияние на бортовые системы было минимальным, и во-вторых, применение алгоритмических методов снижения влияния структурных помех на тракт ГАК (адаптивные методы компенсации структурной помехи, в том числе с использованием вибродатчиков, размещенных в непосредственной близости от антенны). Весьма перспективным представляется использование так называемых «векторно-фазовых» методов обработки информации, позволяющих повысить эффективность работы комплекса за счет совместной обработки полей давления и колебательной скорости. Еще одним путем снижения влияния гидродинамической помехи, влияющей на эффективность конформно-покровных антенн, является использование пленочных преобразователей (пластины из ПВДФ), позволяющих за счет осреднения на площади 1.0х0.5 м существенно (судя по данным в литературе – до 20 дБ) снижать влияние гидродинамической помехи на тракт ГАК.

2. Адаптивные алгоритмы обработки гидроакустической информации, согласованные со средой распространения

Под «адаптацией» традиционно понимают способность системы изменять свои параметры в зависимости от изменения окружающих условий с целью поддержания своей эффективности. Применительно к алгоритмам обработки под термином «адаптация» подразумевается согласование (по пространству и времени) тракта обработки с характеристиками сигналов и помех. Адаптивные алгоритмы широко используются в современных комплексах, а их эффективность определяется в основном аппаратными ресурсами комплекса. Более современными являются алгоритмы, учитывающие пространственно-временную изменчивость канала распространения сигнала. Применение таких алгоритмов позволяет одновременно решать задачи обнаружения, целеуказания и классификации, используя априорную информацию о канале распространения сигнала. Источником такой информации могут служить адаптивные динамические океанологические модели, предсказывающие с достаточной достоверностью распределения температуры, плотности, солености и некоторых других параметров среды в районе действий пл. Такие модели существуют и широко используются за рубежом. Использование достаточно достоверных оценок параметров канала распространения позволяет, судя по теоретическим оценкам, в разы повысить точность определения координат цели.

3. Акустические системы, размещенные на управляемых беспилотных подводных аппаратах, решающие задачи полистатического обнаружения в активном режиме, а также задачи поиска заиленных придонных объектов

Подводная лодка сама по себе – огромное сооружение, длиной более сотни метров, и далеко не все задачи, решение которых необходимо для обеспечения собственной безопасности, могут быть решены путем размещения гидроакустических систем на самом корабле. Одна из таких задач – обнаружение придонных и заиленных объектов, представляющих опасность для корабля. Чтобы рассмотреть объект, необходимо приблизиться к нему на максимально близкое расстояние, не создав при этом угроз собственной безопасности. Один из возможных путей решения этой проблемы – создание управляемого подводного беспилотного аппарата, размещаемого на подводной лодке, способного самостоятельно или путем управления по проводной или звукоподводной связи подойти к интересующему объекту и классифицировать его, а при необходимости уничтожить. Фактически задача сходна с созданием самого гидроакустического комплекса, но миниатюрного, имеющего аккумуляторный движитель, размещенного на небольшом самоходном устройстве, способном отстыковываться от подводной лодки в погруженном состоянии, и затем стыковаться обратно, обеспечивая при этом постоянную двухстороннюю связь. В США такие аппараты созданы и входят в состав вооружения подводных лодок последнего поколения (типа «Вирджиния»).

4. Разработка и создание новых материалов для гидроакустических преобразователей, отличающихся меньшим весом и стоимостью

Пьезокерамические преобразователи, из которых создаются антенны для подводных лодок – чрезвычайно сложные конструкции, пьезокерамика сама по себе – очень хрупкий материал, и требуются значительные усилия для придания ему прочности, сохраняя при этом эффективность. И достаточно давно ведутся поиски материала, обладающего теми же свойствами преобразования энергии колебаний в электрическую, но представляющих собой полимер, прочный, легкий, технологичный.

Технологические усилия за рубежом привели к созданию полимерных пленок типа PVDF, обладающих пьезоэффектом и удобных для использования в конструкциях покровных антенн (размещаемых на борту лодки). Проблема здесь состоит в первую очередь в технологии создания толстых пленок, обеспечивающих достаточную эффективность антенны. Еще более перспективной кажется идея создания материала, обладающего свойствами пьезокерамики, с одной стороны, и свойствами защитного экрана, заглушающего (или рассеивающего) сигналы гидролокатора противника, и снижающего собственные шумы корабля. Такой материал (пьезорезина), нанесенный на корпус подводной лодки, фактически делает гидроакустической антенной весь корпус корабля, обеспечивая существенный прирост эффективности гидроакустических средств. Анализ зарубежных публикаций показывает, что в США такие разработки перешли уже в стадию опытных образцов, в то время как у нас в последние десятилетия прогресс в этом на-правлении отсутствует.

5. Классификация целей

Задача классификации в гидроакустике – сложнейшая проблема, связанная с необходимостью определения класса цели по информации, полученной в режиме шумопеленгования (в меньшей степени – по данным активного режима). На первый взгляд, проблема решается легко – достаточно зарегистрировать спектр шумящего объекта, сравнить с базой данных, и получить ответ – что это за объект, с точностью вплоть до фамилии командира. На самом деле спектр цели зависит от скорости хода, ракурса цели, наблюдаемый гидроакустическим комплексом спектр содержит в себе искажения, обусловленные прохождением сигнала через случайно-неоднородный канал распространения (водную среду), а значит зависит от расстояния, погоды, района действия и множества иных причин, делающих задачу распознавания по спектру практически неразрешимой. Поэтому в отечественной классификации используются иные подходы, связанные с анализом характерных признаков, присущих конкретному классу целей. Еще одна проблема, требующая серьезных научных исследований, но насущно необходимая – классификация придонных и заиленных объектов, связанная с распознаванием мин. Известно и подтверждено экспериментально, что дельфины достаточно уверенно распознают воздухо- и водозаполненные объекты, выполненные из металла, пластика, дерева. Задача исследователей – разработать методы и алгоритмы, реализующие тот же порядок действий, который выполняет дельфин, решающий аналогичную задачу.

6. Задача самообороны

Самооборона – комплексная задача обеспечения безопасности корабля (включая противоторпедную защиту), включающая в себя обнаружение, классификацию, целеуказание, выдачу исходных данных на применение оружия и (или) технических средств противодействия. Особенность данной задачи – комплексное использование данных от различных подсистем ГАК, идентификация данных, поступающих из различных источников, и обеспечение информационного взаимодействия с другими системами корабля, обеспечивающими применение оружия.

Сказанное выше – только малая часть тех перспективных направлений исследований, которыми необходимо заниматься, чтобы повысить эффективность создаваемого гидроакустического вооружения. Но от идеи до изделия – долгий путь, требующий наличия передовых технологий, современной исследовательской и экспериментальной базы, развитой инфраструктуры по производству необходимых материалов для гидроакустических преобразователей и антенн и т.д. Следует отметить, что последние годы характеризуются для нашего предприятия серьезным техническим перевооружением производственной и испытательной базы, что стало возможно благодаря финансированию в рамках целого ряда федеральных целевых программ, как гражданского, так и специального назначения, ведущихся Министерством промышленности и торговли Российской Федерации. Благодаря этой финансовой поддержке за последние пять лет удалось полностью отремонтировать и существенно модернизировать крупнейший в Европе гидроакустический опытовый бассейн, находящийся на территории ОАО «Концерн «Океанприбор», кардинально обновить производственные мощности входящих в состав концерна серийных заводов, благодаря чему Таганрогский завод «Прибой» стал самым совершенным приборостроительным предприятием на юге России. Мы создаем новые производства - пьезоматериалов, печатных плат, в перспективе – строительство новых производственных и научных площадей, стендов для настройки и сдачи оборудования. Через 2 – 3 года производственные и научные мощности предприятия, подкрепленные «банком данных» новых идей и разработок, позволят приступить к созданию гидроакустического вооружения пятого поколения, так необходимого Военно-морскому флоту.

Военная гидроакустика (как и строительство подводных лодок в целом) – элитная наука, развитие и поддержание которой может себе позволить только сильное, богатое государство, серьезно озабоченное проблемами собственной безопасности и авторитета в мире. И есть уверенность, что Россия – государство, понимающее свои интересы и перспективы, и готовое вкладывать силы и средства в собственное будущее и безопасность.

ОАО «Концерн «Океанприбор»

Россия, 197376, Санкт Петербург,

Чкаловский пр. 46

Тел.: +7 (812) 320-8040

Факс: +7 320-8052

mfp@mail.wplus.net

mail@oceanpribor.ru

www.oceanpribor.ru