Однако по мере развития подводного флота все больше и больше требовалось находиться под водой. С появлением атомных подводных субмарин проблема связи стала особенно острой. Ведь эти лодки могли скрытно уже месяцами находиться под водой. Всплытие для сеанса связи грозило обнаружением противником — как по источнику радиосигнала, так и по фото с самолетов и спутников.
Потребовалось кардинальным образом усовершенствовать . Так, чтобы связь была надежной и при этом не позволяла легко обнаруживать себя под водой.
За дело взялись ученые и военные специалисты. Было предложено несколько способов для осуществления связи без необходимости всплытия. Коснемся только тех моментов, которые находятся в свободных источниках информации, т. е. не являются засекреченными. Точнее, их принципы доступны для обсуждения и гражданскими лицами, хотя детальных сведений не найти.
Фото: Depositphotos
Сначала поговорим о более простом и относительно дешевом акустическом способе связи . Он почти одновременно появился как в США, так и в Советском Союзе. Суть способа в том, что по дну моря прокладывался особый кабель в районе, который «контролировался» . В водной среде звук распространяется довольно далеко. Находясь сравнительно далеко от кабеля, экипаж лодки мог, тем не менее, иметь надежную связь со своей базой с помощью усовершенствованных чувствительных гидрофонов. Кодированные сообщения имели только один минус — разведка противника могла найти ключ к коду.
Было замечено, что радиоволны низкой частоты (3−30 кГц) проникают в морскую воду на глубину до 20 метров. Появилась идея воспользоваться этим без полного всплытия лодки. Находясь в подводном состоянии на довольно большой глубине, экипаж выпускал из лодки радиобуй. Он всплывал выше, но до поверхности не доходил примерно 15−18 метров. Таким образом, лодка оставалась малозаметной в толще воды, но могла иметь радиосвязь на низкой частоте.
Но и этот метод со временем стал непригоден. Технически лодка с выпущенным буем должна была находиться на строго заданной глубине, чтобы буй не покидал 20-метровую верхнюю толщу воды. А это вынуждало снизить подводную скорость.
Чрезвычайно низкие частоты (3−300 Гц) дают возможность проникать сигналам в морскую воду на очень большие глубины (порядка нескольких сотен метров). Казалось бы, найден идеальный способ для подводной связи. Но его особенность в том, что на таких частотах нужны очень большие антенны — длиной в три с лишним тысячи метров! Ошибки нет. Именно при таких размерах возможно подать сигнал с антенны на сверхнизких частотах.
Как выход из ситуации было предложено использовать пробуренные скважины на суше с металлическими проводниками такой длины. Для подачи сигнала на столь громадные антенны потребовались отдельно работающие мощные электростанции. Передатчики с грандиозными антеннами появились только в СССР, США и в Индии. Но они малоэффективны, поскольку скорость передачи крайне низкая (один-два знака в минуту).
Понятное дело, что на подлодках возможно иметь только приемник на такие частоты. Стало быть, о двусторонней связи не может быть и речи. Можно лишь за очень длительное время передать с суши что-то очень короткое. Например, требование всплыть для связи другими способами.
Обеспечение надежной связи с атомными подводными лодками, несущими дежурство на океанических просторах, без ухудшения параметров их скрытности, всегда было непростой технической задачей.
Основная задача атомных подводных лодок с баллистическими ракетами (ПЛАРБ) — гарантированный ракетно-ядерный удар. Поэтому главное требование к ним — возможность длительного незаметного патрулирования. При этом ПЛАРБ должна быть обеспечена связью для возможности получения сигналов боевого управления и информацию об оперативной обстановке.
Использование традиционной радиосвязи под водой затруднительно, т. к. радиоволны традиционных частот довольно быстро поглощаются в морской воде. Поэтому для связи с ПЛАРБ применяются специальные технические решения.
НА ПЕРИСКОПНОЙ ГЛУБИНЕ
Подводные лодки в надводном положении или на перископной глубине могут использовать для связи обычный диапазон радиочастот. Как правило, это УКВ-спутниковая связь. Американские АПЛ используют систему SSIXS (Satellite Information Exchange Subsystem — «спутниковая подсистема обмена информацией с подводными лодками»), которая работает через UHF SATCOM — систему спутников, находящихся на геостационарной орбите.
Российские ПЛАРБ имеют комплекс связи «Молния-М» с системой космической связи «Цунами-АМ». Чтобы ПЛАРБ находилась на поверхности или на перископной глубине минимальное время, связь осуществляется в цифровом виде посредством высокоскоростной передачи данных. Но этот способ связи допустим только в чрезвычайных случаях, т. к. лишает АПЛ главного преимущества — скрытности патрулирования. Даже на глубине нескольких десятков метров, куда проникают радиоволны СВ- и КВ-диапазона, субмарина легко может быть обнаружена. Необходимы средства связи для рабочих глубин.
Один из вариантов — шлейфная антенна, или «плавающий кабель», используемая для связи в СВ-диапазоне. Она представляет собой длинный кабель с положительной плавучестью. При движении субмарины на глубине шлейфная антенна выпускается и всплывает к поверхности для приема радиосигналов. Существенным недостатком такой системы является простота ее визуального обнаружения с самолетов или спутников, а также гидроакустическими средствами. Кроме того, использовать ее можно лишь на малом ходе ПЛ.
ДЛИННЫЕ И СВЕРХДЛИННЫЕ РАДИОВОЛНЫ
Для связи с подводными лодками на глубине в настоящее время используют следующие радиодиапазоны: длинные волны (ДВ, 30-300 КГц), сверхдлинные волны (СДВ, 3-30 кГц), а также диапазоны инфранизких (ИНЧ, 300-3000 Гц) и крайне низких частот (КНЧ, 3-300 Гц). Радиоволны этих диапазонов легко проходят сквозь толщу воды, а ИНЧ и КНЧ — сквозь земную кору. И чем ниже частота, тем большей глубины может достичь сигнал. Кроме того, они распространяются от передатчика на десятки тысяч километров, достигая любой точки Мирового океана. Но с низкими диапазонами частот (сверхбольшими длинами волн) возникают следующие технические сложности: огромные размеры передающих антенн (сотни и тысячи метров) и слишком большая необходимая мощность передатчика (3-5 МВт). Кроме того, при таких частотах сигнал очень трудно модулировать, а значит трудно обеспечить надлежащую помехозащищенность и, главное, невозможно передавать быстро большое количество информации. В качестве приемных антенн для ДВ- и СДВ-диапазона на АПЛ используются схемы типа «буксируемый буй» или «рамка», снабженные устройствами автоматического контроля глубины для удержания антенны на заданной глубине при различных скоростях хода.
НА САМОЛЕТАХ
Уязвимость огромных антенн от ядерных ударов противника потребовала разработки резервных систем СДВ-связи, размещенных на самолетах-ретрансляторах, получившая в США наименование ТАКАМО. Система базируется на самолетах Боинг Е-6 «Меркурий», которые сменили прежние носители — ЕС-130.
Для связи с АПЛ в ВМФ России используются самолеты-ретрансляторы Ту-142МР «Орел» и воздушный командный пункт Ил-80. Самолеты имеют выпускную буксируемую тросовую антенну длиной 8,6 км и приемопередатчик СДВ-диапазона большой мощности (Р-826ПЛ «Фрегат»), Самолеты совершают полет по круговой траектории диаметром около 200 км в районе расположения АПЛ, обеспечивая надежную передачу СДВ-сигнала.
Что за нелепый вопрос? «Как связаться с подводной лодкой»? Взять спутниковый телефон и позвонить. Коммерческие системы спутниковой связи, такие как INMARSAT или «Иридиум», позволяют, не выходя из московского офиса, дозвониться до Антарктиды. Единственный минус – высокая стоимость звонка, впрочем, у Минобороны и Роскосмоса, наверняка, действуют внутренние «корпоративные программы» с солидными скидками…
Действительно, в век Интернета, «Глонасс» и беспроводных систем передачи данных проблема связи с подводными лодками может показаться бессмысленной и не очень остроумной шуткой – какие здесь могут быть проблемы, спустя 120 лет после изобретения радио?
А проблема здесь одна – лодка, в отличие от самолетов и надводных кораблей, движется в глубинах океана и совершенно не реагирует на позывные обычных КВ, УКВ, ДВ-радиостанций — соленая морская вода, являясь превосходным электролитом, надежно глушит любые сигналы.
Ну… если потребуется — лодка может всплыть на перископную глубину, выдвинуть радиоантенну и провести сеанс связи с берегом. Проблема решена?
Увы, не все так просто – современные атомоходы способны месяцами находиться в подводном положении, лишь изредка поднимаясь к поверхности для проведения планового сеанса связи. Основная важность вопроса состоит в надежной передаче информации с берега на подводную лодку: неужели для трансляции важного приказа придется ждать сутки и более – до следующего по графику сеанса связи?
Иными словами, в момент начала ядерной войны подводные ракетоносцы рискуют оказаться бесполезными – в то время, когда на поверхности будут греметь бои, лодки продолжат спокойно выписывать «восьмерки» в глубинах Мирового океана, не подозревая о трагических событиях, происходящий «наверху». А как же наш ответный ядерный удар? Зачем нужны морские ядерные силы, если их невозможно вовремя применить?
Как вообще связаться с притаившейся на морском дне субмариной?
Первый способ довольно логичен и прост, в то же время он весьма сложен в реализации на практике, а дальность действия такой системы оставляет желать лучшего. Речь идет о звукоподводной связи – акустические волны, в отличие от электромагнитных, распространяются в морской среде гораздо лучше, чем по воздуху – скорость звука на глубине 100 метров составляет 1468 м/с!
Остается лишь установить на дне мощные гидрофоны или заряды взрывчатки – серия взрывов с определенным интервалом однозначно покажет подлодкам необходимость всплыть и принять важную шифрограмму по радиосвязи. Способ годится для операций в прибрежной зоне, но «перекричать» Тихий океан уже не получится, в противном случае потребная мощность взрывов превысит все разумные пределы, а образовавшаяся волна-цунами смоет все от Москвы до Нью-Йорка.
Конечно, можно проложить по дну сотни и тысячи километров кабелей – к гидрофонам, установленным в районах наиболее вероятного нахождения стратегических ракетоносцев и многоцелевых атомных подлодок… Но существует ли иное, более надежное и эффективное решение?
Обойти законы природы невозможно, но в каждом из правил есть свои исключения. Морская гладь не прозрачна для длинных, средних, коротких и ультракоротких волн. В то же время, сверхдлинные волны, отражаясь от ионосферы, без труда распространяются за горизонтом на тысячи километров и способны проникать в глубины океанов.
Выход найден – система связи на сверхдлинных волнах. И нетривиальная проблема связи с подводными лодками решена! Но почему все радиолюбители и эксперты в области радиотехники сидят с таким унылым выражением лиц?
Зависимость глубины проникновения радиоволн от их частоты VLF (very low frequency) — очень низкие частоты ELF (extremely low frequency) — крайне низкие частоты
Сверхдлинные волны – радиоволны с длиной волны свыше 10 км. В данном случае, нас интересует диапазон очень низких частот (ОНЧ) в пределах от 3 до 30 кГц, т.н. «мириаметровые волны». Даже не пытайтесь искать этот диапазон на ваших радиоприемниках – для работы со сверхдлинными волнами нужны антенны потрясающих размеров, длиной во многие километры – ни одна из гражданских радиостанций не работает в диапазоне «мириаметровых волн».
Чудовищные габариты антенн – вот главная загвоздка на пути создания ОНЧ-радиостанций.
И все же, исследования в данной области проводились еще в первой половине XX века — их результатом стал невероятный Der Goliath («Голиаф»). Очередной представитель немецкого «вундерваффе» — первая в мире сверхдлинноволновая радиостанция, созданная в интересах Кригсмарине. Сигналы «Голиафа» уверенно принимались подлодками в районе мыса Доброй Надежды, при этом, излучаемые супер-передатчиком радиоволны могли проникать в воду на глубину до 30 метров.
Размеры автомобиля в сравнении с опорой «Голиафа»
Вид «Голиафа» потрясает воображение: передающая ОНЧ-антенна состоит из трех зонтичных частей, смонтированных вокруг трех центральных опор высотой 210 метров, углы антенны закреплены на пятнадцати решетчатых мачтах высотой 170 метров. Каждое антенное полотно, в свою очередь, состоит из шести правильных треугольников со стороной 400 ми представляет из себя систему стальных тросов в подвижной алюминиевой оболочке. Натяжение антенного полотна производится 7-тонными противовесами.
Максимальная мощность передатчика – 1,8 Мегаватт. Рабочий диапазон 15 – 60 кГц, длина волн 5000 – 20000 м. Скорость передачи данных – до 300 бит/с.
Монтаж грандиозной радиостанции в пригороде г. Кальбе завершился весной 1943 года. Два года «Голиаф» служил в интересах Кригсмарине, координируя действия «волчьих стай» на просторах Атлантики, до тех пор, пока в апреле 1945 «объект» не был захвачен американскими войсками. Спустя некоторое время местность перешла под управление советской администрации – станцию немедленно разобрали и вывезли в СССР.
Шестьдесят лет немцы гадали, где же русские спрятали «Голиаф». Неужели эти варвары пустили шедевр немецкой конструкторской мысли на гвозди? Тайна открылась в начале XXI века — немецкие газеты вышли с громкими заголовками: «Сенсация! «Голиаф» найден! Станция по-прежнему находится в рабочем состоянии!»
Высоченные мачты «Голиафа» взметнулись ввысь в Кстовском районе Нижегородской области, у поселка Дружный – именно отсюда ведет свое вещание трофейный супер-передатчик. Решение о восстановлении «Голиафа» было принято еще в далеком 1949 году, первый выход в эфир состоялся 27 декабря 1952 года. И вот, уже более 60 лет легендарный «Голиаф» стоит на страже нашего Отечества, обеспечивая связь с идущими под водой подлодками ВМФ, одновременно являясь передатчиком службы точного времени «Бета».
Впечатленные возможностями «Голиафа», советские специалисты не стали останавливаться на достигнутом и развили немецкие идеи. В 1964 году в 7 километрах от города Вилейка (Республика Беларусь) была построена новая, еще более грандиозная радиостанция, более известная, как 43-й узел связи ВМФ.
На сегодняшний день, ОНЧ-радиостанция под Вилейкой, наряду с космодромом Байконур, военно-морской базой в Севастополе, базами на Кавказе и в Средней Азии, входит в число действующих зарубежных военных объектов Российской Федерации. На узле связи «Вилейка» служат порядка 300 офицеров и мичманов ВМФ РФ, не считая вольнонаемных граждан Белоруссии. Юридически, объект не имеет статуса военной базы, а территория радиостанции передана России в безвозмездное пользование до 2020 года.
Главной достопримечательностью 43-го узла связи ВМФ РФ, безусловно, является ОНЧ-радиопередатчик «Антей» (RJH69), созданный по образу и подобию немецкого «Голиафа». Новая станция гораздо крупнее и совершеннее трофейной немецкой аппаратуры: высота центральных опор увеличилась до 305 м, высота боковых решетчатых мачт достигла 270 метров. Помимо передающих антенн, на территории площадью 650 га расположен ряд технических строений, в том числе высокозащищенный подземный бункер.
43-й узел связи ВМФ РФ обеспечивает связь с атомными лодками, несущими боевое дежурство в акваториях Атлантического, Индийского и северной части Тихого океана. Помимо своих основных функций, гигантский антенный комплекс может быть использован в интересах ВВС, РВСН, Космических войск РФ, также «Антей» применяется для ведения радиотехнической разведки и РЭБ и входит в число передатчиков службы точного времени «Бета».
Мощные радиопередатчики «Голиаф» и «Антей» обеспечивают надежную связь на сверхдлинных волнах в Северном полушарии и на большей площади Южного полушария Земли. Но как быть, если районы боевого патрулирования подлодок сместятся в южную Атлантику или в экваториальные широты Тихого океана?
Для особых случаев в составе авиации Военно-Морского Флота имеется специальная техника: самолеты-ретрансляторы Ту-142МР «Орел» (по классификации НАТО Bear-J) — составная часть резервной системы управления морскими ядерными силами.
Созданный в конце 1970-х годов на базе противолодочного самолета Ту-142 (который, в свою очередь, является модификацией стратегического бомбардировщика Т-95), «Орел» отличается от прародителя отсутствием поисковой аппаратуры – взамен на месте первого грузового отсека находится бобина с буксируемой 8600-метровой антенной ОНЧ-радиопередатчика «Фрегат». Помимо сверхдлинноволновой станции, на борту Ту-142МР имеется комплекс аппаратуры связи для работы в обычных диапазонах радиоволн (при этом самолет способен исполнять функции мощного КВ-ретранслятора даже без подъема в воздух). Известно, что по состоянию на начало 2000-х годов несколько машин данного типа все еще числились в составе 3-ей эскадрильи 568-го гв. смешанного авиаполка авиации Тихоокеанского флота.
Разумеется, использование самолетов-ретрансляторов есть не более чем вынужденная (резервная) полумера – в случае реального конфликта Ту-142МР может быть легко перехвачен вражеской авиацией, кроме того, кружащий в определенном квадрате самолет демаскирует подводный ракетоносец и явственно указывает противнику положение субмарины.
Морякам требовалось исключительно надежное средство для своевременного доведения приказов военно-политического руководства страны до командиров атомных подводных лодок, находящихся на боевом патрулировании в любом уголке Мирового океана. В отличие от сверхдлинных волн, проникающих в толщу воды всего на пару десятков метров, новая система связи должна обеспечить надежный прием экстренных сообщений на глубинах 100 и более метров.
Да…перед связистами возникла весьма и весьма нетривиальная техническая задача.
…В начале 1990-х годов ученые Стэнфордского университета (Калифорния) опубликовали ряд интригующих заявлений, касающихся исследований в области радиотехники и радиопередачи. Американцы стали свидетелями необычного явления – научная радиоаппаратура, размещенная на всех континентах Земли регулярно, в одно и то же время, фиксирует странные повторяющиеся сигналы на частоте 82 Гц (или, в более привычном для нас формате 0,000082 МГц). Указанная частота относится к диапазону крайне низких частот (КНЧ), в этом случае длина чудовищной волны составляет3658,5 км(четверть диаметра Земли).
16-минутная передача «ЗЕВСА», зафиксированная 08.12.2000 г. в 08:40 UTC
Скорость передачи за один сеанс – три знака каждые 5-15 минут. Сигналы поступают прямо из земной коры – у исследователей возникает мистическое ощущение, будто бы сама планета разговаривает с ними. Мистика – удел средневековых мракобесов, а продвинутые янки сразу догадались, что имеют дело с невероятным КНЧ-передатчиком, размещенным где-то на другом конце Земли. Где? Ясно где – в России. Похоже, эти безумные русские «закоротили» целиком всю планету, используя её в качестве гигантской антенны для передачи зашифрованных сообщений.
Секретный объект «ЗЕВС» расположен в 18 кмюжнее военного аэродрома Североморск-3 (Кольский полуостров). На карте Google Maps хорошо видны две просеки (по диагонали), протянувшиеся через лесотундру на два десятка километров (ряд интернет-источников указывает длину линий в 30 и даже в 60 км). Кроме того, заметны технические задания, сооружения, подъездные пути и дополнительная 10-километровая просека к западу от двух основных линий.
Просеки с «фидерами» (рыбаки сразу догадаются, о чем идет речь), иногда ошибочно принимают за антенны. На самом деле это два гигантских «электрода», через которые прогоняют электрический разряд мощностью в 30 МВт. Антенной является сама планета Земля.
Выбор данного места для установки системы объясняется низкой удельной проводимостью здешнего грунта – при глубине контактных скважин 2-3 километра, электрические импульсы проникают глубоко в недра Земли, пронизывая планету насквозь. Импульсы гигантского КНЧ-генератора отчетливо фиксируются даже научными станциями в Антарктиде.
Представленная схема не лишена своих недостатков – громоздкие размеры и чрезвычайно низкий КПД. Несмотря на колоссальную мощность передатчика, мощность выходного сигнала составляет считанные Ватты. Кроме того, прием столь длинных волн также влечет за собой немалые технические сложности.
Прием сигналов «Зевса» осуществляется подлодками на ходу на глубине до200 метров на буксируемую антенну длиной около одного километра. Ввиду чрезвычайно низкой скорости передачи данных (один байт за несколько минут), система «ЗЕВС» очевидно используется для передачи простейших закодированных сообщений, к примеру: «Подняться к поверхности (выпустить радиобуй) и прослушать сообщение по спутниковой связи».
Ради справедливости стоит отметить, что впервые подобная схема впервые была задумана в США в годы Холодной войны – в 1968 годы был предложен проект секретного объекта ВМС под кодовым именем Sanguine («Оптимистичный») – янки намеревались превратить 40% площади лесов штата Висконсин в гигантский передатчик, состоящий из6000 мильпроложенных под землей кабелей и 100 высокозащищеных бункеров для размещения вспомогательной аппаратуры и генераторов электроэнергии. По задумке создателей, система была способна выдержать ядерный взрыв и обеспечить уверенную трансляцию сигнала о ракетном нападении на все атомные подлодки ВМС США в любом районе Мирового океана.
Американский КНЧ-передатчик (Клэм Лэйк, Висконсин, 1982 год)
В 1977-1984 годах проект был реализован в менее абсурдной форме в виде системы Seafarer («Мореплаватель»), чьи антенны располагались в местечке Клэм Лэйк (шт. Висконсин) и на базе ВВС США «Сойер» (шт. Мичиган). Рабочая частота американской КНЧ-установки – 76 Гц (длина волны 3947,4 км). Мощность передатчика Seafarer – 3 МВт. Система была снята с боевого дежурства в 2004 году.
В настоящее время перспективным направлением для решения проблемы связи с подводными лодками является применение лазеров сине-зеленого спектра (0,42-0,53 мкм) , чье излучение с наименьшими потерями преодолевает водную среду и проникает на глубину до300 метров. Помимо очевидных трудностей с точным позиционированием луча, «камнем преткновения» данной схемы является высокая потребная мощность излучателя. Первый вариант предусматривает использование спутников-ретрансляторов с крупноразмерными отражающими рефлекторами. Вариант без ретранслятора предусматривает наличие на орбите мощного источника энергии – для питания лазера мощностью 10 Вт потребуется энергоустановка с мощностью выше на два порядка.
Самолет управления и связи Boeing E-6 Mercury, элемент резервной системы связи с атомными подводными лодками с баллистическими ракетами (ПЛАРБ) ВМС США
В заключении стоит отметить, что отечественный Военно-Морской Флот – один из двух флотов в мире, обладающий полным комплектом морских ядерных сил. Помимо достаточного количества носителей, ракет и боевых блоков, в нашей стране проводились серьезные исследования в области создания систем связи с подводными лодками, без которых морские СЯС утратили бы свое зловещее значение.
Действительно, в век Интернета, «Глонасс» и беспроводных систем передачи данных проблема связи с подводными лодками может показаться бессмысленной и не очень остроумной шуткой – какие здесь могут быть проблемы, спустя 120 лет после изобретения радио?
А проблема здесь одна – лодка, в отличие от самолетов и надводных кораблей, движется в глубинах океана и совершенно не реагирует на позывные обычных КВ, УКВ, ДВ-радиостанций - соленая морская вода, являясь превосходным электролитом, надежно глушит любые сигналы.
Ну… если потребуется - лодка может всплыть на перископную глубину, выдвинуть радиоантенну и провести сеанс связи с берегом. Проблема решена?
Увы, не все так просто – современные атомоходы способны месяцами находиться в подводном положении, лишь изредка поднимаясь к поверхности для проведения планового сеанса связи. Основная важность вопроса состоит в надежной передаче информации с берега на подводную лодку: неужели для трансляции важного приказа придется ждать сутки и более – до следующего по графику сеанса связи?
Иными словами, в момент начала ядерной войны подводные ракетоносцы рискуют оказаться бесполезными – в то время, когда на поверхности будут греметь бои, лодки продолжат спокойно выписывать «восьмерки» в глубинах Мирового океана, не подозревая о трагических событиях, происходящий «наверху». А как же наш ответный ядерный удар? Зачем нужны морские ядерные силы, если их невозможно вовремя применить?
Как вообще связаться с притаившейся на морском дне субмариной?
Первый способ довольно логичен и прост, в то же время он весьма сложен в реализации на практике, а дальность действия такой системы оставляет желать лучшего. Речь идет о звукоподводной связи – акустические волны, в отличие от электромагнитных, распространяются в морской среде гораздо лучше, чем по воздуху – скорость звука на глубине 100 метров составляет 1468 м/с!
Остается лишь установить на дне мощные гидрофоны или заряды взрывчатки – серия взрывов с определенным интервалом однозначно покажет подлодкам необходимость всплыть и принять важную шифрограмму по радиосвязи. Способ годится для операций в прибрежной зоне, но «перекричать» Тихий океан уже не получится, в противном случае потребная мощность взрывов превысит все разумные пределы, а образовавшаяся волна-цунами смоет все от Москвы до Нью-Йорка.
Конечно, можно проложить по дну сотни и тысячи километров кабелей – к гидрофонам, установленным в районах наиболее вероятного нахождения стратегических ракетоносцев и многоцелевых атомных подлодок… Но существует ли иное, более надежное и эффективное решение?
Der Goliath. Страх высоты
Обойти законы природы невозможно, но в каждом из правил есть свои исключения. Морская гладь не прозрачна для длинных, средних, коротких и ультракоротких волн. В то же время, сверхдлинные волны, отражаясь от ионосферы, без труда распространяются за горизонтом на тысячи километров и способны проникать в глубины океанов.
Выход найден – система связи на сверхдлинных волнах. И нетривиальная проблема связи с подводными лодками решена!
Но почему все радиолюбители и эксперты в области радиотехники сидят с таким унылым выражением лиц?
Зависимость глубины проникновения радиоволн от их частоты. VLF (very low frequency) - очень низкие частоты, ELF (extremely low frequency) - крайне низкие частоты
Сверхдлинные волны – радиоволны с длиной волны свыше 10 километров. В данном случае, нас интересует диапазон очень низких частот (ОНЧ) в пределах от 3 до 30 кГц, т.н. «мириаметровые волны». Даже не пытайтесь искать этот диапазон на ваших радиоприемниках – для работы со сверхдлинными волнами нужны антенны потрясающих размеров, длиной во многие километры – ни одна из гражданских радиостанций не работает в диапазоне «мириаметровых волн».
Чудовищные габариты антенн – вот главная загвоздка на пути создания ОНЧ-радиостанций.
И все же, исследования в данной области проводились еще в первой половине XX века - их результатом стал невероятный Der Goliath («Голиаф»). Очередной представитель немецкого «вундерваффе» - первая в мире сверхдлинноволновая радиостанция, созданная в интересах Кригсмарине. Сигналы «Голиафа» уверенно принимались подлодками в районе мыса Доброй Надежды, при этом, излучаемые супер-передатчиком радиоволны могли проникать в воду на глубину до 30 метров.
Размеры автомобиля в сравнении с опорой "Голиафа"
Вид «Голиафа» потрясает воображение: передающая ОНЧ-антенна состоит из трех зонтичных частей, смонтированных вокруг трех центральных опор высотой 210 метров, углы антенны закреплены на пятнадцати решетчатых мачтах высотой 170 метров. Каждое антенное полотно, в свою очередь, состоит из шести правильных треугольников со стороной 400 м и представляет из себя систему стальных тросов в подвижной алюминиевой оболочке. Натяжение антенного полотна производится 7-тонными противовесами.
Максимальная мощность передатчика – 1,8 Мегаватт. Рабочий диапазон 15 – 60 кГц, длина волн 5000 - 20 000 м. Скорость передачи данных – до 300 бит/с.
Монтаж грандиозной радиостанции в пригороде г. Кальбе завершился весной 1943 года. Два года «Голиаф» служил в интересах Кригсмарине, координируя действия «волчьих стай» на просторах Атлантики, до тех пор, пока в апреле 1945 «объект» не был захвачен американскими войсками. Спустя некоторое время местность перешла под управление советской администрации – станцию немедленно разобрали и вывезли в СССР.
Шестьдесят лет немцы гадали, где же русские спрятали «Голиаф». Неужели эти варвары пустили шедевр немецкой конструкторской мысли на гвозди?
Тайна открылась в начале XXI века - немецкие газеты вышли с громкими заголовками: «Сенсация! «Голиаф» найден! Станция по-прежнему находится в рабочем состоянии!»
Высоченные мачты «Голиафа» взметнулись ввысь в Кстовском районе Нижегородской области, у поселка Дружный – именно отсюда ведет свое вещание трофейный супер-передатчик. Решение о восстановлении «Голиафа» было принято еще в далеком 1949 году, первый выход в эфир состоялся 27 декабря 1952 года. И вот, уже более 60 лет легендарный «Голиаф» стоит на страже нашего Отечества, обеспечивая связь с идущими под водой подлодками ВМФ, одновременно являясь передатчиком службы точного времени «Бета».
Впечатленные возможностями «Голиафа», советские специалисты не стали останавливаться на достигнутом и развили немецкие идеи. В 1964 году в 7 километрах от города Вилейка (Республика Беларусь) была построена новая, еще более грандиозная радиостанция, более известная, как 43-й узел связи ВМФ.
На сегодняшний день, ОНЧ-радиостанция под Вилейкой, наряду с космодромом Байконур, военно-морской базой в Севастополе, базами на Кавказе и в Средней Азии, входит в число действующих зарубежных военных объектов Российской Федерации. На узле связи «Вилейка» служат порядка 300 офицеров и мичманов ВМФ РФ, не считая вольнонаемных граждан Белоруссии. Юридически, объект не имеет статуса военной базы, а территория радиостанции передана России в безвозмездное пользование до 2020 года.
Главной достопримечательностью 43-го узла связи ВМФ РФ, безусловно, является ОНЧ-радиопередатчик «Антей» (RJH69), созданный по образу и подобию немецкого «Голиафа». Новая станция гораздо крупнее и совершеннее трофейной немецкой аппаратуры: высота центральных опор увеличилась до 305 м, высота боковых решетчатых мачт достигла 270 метров. Помимо передающих антенн, на территории площадью 650 га расположен ряд технических строений, в том числе высокозащищенный подземный бункер.
43-й узел связи ВМФ РФ обеспечивает связь с атомными лодками, несущими боевое дежурство в акваториях Атлантического, Индийского и северной части Тихого океана. Помимо своих основных функций, гигантский антенный комплекс может быть использован в интересах ВВС, РВСН, Космических войск РФ, также «Антей» применяется для ведения радиотехнической разведки и РЭБ и входит в число передатчиков службы точного времени «Бета».
Мощные радиопередатчики «Голиаф» и «Антей» обеспечивают надежную связь на сверхдлинных волнах в Северном полушарии и на большей площади Южного полушария Земли. Но как быть, если районы боевого патрулирования подлодок сместятся в южную Атлантику или в экваториальные широты Тихого океана?
Для особых случаев в составе авиации Военно-Морского Флота имеется специальная техника: самолеты-ретрансляторы Ту-142МР «Орел» (по классификации НАТО Bear-J) - составная часть резервной системы управления морскими ядерными силами.
Созданный в конце 1970-х годов на базе противолодочного самолета Ту-142 (который, в свою очередь, является модификацией стратегического бомбардировщика Т-95), «Орел» отличается от прародителя отсутствием поисковой аппаратуры – взамен на месте первого грузового отсека находится бобина с буксируемой 8600-метровой антенной ОНЧ-радиопередатчика «Фрегат». Помимо сверхдлинноволновой станции, на борту Ту-142МР имеется комплекс аппаратуры связи для работы в обычных диапазонах радиоволн (при этом самолет способен исполнять функции мощного КВ-ретранслятора даже без подъема в воздух).
Известно, что по состоянию на начало 2000-х годов несколько машин данного типа все еще числились в составе 3-ей эскадрильи 568-го гв. смешанного авиаполка авиации Тихоокеанского флота.
Разумеется, использование самолетов-ретрансляторов есть не более чем вынужденная (резервная) полумера – в случае реального конфликта Ту-142МР может быть легко перехвачен вражеской авиацией, кроме того, кружащий в определенном квадрате самолет демаскирует подводный ракетоносец и явственно указывает противнику положение субмарины.
Морякам требовалось исключительно надежное средство для своевременного доведения приказов военно-политического руководства страны до командиров атомных подводных лодок, находящихся на боевом патрулировании в любом уголке Мирового океана. В отличие от сверхдлинных волн, проникающих в толщу воды всего на пару десятков метров, новая система связи должна обеспечить надежный прием экстренных сообщений на глубинах 100 и более метров.
Да…перед связистами возникла весьма и весьма нетривиальная техническая задача.
ЗЕВС
…В начале 1990-х годов ученые Стэнфордского университета (Калифорния) опубликовали ряд интригующих заявлений, касающихся исследований в области радиотехники и радиопередачи. Американцы стали свидетелями необычного явления – научная радиоаппаратура, размещенная на всех континентах Земли регулярно, в одно и то же время, фиксирует странные повторяющиеся сигналы на частоте 82 Гц (или, в более привычном для нас формате 0,000082 МГц). Указанная частота относится к диапазону крайне низких частот (КНЧ), в этом случае длина чудовищной волны составляет 3658,5 км (четверть диаметра Земли).
16-минутная передача "ЗЕВСА", зафиксированная 08.12.2000 г. в 08:40 UTC
Скорость передачи за один сеанс – три знака каждые 5-15 минут. Сигналы поступают прямо из земной коры – у исследователей возникает мистическое ощущение, будто бы сама планета разговаривает с ними.
Мистика – удел средневековых мракобесов, а продвинутые янки сразу догадались, что имеют дело с невероятным КНЧ-передатчиком, размещенным где-то на другом конце Земли. Где? Ясно где – в России. Похоже, эти безумные русские «закоротили» целиком всю планету, используя её в качестве гигантской антенны для передачи зашифрованных сообщений.
Секретный объект «ЗЕВС» расположен в 18 километрах южнее военного аэродрома Североморск-3 (Кольский полуостров). На карте Google Maps хорошо видны две просеки (по диагонали), протянувшиеся через лесотундру на два десятка километров (ряд интернет-источников указывает длину линий в 30 и даже в 60 км), кроме того заметны технические задания, сооружения, подъездные пути и дополнительная 10-километровая просека к западу от двух основных линий.
Просеки с «фидерами» (рыбаки сразу догадаются, о чем идет речь), иногда ошибочно принимают за антенны. На самом деле это два гигантских «электрода» через которые прогоняют электрический разряд мощностью в 30 МВт. Антенной является сама планета Земля.
Выбор данного места для установки системы объяснется низкой удельной проводимостью здешнего грунта – при глубине контактных скважин 2-3 километра, электрические импульсы проникают глубоко в недра Земли, пронизывая планету насквозь. Импульсы гигантского КНЧ-генератора отчетливо фиксируются даже научными станциями в Антарктиде.
Представленная схема не лишена своих недостатков – громоздкие размеры и чрезвычайно низкий КПД. Несмотря на колоссальную мощность передатчика, мощность выходного сигнала составляет считанные Ватты. Кроме того, прием столь длинных волн также влечет за собой немалые технические сложности.
Прием сигналов «Зевса» осуществляется подлодками на ходу на глубине до 200 метров на буксируемую антенну длиной около одного километра. Ввиду чрезвычайно низкой скорости передачи данных (один байт за несколько минут), система «ЗЕВС» очевидно используется для передачи простейших закодированных сообщений, к примеру: «Подняться к поверхности (выпустить радиобуй) и прослушать сообщение по спутниковой связи».
Ради справедливости стоит отметить, что впервые подобная схема впервые была задумана в США в годы Холодной войны – в 1968 годы был предложен проект секретного объекта ВМС под кодовым именем Sanguine («Оптимистичный») – янки намеревались превратить 40% площади лесов штата Висконсин в гигантский передатчик, состоящий из 6000 миль проложенных под землей кабелей и 100 высокозащищеных бункеров для размещения вспомогательной аппаратуры и генераторов электроэнергии. По задумке создателей, система была способна выдержать ядерный взрыв и обеспечить уверенную трансляцию сигнала о ракетном нападении на все атомные подлодки ВМС США в любом районе Мирового океана.
Американский КНЧ-передатчик (Клэм Лэйк, Висконсин, 1982 год)
В 1977-1984 годах проект был реализован в менее абсурдной форме в виде системы Seafarer («Мореплаватель»), чьи антенны располагались в местечке Клэм Лэйк (шт. Висконсин) и на базе ВВС США «Сойер» (шт. Мичиган). Рабочая частота американской КНЧ-установки – 76 Гц (длина волны 3947,4 км). Мощность передатчика Seafarer – 3 МВт. Система была снята с боевого дежурства в 2004 году.
В настоящее время перспективным направлением для решения проблемы связи с подводными лодками является применениелазеров сине-зеленого спектра (0,42-0,53 мкм), чье излучение с наименьшими потерями преодолевает водную среду и проникает на глубину до 300 метров. Помимо очевидный трудностей с точным позиционированием луча, «камнем преткновения» данной схемы является высокая потребная мощность излучателя. Первый вариант предусматривает использование спутников-ретрансляторов с крупноразмерными отражающими рефлеткторами. Вариант без ретранслятора предусматривает наличие на орбите мощного источника энергии – для питания лазера мощностью 10 Вт потребуется энергоустановка с мощностью выше на два порядка.
В заключении стоит отметить, что отечественный Военно-Морской Флот – один из двух флотов в мире, обладающий полным комплектом морских ядерных сил. Помимо достаточного количества носителей, ракет и боевых блоков, в нашей стране, проводились серьезные исследования в области создания систем связи с подводными лодками, без которых морские СЯС утратили бы свое зловещее значение.
"Голиаф" в годы Второй мировой
Самолет управления и связи Boeing E-6 Mercury, элемент резервной системы связи с атомными подводными лодками с баллистическими ракетами (ПЛАРБ) ВМС США
Важность задач, решаемых подводными лодками, определяет требование к обеспечению их надводной связью. Основное направление работ – создание надежного, помехозащищенного оборудования, отвечающего современным условиям. Для обеспечения скрытности действий подводных лодок принимаются организационные и технические меры, включая маневр видами связи, энергетикой, временем, частотой и т.д. В направлении «берег – ПЛ» основным средством остается связь на сверхдлинных волнах (СДВ) в диапазоне 2-30 кГц. Сигналы на этих частотах способны проникать вглубь океана до 50 м.
Для приема сигналов в СДВ, ДВ и СВ диапазонах ПЛ используют различные типы антенн. Одна из них, шлейфная, или «плавающий кабель», – длинный проводник с положительной плавучестью, изолированный от морской среды. При движении на глубине этот кабель выпускается с подводной лодки и, всплывая к поверхности, принимает радиосигналы.
Такая антенна проста по устройству, однако может визуально обнаруживаться с самолетов или ИСЗ, а также гидроакустическими средствами наблюдения по шуму, который возникает при движении кабеля в воде. Серьезным недостатком «плавающего кабеля» отмечают и то обстоятельство, что использовать его можно лишь на малых ходах, в противном случае он будет притапливаться до глубин, где прием сигналов невозможен.
Другой вид – «буксируемый буй» – представляет собой отсек обтекаемой формы, в нем смонтирована чувствительная антенна, связанная с буксирующей ее лодкой кабелем, по которому принятый сигнал поступает на вход приемника. Устройство автоматического контроля глубины удерживает заданное заглубление на различных скоростях хода. Однако при плавании на значительной глубине нужен кабель большой длины, и во избежание его разрыва, а также для снижения уровня акустических шумов скорость ограничивается.
Второй канал связи в направлении «берег – ПЛ» – сверхнизкочастотная связь (СНЧ), позволяющая разрешить ряд указанных выше ограничений.
Волны СНЧ диапазона способны проникать на большие глубины океана. С помощью буксируемой антенны ПЛ может принять СНЧ сигнал на глубине нескольких сотен метров и даже под полярными льдами со средней толщиной около 3 м. Не случайно СНЧ система связи считается на сегодняшний день, но оценке специалистов, единственным средством оповещения подводных лодок по тревоге и служит для указания о подвсплытии их для приема передач на СДВ или диапазонах КВ и УКВ. Она не зависит от воздействия ядерных взрывов на среду распространения радиоволн и от преднамеренных помех.
К ее недостаткам относят: низкую скорость передачи информации (всего 3 знака за 15 мин), большие размеры береговых антенных систем, энергоемких источников питания и их уязвимость от ядерных ударов противника. В целях повышения живучести СНЧ связи командованием ВМС США рассматривается возможность использования неуправляемых аэростатов в качестве ретрансляторов.
За рубежом полагают, что, несмотря на несомненные преимущества, СНЧ связь не обеспечивает высокой информационной скорости передачи и приема сообщений при соблюдении скрытности на рабочей глубине погружения.
Ведутся интенсивные работы в других нетрадиционных направлениях. В частности, изучаются перспективы оптической (лазерной) связи, принципиальным достоинством которой является возможность элемтромагнитных волн, этого диапазона проникать в толщу океана на значительную глубину. Полагают, что в большинстве акваторий Мирового океана с помощью чувствительных датчиков на корпусе ПЛ можно принять оптический сигнал на глубине 500-700 м. Считается, что предпочтительней использовать лазер, размещенный на ИСЗ.
Одним из недостатков оптической связи считают необходимость точного знания места адресата для наведения луча, что преодолевается путем последовательной передачи одного и того же сообщения в разные районы, хотя это увеличивает время его прохождения до адресата. В перспективе предусматривается применение мощных лазеров для циркулярных передач во все зоны вероятного нахождения подводных лодок.
Несмотря на преимущества лазерных каналов связи, практическая реализация их задерживается вследствие сравнительно большой стоимости.
Зарубежные специалисты отмечают, что связь берега с лодкой можно осуществлять с помощью акустических средств. Звуковые волны распространяются на тысячи миль, однако требуется много времени при передаче информации на большие дальности. Кроме того, сигнал легко обнаруживается противником и подавляется средствами РЭБ. Считается, что одним из способов гидроакустической связи может быть работа стационарных приемников и маломощных акустических передатчиков на подводных буях, соединенных кабелем с берегом.
Потенциальные возможности связи с подводными лодками в подводном положении ученые видят и в использовании лучей нейтрино (электрически нейтральные элементарные частицы). Они способны проходить сквозь землю со скоростью света с очень малой потерей энергии. При помощи специальных фотоумножителей можно принимать на ПЛ импульсы света, возникающие в результате столкновений нейтрино с ядрами молекул морской воды. Полагают, что такое абсолютно скрытное средство связи будет эффективным на больших глубинах, где помехи солнечного света и космических лучей минимальны. Однако создание нейтринного генератора в настоящее время требует таких материальных затрат, что оно практически трудно осуществимо.
Для связи в направлении «берег – ПЛ» одновременно с СДВ диапазоном производятся передачи и на коротких и ультракоротких волнах. Для приема в этих диапазонах подводная лодка должна подвсплывать на перископную глубину и поднимать мачтовую антенну. При этом теряется скрытность. Поэтому такой связью пользуются только в случаях крайней необходимости по назначенным сеансам. Вместе с тем отмечается, что УКВ и КВ связь в условиях ядерной войны будет наиболее живучей, устойчивой и надежной, поскольку береговые узлы с массивными и сложными антенными полями СНЧ, СДВ систем могут быть уничтожены.
Передачи в направлении «ПЛ – берег» осуществляют на перископной глубине на КВ и УКВ через ИСЗ или посредника (корабль, самолет). При этом используется мачтовая антенна, которую можно легко обнаружить радиолокационными средствами, а излучаемый сигнал этого диапазона запеленговать. Для обеспечения скрытности первоначально использовалась аппаратура сверхкратковременных передач (СКП), а в настоящее время – техника широкополосной модуляции (ШПМ). Она затрудняет обнаружение и перехват передачи вследствие того, что энергия полезного сигнала распределяется в очень широком частотном диапазоне.
ШПМ связь допускает, кроме того, прием и передачу с высокой информационной скоростью, что также снижает вероятность пеленгования подводной лодки.
Принципиальным недостатком ее остается необходимость подвсплытия для развертывания антенн.
В направлениях «ПЛ – ПЛ» и «ПЛ – надводный корабль» применяется гидроакустическая связь. Поскольку основное тактическое требование к подводным лодкам – это скрытное плавание на глубине, то возможность связи с ними современными средствами весьма ограничена.
Полагают: достижения ШПМ техники, а также применение в высокочастотных сигналах прыгающей перестройки по частоте на фоне помех гарантируют, что передача подводной лодки не будет обнаруживаться самой развитой сетью радиоэлектронной разведки, что намного повысит скрытность, а следовательно, и эффективность подводных сил. И наконец, только комплексное использование всех видов и средств связи может обеспечить ее надежность.
