Гидролокатор: принцип работы и применение¶

Гидролокатор (от греч. hydor — вода и лат. locare — помещать, ставить) — активная система обнаружения и локации объектов под водой, основанная на излучении звуковых (акустических) волн и приёме их отражённых сигналов. В русском языке слово состоит из пяти букв (г-и-д-р-о, если считать корень «гидро») и является одним из базовых терминов подводной акустики. Гидролокаторы применяются для навигации, поиска затонувших объектов, морской геологии, рыбопромысловых задач и в военном деле.

¶Принцип работы

Гидролокатор использует эффект эхолокации: устройство генерирует звуковой импульс, который распространяется в воде со скоростью около 1500 м/с (в зависимости от температуры, солёности и давления). Достигнув объекта, волна частично отражается и возвращается к приёмнику. По времени задержки рассчитывается расстояние до объекта, а по изменению частоты (эффект Доплера) — его относительная скорость.

Звуковые волны в воде распространяются значительно лучше, чем радиоволны, поэтому гидролокация остаётся основным способом «видеть» под водой. Электромагнитные сигналы быстро поглощаются морской водой и практически непригодны для дальних задач.

¶Классификация

Гидролокаторы подразделяются по нескольким признакам:

• По назначению: навигационные (определение глубины и рельефа дна), поисковые (обнаружение объектов), целеуказания, гидроакустические станции обнаружения подводных лодок.
• По способу обзора: однолучевые (измеряют расстояние в одном направлении), секторные (сканируют конусообразную зону), бокового обзора (формируют картинку дна по обе стороны от курса), многолучевые эхолоты.
• По частоте: низкочастотные (дальность до десятков километров, низкая разрешающая способность), высокочастотные (точная детализация, малая дальность).
• По положению источника: корабельные (бортовые), гидрофонные буксируемые, станции, устанавливаемые на дно (гидроакустические буи).

¶История

Идея использования звука для обнаружения объектов под водой возникла в конце XIX века. В 1906 году американский инженер Ричард Флуд разработал первый активный прибор для обнаружения айсбергов. В 1912 году, после гибели «Титаника», во Франции была предложена система «фемас» (фр. fémas — фазовый метод звуковой локации).

Во время Первой мировой войны французский физик Поль Ланжевен и русский инженер-электротехник Константин Шилов создали первый практический гидролокатор на основе пьезоэлектрического эффекта — пьезокерамических излучателей и приёмников. Шилов в 1913 году предложил использовать кварцевые пьезоэлементы для подводной локации, а Ланжевен в 1917 году продемонстрировал работающую установку.

В СССР развитие гидроакустики велось с 1920-х годов. В 1930-е годы были созданы первые советские гидроакустические станции для противолодочной обороны. В годы Великой Отечественной войны гидролокаторы стали штатным оборудованием боевых кораблей и подводных лодок, применялись для обнаружения мин, кораблей и навигации в условиях плохой видимости.

¶Применение

¶Гражданское использование

• Навигация и промеры: эхолоты измеряют глубину и строят карту дна, что необходимо для безопасного плавания.
• Морская геология и археология: боковой обзор позволяет обнаруживать затонувшие корабли, трубопроводы, кабели.
• Рыболовство: гидроакустические датчики определяют скопления рыбы.
• Поисково-спасательные работы: локация затонувших объектов и людей.

¶Военное использование

Гидролокаторы — основной инструмент противолодочной обороны. Корабли, вертолёты и береговые станции используют гидроакустические системы для обнаружения подводных лодок. Подводные лодки, в свою очередь, оснащаются гидролокаторами для навигации и поиска целей; в условиях «акустической тишины» применяются пассивные гидрофоны, улавливающие шумы объектов.

¶Особенности распространения звука под водой

Скорость звука в воде зависит от температуры, солёности и давления (глубины). В океане формируется так называемый слой звукового канала (канал SOFAR), в котором звук может распространяться на тысячи километров с малыми потерями. Этот эффект используется при создании глубоководных гидроакустических систем.

Поглощение звука водой растёт с частотой, поэтому выбор рабочей частоты — компромисс между дальностью и разрешением.

¶Интересные факты

• Кашалоты — наиболее известные биологические «гидролокаторы»: они используют эхолокацию для охоты в полной темноте глубин.
• Первое боевое применение активного гидролокатора состоялось в 1916 году, когда эсминец ВМС США атаковал подводную лодку, обнаруженную с помощью гидроакустической станции.
• В СССР и России гидроакустическое оборудование традиционно разрабатывается в конструкторских бюро, связанных с судостроением и оборонной промышленностью.

Источники:

• Большая российская энциклопедия (статьи «Гидроакустика», «Эхолот»)
• Советская военная энциклопедия
• Морской энциклопедический словарь
• Публикации по истории подводной акустики (П. Ланжевен, К. Шилов)