Сонар — средство обнаружения объектов под водой¶

Сонар (от англ. Sound Navigation and Ranging — навигация и определение расстояния при помощи звука) — техническое средство обнаружения, определения местоположения, распознавания и сопровождения объектов в водной среде или над её поверхностью с помощью звуковых (акустических) волн. Сонары применяются в военном флоте, гидрографии, океанографии, рыбопромысловой отрасли, подводном строительстве и поисково-спасательных операциях.

¶Принцип работы

Звуковые волны распространяются в воде значительно эффективнее, чем радиоволны: поглощение и затухание электромагнитных сигналов в морской воде очень велико, поэтому радиолокация под водой практически неприменима. Скорость звука в воде составляет около 1500 м/с (в зависимости от температуры, солёности и давления) и примерно в 4,5 раза превышает скорость звука в воздухе.

Принцип действия сонара основан на излучении звукового импульса и приёме его отражённой (эховой) составляющей от подводного объекта или рельефа дна. По времени задержки между излучением и приёмом отражённого сигнала определяется расстояние до объекта, по изменению частоты сигнала (эффект Допплера) — скорость и направление движения цели, по характеру отражённого сигнала — признаки объекта (подводная лодка, рыба, дно, коралловая банка).

¶Классификация

Сонары подразделяются по нескольким признакам.

По способу излучения и приёма:

• Активный сонар — сам излучает звуковые импульсы и анализирует отражённый сигнал. Обеспечивает определение расстояния, направления и характеристик цели, но «выдаёт» собственное местоположение.
• Пассивный сонар — только принимает звуки, издаваемые объектами (шумы двигателей, винтов, гидродинамический шум). Не обнаруживается противником и позволяет вести скрытное наблюдение, но не даёт точного расстояния без дополнительных расчётов.
• Гибридный (активно-пассивный) сонар — совмещает оба режима.

По месту размещения:

• Корабельный — устанавливается на надводных кораблях и подводных лодках (корпусные и буксируемые гидроакустические станции).
• Береговой (наземный) — стационарные комплексы для охраны побережья и важных акваторий.
• Авиационный — устанавливается на самолётах и вертолётах для поиска подводных лодок и противоминной обороны (в том числе сбрасываемые в воду буи — ГАСБ).
• Автономный — размещается на дне, на подводных аппаратах или дрейфующих буях.

По диапазону частот:

• Низкочастотные (единицы–сотни Гц) — дальность действия до сотен километров, используются для обнаружения подводных лодок и исследования океана.
• Среднечастотные — универсальные, применяются на корабельных станциях.
• Высокочастотные (десятки–сотни кГц) — высокая разрешающая способность, малая дальность, используются для навигации, лоцманского пилотирования, поиска мелких объектов и рыбопромысловых целей.

¶Основные характеристики

Ключевые параметры сонара:

¶История

Идея использования эха звука для обнаружения подводных объектов возникла ещё в начале XX века. В 1906 году канадский физик Реджинальд Фессенден создал первый прототип эхолота, способного обнаруживать айсберги. В годы Первой мировой войны активно разрабатывались средства борьбы с подводными лодками; в 1917—1918 годах французский физик Поль Ланжевен и русский инженер Константин Шилов, работавший во Франции, создали первый практический сонар (эхолокационную установку) на электромагнитном излучателе с кварцевым приёмником.

В СССР развитие гидроакустики велось с 1920-х годов. В 1930-е годы были созданы первые корабельные гидроакустические станции, а в годы Великой Отечественной войны советские подводные лодки и корабли активно применяли эхолоты и гидроакустические средства. В послевоенное время СССР создал мощные гидроакустические комплексы для противолодочных кораблей, атомных подводных лодок и противолодочной авиации.

¶Применение

• Военное дело — поиск и сопровождение подводных лодок, противоминная оборона, навигация подводных лодок, связь между кораблями и подводными аппаратами.
• Рыбопромысловая отрасль — поиск скоплений рыбы (эхолоты-кроловеды), оценка плотности и глубины залегания косяков.
• Гидрография и океанография — построение карт морского дна, измерение глубин, изучение рельефа и грунтов.
• Подводные работы — навигация необитаемых подводных аппаратов (НПА), позиционирование буровых платформ, поиск затонувших объектов.
• Поисково-спасательные операции — обнаружение затонувших судов и авиалайнеров (в частности, сонары применялись при поисках «Чёрного ящика» авиалайнера А320 Air France 447 в Атлантике).

¶Ограничения

Точность и дальность сонара зависят от состояния акватории. Слои воды с разной температурой и солёностью образуют акустические каналы, искривляющие траекторию звука и создающие «слепые зоны». Биологические шумы (щелчки креветок, пение китов), шум дождя, треск волн и деятельность судов создают помехи. Активный сонар обнаруживает объект, но одновременно демонстрирует присутствие носителя, что ограничивает его использование при скрытном патрулировании.

¶Источники

• Большая российская энциклопедия: Гидроакустика
• Советская военная энциклопедия: Гидроакустические средства
• Б. Н. Локтев, «Гидроакустика»
• С. И. Пухов, «Гидроакустические станции»