A+ A A-

Po II Wojnie Światowej zwycięzcy stanęli naprzeciw siebie mając do zaoferowania światu dwie odmienne ideologie. Rywalizacja wschodu z zachodem przekształciła się z biegiem czasu w konflikt nie tylko ideologiczny ale również ekonomiczny, gospodarczy i przede wszystkim militarny. Stany Zjednoczone i ZSRR doprowadziły do wybuchu konfliktu zwanego Zimną Wojną. Rywalizację tą można było dostrzec na bardzo wielu płaszczyznach, szczególnie w rozwoju i rozbudowie technologii wojskowych. Zimna Wojna stała się impulsem dla stworzenia przez Rosjan i Amerykanów arsenału broni konwencjonalnej jak i nuklearnej, mającego w założeniu chronić ich kraje.

Dźwięk ukryty w głębinach

Najniebezpieczniejszą bronią Zimnej Wojny stały się okręty podwodne, ze względu na skrytość działania, coraz nowsze konstrukcje, napęd atomowy, nowoczesne uzbrojenie i możliwość ataku praktycznie z każdego miejsca na świecie.

Stany Zjednoczone zaniepokojone rozbudową arsenału broni radzieckiej chciały zabezpieczyć swe terytorium i w miarę możliwości kontrolować położenie wielu radzieckich okrętów podwodnych. Z pomocą Marynarce Wojennej USA przyszli naukowcy, postanowili stworzyć system monitorowania i kontroli dźwięku dzięki czemu byłaby możliwość śledzenia radzieckich okrętów podwodnych, pływających po morzach i oceanach całego świata.

SOSUS miał się stać kluczowym wczesno-ostrzegawczym systemem monitorowania i kontroli dźwięku, który śledząc ruch zanurzonych okrętów podwodnych pozwalał chronić Stany Zjednoczone przed ewentualnym atakiem Sowieckich okrętów podwodnych. Szczególnym niebezpieczeństwem dla Stanów Zjednoczonych były okręty podwodne nosiciele rakiet balistycznych. System miał dostarczać informacji, o aktualnym położeniu okrętu odpowiednim jednostkom taktycznym posiadającym uzbrojenie przeznaczone do zwalczania okrętów podwodnych.

Pierwsze stacje SOSUS - NAVFAC - zostały rozmieszczone od Barbados po Nową Szkocję na olbrzymim półkolu otwierającym się na przepastne głębie grzbietu Środkowo-Atlantyckiego. Później, utworzono dodatkowe obszary Atlantyckie w Argentynie, Nowej Funlandii, Keflaviku, na Islandii, Brawdy i w Walii.. fot. www.navy.mil.

Podczas badań naukowcy odkryli, że fale dźwiękowe mogą się przemieszczać na olbrzymie odległości w tzw. kanale głębokiego dźwięku umiejscowionym pomiędzy warstwami wody o różnej temperaturze. Fale dźwiękowe odbijając się od warstw wody rozchodzą się na znaczne odległości nie tracąc nic na swojej sile. Warstwy wody załamywały fale dźwiękowe, powodując że nie docierały one do dna ani do powierzchni, gdzie uległyby załamaniu i straciłyby swoje właściwości.

Badania oceanograficzne poprzedzające powstanie SOSUS

Pierwsze aktywne i bierne sonary hydrolokacyjne były już używane podczas I Wojny Światowej w celu wykrywania okrętów podwodnych, jednak te pierwsze urządzenia o relatywnie wysokich częstotliwościach, posiadały bardzo mały zasięg wykrywalności. Pierwsze szumopelengatory montowane były na statkach i na brzegu lecz ich skuteczność była często uzależniona od korzystnych warunków atmosferycznych.

Sonary używane w II Wojnie Światowej również nie wykazywały się dużo większą skutecznością, podobnie jak pierwsze holowane hydrofony. Kamieniem milowym w rozwijaniu bardziej efektywnych systemów hydrolokacyjnych, a przede wszystkim SOSUS, było wynalezienie akustycznej sondy głębinowej (SDF) we wczesnych latach dwudziestych XX wieku. Urządzenie to miało wszystkie podstawowe cechy sonarów aktywnych i biernych używanych w czasie I Wojny Światowej. SDF nie tylko doprowadził do postępu technologii akustycznej w dziedzinie muzyki, ale przede wszystkim ten system w dużym stopniu usprawnił i ułatwił przeprowadzenie badań głębinowych na dnie oceanów. SDF nadawał wysyłanym dźwiękom odpowiednią szybkość i dokładność, której brakowało przy wcześniej wykorzystywanych technikach. To znowu, spowodowało rosnące zainteresowanie geologią morską i zastosowaniem metod sejsmicznych opracowanych do badań geologicznych dna morza na lądzie.

W 1937 roku uczony Marice Ewing z Uniwersytetu Lehigh przeprowadzał na wodach Północnego Atlantyku eksperyment związany z załamaniem "fal sejsmicznych". W wodach o 3 metrowej głębokości naukowiec detonował ładunki wybuchowe używając ich jako źródła dźwięku.

Ewing William Maurice, 1906-74, amerykański oceanograf i geofizyk. Pierwszy zastosował metody sejsmiczne do badania dna oceanów; odkrył różnice grubości pomiędzy skorupą ziemską (kontynentem) a oceaniczną, ustalił również globalny zasięg grzbietów śródoceanicznych. Odkrycia Ewinga umożliwiły sformułowanie teorii tektoniki płyt. fot. Internet.

Szereg łańcuchowych eksplozji wytworzyły niezamierzone impulsywne echa generowane poprzez powtarzające się odbicia między dnem oceanu a jego taflą, łatwo dostrzegalne z pokładu statku badawczego, na którym Ewing przebywał podczas trwania tego eksperymentu. Uzyskane wyniki pozwoliły Ewingowi dojść do przekonania, iż fala dźwiękowa spowodowana podwodną eksplozją mimo znaczącej utraty natężenia dźwięku przy zetknięciu się z dnem i powierzchnią jest w stanie pokonać bardzo duże odległości. Szczególnie fale o niskiej częstotliwości. Fala dźwiękowa była tylko nieznacznie osłabiona podczas pomiarów w różnych oddalonych od siebie punktach.

Ewing doszedł wtedy do wniosku, iż gdyby istniały odpowiednie "kanały dystrybucyjne" dźwięku poziomego w głębiach oceanu, które unikałyby odbić typu dno-powierzchnia, to wtedy sygnały akustyczne mogłyby pokonywać setki, a nawet tysiące mil i nadal mogłyby być wykrywalne przez logiczne rozmieszczone hydrofony.

Niemalże w tym samym czasie, wraz z odkryciem i udoskonaleniem "batytermografu" przez naukowców z Instytutu Technologii w Massachusetts i naukowców z Instytutu Oceanograficznego w Woods Hole w stanie Massachusetts pojawił się kolejny ważny element. Otóż, po raz pierwszy dzięki udoskonalonemu batytermografowi udało się dokonać stałego pomiaru temperatury głębin oceanicznych. Najistotniejsze okazało się tu dokładne określenie różnic prędkości rozchodzącego się pod powierzchnią wody dźwięku tzw. SVP (Profil Prędkości Dźwięku). Dzięki licznym badaniom podczas których naukowcy prowadzili pomiary prędkości dźwięku uzyskano odpowiednią wiedzę na temat załamania się fal (promieni) dźwięku pod wodą. Badając rozchodzenie się fal na różnych głębokościach potwierdzona została hipoteza Ewinga dotycząca istnienia warstw wody w których dźwięk rozchodził się bez większych zniekształceń w warstwach wody o odpowiedniej temperaturze na odpowiedniej głębokości.

Naukowcy odkryli, że w cieplejszych wodach przypowierzchniowych szybkość dźwięku jest relatywnie wysoka. Natomiast w głębinach, gdzie wraz z wzrostem głębokości spada temperatura wody, szybkość rozchodzenia się dźwięku znacząco spada, aż w okolice minimum. Istotną rolę odgrywa wraz ze wzrostem głębokości ciśnienie, które powoduje ponowny wzrost szybkości dźwięku wraz z wzrostem głębokości. Kanał Głębokiego Dźwięku znajduje się na głębokości, na której prędkość dźwięku jest praktycznie minimalna. Ponieważ "fale" dźwięku zawsze odginają się na obszarach o wysokiej prędkości dźwięku, fala skierowana w górę "warstwy kanału dźwięku" zostanie załamana (w dół) z powrotem - a fala skierowana w dół osi zostania załamana w górę. W ten sposób, fale dźwiękowe pochodzące ze źródeł znajdujących się w Kanale Głębokiego Dźwięku przeplatają się w tą i z powrotem wokół osi tego kanału, są niejako "uwięzione" w głębinach oceanicznych z dala od powierzchni i dna. Mogą wówczas pokonywać dalekie dystanse w minimalnym stopniu tracąc na sile.

Diagram liniowy pokazujący na osi przekaz dźwięku w Kanale Głębokiego Dźwięku. fot. www.navy.mil.

Naukowcy zajmujący się tym zjawiskiem stwierdzili że istnieje również możliwość rozchodzenia się w Głębokim Kanale Dźwięku, fal dźwiękowych emitowanych przez różne źródła w wodach przypowierzchniowych, które uwięzione w GKD mogłyby być słyszalne na długich dystansach, by było to możliwe musiałoby istnieć urządzenie przesuwające dźwięki do GKD.

Oś GKD znajduje się zazwyczaj na głębokości kilku tysięcy stóp, w zależności od istniejących w danych wodach warunków temperaturowych. Różnice temperaturowe mórz i oceanów mogą znacznie odbiegać od siebie. Bardzo wysokie temperatury wód Golfsztromu czy Morza Sargassowego powodują że GKD, leży na innej głębokości w Oceanie Atlantyckim niż Oceanie Spokojnym.

Potencjał Głównego Kanału Dźwięku

Ewing i jego koledzy przeprowadzili szereg różnorodnych eksperymentów na morzu, które w późniejszych badaniach potwierdziły zasadę rozchodzenia się dźwięku w GKD, jednocześnie odkrywając zjawisko przypowierzchniowe i strefy zbieżności.

USS Buckley (DE-51) niszczyciel eskortowy, na pokładzie takiego okrętu
były przeprowadzane badania przez Ewinga w 1944 r. fot. Internet.

Na podstawie tych eksperymentów w 1943 roku Ewing zaproponował Marynarce Wojennej Stanów Zjednoczonych rozwinięcie systemu służącego do komunikacji na dalekich przestrzeniach przez detonowanie programowanych czasowo ładunków wybuchowych w samym kanale dźwiękowym. Propozycja została pozytywnie rozpatrzona przez Marynarkę Wojenną Stanów Zjednoczonych i wiosną 1944 r., Ewing nadzorował osobiście przebieg głównych testów morskich, podczas których okręt USS Buckley (DE-51) od czasu do czasu wyrzucał ładunki wybuchowe, które były odpalane na różnych głębokościach. Te kontrolowane wybuchy przeprowadzone były do czasu dotarcia dźwięku na odległość ok. 900 mil, gdzie zostały zarejestrowane.

Eksperyment Ewinga z użyciem okrętu USS Buckley doprowadził do rozwinięcia systemu ratowniczego typu powietrze-ziemia zwanego SOFAR (Sound Fixing and Ranking). c.d.n.

Witold Rychter

Dodaj komentarz


Kod antyspamowy


Odśwież