A+ A A-

Gdy zakończyła się II wojna światowa w 1945 roku, Marynarka Wojenna Stanów Zjednoczonych nie zrezygnowała z badań w dziedzinie akustyki podwodnej i postanowiła je kontynuować. Badania nadal były prowadzone, szczególnie chciano zrozumieć, w jaki sposób rozchodzi się dźwięk w kanale głębokiego dźwięku. Marynarka Wojenna postanowiła współpracować nad tym zagadnieniem z Siłami Powietrznymi USA. Koncentrowano się głównie na stworzeniu sieci SOFAR na Atlantyku i Pacyfiku. Jednakże wraz z nastaniem okresu Zimnej Wojny i rosnącym zagrożeniem ze strony nowocześniejszych radzieckich okrętów podwodnych budowanych na podstawie zdobytych niemieckich technologii z okresu II wojny światowej zastosowanie kanału głębokiego dźwięku jako broni, którą można byłoby wykorzystać przeciwko radzieckim okrętom podwodnym, stało się priorytetem.

 

Frederick Hunt / Zdjęcie: www.navy.mil

Do lat 50. w Stanach Zjednoczonych uważano, że radzieckie okręty podwodne stanowią największe zagrożenie dla bezpieczeństwa USA i postanowiono zwrócić się do Komitetu ds. Broni Podwodnej (CUW - Committee on Underesea Warfare) założonego w 1945 roku, a składającego się z pracowników akademickich o niezbędne sugestie w analizie tego zagadnienia.

W rezultacie powstał tzw. Projekt Hartwella, składający się z serii spotkań, w których udział wzięli najznakomitsi naukowcy i oficerowie marynarki wojennej, podczas których poruszano zagadnienia o tematyce technicznej związane z wcześniejszym wykrywaniem okrętów podwodnych.

Podczas analizy możliwości związanych z wcześniejszym wykrywaniem okrętów podwodnych fizyk Frederick Hunt (wcześniejszy szef Podwodnego Laboratorium Dźwiękowego na Uniwersytecie Harwarda,), zelektryzował wszystkich zebranych wiadomością, że kanał SOFAR Ewinga, może podtrzymać echo dźwięku wytwarzanego przez okręt podwodny, co umożliwiłoby zidentyfikowanie tego okrętu na dystansie aż stu mil. Jeszcze większym zaskoczeniem było stwierdzenie że częstotliwości poniżej 500 Hz mogłyby penetrować kanał głębokiego dźwięku, dosłownie z każdej głębokości i z każdego miejsca. To spostrzeżenie, nie do końca powszechnie zaakceptowane, stworzyło naukowe podwaliny SOSUS i umożliwiło zaskakująco wczesną, jak na czasy powojenne, możliwość kontroli podwodnej o szerokim zasięgu.

SOSUS - Rozwój wczesnej inżynierii

Głównym rezultatem Projektu Hartwella było podpisanie, w 1950 roku, kontraktu między Biurem Badań Morskich (ONR) a amerykańską firmą telefoniczno-telegraficzną AT&T i jej komórką produkcyjną Western Electric na rozwinięcie podwodnego systemu kontroli opartego na dystrybucji dźwięku o szerokim zasięgu. Pod tą egidą, Laboratorium Telefoniczne Bella zainicjowało serię eksperymentalnych prób, instalując podwodne czujniki, w New Jersey, wyspie Eleuthera i na Bahamach. Dodatkowo, AT&T zaadaptowało swój, dopiero co wynaleziony, spektrograf służący do analizy dźwięków mowy, do podobnego urządzenia zwanego LOFAR (Analiza i Zapis Niskich Częstotliwości) zaprojektowanej po to, by analizować podwodne sygnały o niskiej częstotliwości w czasie zbliżonym do rzeczywistego. Zarówno LOFAR, jak i spektrograf generował obraz nadchodzącego fragmentu dźwięku w odpowiednim trybie częstotliwości, na którym zapis czasu zawartości spektralnej przedstawiony był w postaci zaciemnienia specjalnego czułego papieru przez elektrostatyczną igłę poruszającą się ruchem wahadłowym wzdłuż osi częstotliwości. W tenże sposób, obecność różnorakich dźwięków na dnie morza, generowanych przez jednostki podwodne w zapisie spektograficznym mogła być rozpoznana w postaci sygnału zbieranego przez matrycę. Ta główna część pracy, wykonana w większości przez AT&T otrzymała kodową nazwę Projekt Jezebel. Pracę nad tym projektem odbywały się pod kierownictwem kapitana Josepha Kellyego.

Ilustracja przedstawia w jaki sposób "transmitowany" jest dźwięk
w głębokim kanale dźwięku / Rysunek: www.physicstoday.org

W międzyczasie, marynarka wojenna nadal wspierała Maurica Ewinga, pracującego wtedy w Laboratorium Hudsona na Uniwersytecie w Colombia, w dalszych pracach nad zagadnieniem rozchodzenia się dźwięku pod wodą o niskiej częstotliwości. Wysiłek ten wzbogacony został pracą Woods Hole i kalifornijskiego Instytutu Oceanografii Scripps, które skoncentrowały się na dogłębnym zrozumieniu transmisji dźwięku o dalekim zasięgu.

Kiedy prace nad Projektem Jezebel i Projektem Michael zostały ukończone, postanowiono połączyć osiągnięte wyniki w celu zaprojektowania oraz przeprowadzenia prac inżynieryjnych i zbudowania urządzeń mogących śledzić sygnały dźwiękowe emitowane przez okręty.

Następnie urządzenia te zostały rozmieszczone na rozległym obszarze w miejscach przewidzianych przez Fredericka Hunta z Hartwell. Dwa projekty zostały sklasyfikowane akronimem SOSUS i otrzymały wspólną nazwę Projekt Cesar.

Stacje NAVFAC znajdują się często w odizolowanych miejscach z dala od jakichkolwiek miejscowości czy nadmorskich kurortów. Zdjęcie ukazuje stację NAVFAC Centerville Beach, zbudowaną w 1957 u wybrzeżu Pacyfiku ok. 225 mil na północ od San Francisco / Zdjęcie: www.navy.mil

Pierwszy prototyp instalacji SOSUS został rozmieszczony na dnie niedaleko wyspy Eleuthery przy wykorzystaniu brytyjskiego okablowania w styczniu 1952 roku. Matryca liniowa miała długość 1000 stóp z 40 hydrofonicznymi elementami umieszczonymi na głębokości 240 sążni. Po serii zakończonych sukcesem prób detekcji z wykorzystaniem amerykańskich okrętów podwodnych marynarka wojenna zdecydowała się w połowie roku na instalację podobnych matryc wzdłuż całego wschodniego wybrzeża USA. Dwa lata później US Navy zamierzała rozszerzyć ten system również na zachodnie wybrzeże oraz Hawaje.

Te wczesne matryce liniowe SOSUS były umieszczane na dnie morza w lokalizacjach umożliwiających dostęp do kanałów głębokiego dźwięku skierowanych w kierunku spodziewanego zagrożenia. Ich indywidualne hydrofonowe dane wyjściowe były przesyłane do stacji przetwarzania zlokalizowanych na wybrzeżach.

W stacjach NAVFAC sygnały akustyczne były przetwarzane w taki sposób, by stworzyć wachlarz poziomych "wiązek", z których każda reprezentowała łączny sygnał dźwiękowy z małego sektora - ustawionego w konkretnym kierunku. Analiza częstotliwości czasu wąskiego pasma w regionie spektralnym została przeprowadzona na takich samych "wiązkach" wychodzących, jednocześnie używając opisanej powyżej techniki LOFAR. Zdolność takiej analizy nie tylko pozwoliła wyodrębnić szerokie pasma szumu oceanicznego, ale również zidentyfikować charakterystyczne częstotliwości związane z obrotową maszynerią. Był to klucz do wykrycia i zaklasyfikowania celów. Analizator LOFAR był łączony z każdą wiązką każdej matrycy w NAVFAC, gdzie na dużej przestrzeni stały maszyny i z dużą szybkością zapisywały przesyłane dane na dymnym papierze przez 24 godziny.

Te zapisy były cały czas sprawdzane przez specjalnie do tego zadania wykwalifikowany personel, którego zadaniem było wyszukiwanie różnych zapisów dźwięków podwodnych, co pozwalało na naprowadzenie na możliwy cel generatora. Później, jeśli jednoczesne kontakty były zbierane na matrycach w oddzielnych lokalizacjach, pozycja celu mogła być oszacowana za pomocą triangulacji.

Maszyny LOFAR używane w stacji SOSUS w Centerville. Każda stacja była wyposażona w setki tego typu urządzeń. Każde z nich przedstawiały obraz niskiej częstotliwości dźwięku wytworzonego przez matrycę, wzdłuż danego kierunku wiązki. Maszyny te używały do zapisu dźwięku papieru dymnego, wytwarzając jednocześnie wszechobecny zapach ozonu.


Typowe urządzenie LOFAR do zapisu sygnałów przekazywanych z matryc na papierze dymnym.
Setki takich urządzeń było umieszczanych w stacjach NAVFAC.
Urządzenia pracowały przez 24 godziny na dobę / Zdjęcie: www.navy.mil

Instalacje pierwszej generacji oraz wstępne doświadczenia operacyjne

Pierwsza stacja NAVFAC zbudowana została na zlecenie programu Cezar we wrześniu 1954 w Bazie Sił Powietrznych Ramey w północno-zachodnim Portoryko. Przed końcem roku podobne stacje powstały w Grand Turks i San Salvador na Wyspach Bahama. Pod koniec 1957 roku kolejne stacje zostały założone na Bermudach, Shelburne (Nowa Szkocja), Nantucket, na Przylądku May, Przylądku Hatteras, Antiqua, Eleuthera i na Barbados. Wystarczyło jedno spojrzenie na mapę wschodniej części regionu Północno-Antlantyckiego, by zrozumieć racjonalność lokalizacji tych urządzeń. Tworzą one duże półkola od Barbados do Nowej Szkocji, otwierając się w kierunku podwodnej otchłani Przesmyku Środkowo-Atlantyckiego. Daje to zarówno doskonalą informację na temat głębokiego koryta oceanicznego jak i możliwość korelacji kontaktu między matrycami o szerokich punktach obserwacyjnych. Aby zapewnić optymalną współpracę akustyczną z kanałem głębokiego dźwięku, matryce nakierowane były na zewnątrz krawędzi kontynentalnego szelfu. Ponieważ długość kabli ograniczona była do 150 metrów, stacje NAVFAC musiały być lokowane na wybrzeżach w miejscach, gdzie załamanie szelfu kontynentalnego znajdowało się najbliżej lądu. Dwa lata później ta koncepcja operacji została rozszerzona o stację SOSUS w Argentia, w Nowej Fundlandii, tak by przetwarzać wyniki kilku matryc zanurzonych w płytkiej wodzie na południe od Grand Banks. c.d.n.

Witold Rychter

Dodaj komentarz


Kod antyspamowy


Odśwież