Связь с подводными лодками — это область военной связи , которая сопряжена с техническими проблемами и требует специальных технологий. Поскольку радиоволны плохо распространяются по хорошим электрическим проводникам, таким как соленая вода , затопленные подводные лодки лишены радиосвязи со своими командными органами на обычных радиочастотах. Подводные лодки могут всплыть и поднять антенну над уровнем моря или спустить на воду привязной буй с антенной, а затем использовать обычные радиопередачи; однако это делает их уязвимыми для обнаружения силами противолодочной обороны .
Первые подводные лодки во время Второй мировой войны в основном перемещались по поверхности из-за их ограниченной подводной скорости и выносливости и ныряли в основном для уклонения от непосредственной угрозы или для скрытного подхода к своим целям. Однако во время холодной войны были разработаны атомные подводные лодки , которые могли оставаться под водой месяцами.
В случае ядерной войны подводным лодкам с баллистическими ракетами необходимо приказать быстро запустить свои ракеты. Передача сообщений на эти подводные лодки является активной областью исследований. Радиоволны очень низкой частоты (ОНЧ) могут проникать в морскую воду на глубину чуть более ста футов (30 метров), и многие военно-морские силы используют мощные береговые ОНЧ-передатчики для подводной связи. Несколько стран создали передатчики, использующие радиоволны чрезвычайно низкой частоты (ELF), которые могут проникать в морскую воду и достигать подводных лодок на рабочей глубине, но для этого требуются огромные антенны. Другие методы, которые использовались, включают гидролокатор и синие лазеры . [1]
Звук в воде распространяется далеко, а подводные громкоговорители и гидрофоны могут покрыть довольно большую пропасть. Судя по всему, и американский ( SOSUS ), и российский военно-морские силы разместили оборудование звуковой связи на морском дне в районах, часто посещаемых их подводными лодками, и соединили его подводными кабелями связи со своими наземными станциями. Если подводная лодка скроется возле такого устройства, она сможет поддерживать связь со своим штабом. Подводный телефон, который иногда называют Гертрудой, также используется для связи с подводными аппаратами.
Радиоволны ОНЧ (3–30 кГц ) могут проникать в морскую воду на глубину нескольких десятков метров, и подводная лодка на небольшой глубине может использовать их для связи. Более глубокое судно может использовать буй, оснащенный антенной на длинном тросе. Буй поднимается на несколько метров ниже поверхности и может быть достаточно маленьким, чтобы оставаться незамеченным гидролокатором и радаром противника. Однако эти требования к глубине ограничивают подводные лодки короткими периодами приема, а технологии противолодочной борьбы могут быть способны обнаружить подводную лодку или антенный буй на таких малых глубинах.
Естественный фоновый шум увеличивается с уменьшением частоты, поэтому для его преодоления требуется большая излучаемая мощность. Хуже того, маленькие антенны (относительно длины волны) по своей сути неэффективны. Это предполагает высокую мощность передатчика и очень большие антенны, покрывающие площадь в несколько квадратных километров. Это не позволяет подводным лодкам передавать ОНЧ, но для приема будет достаточно относительно простой антенны (обычно длинного висячего провода). Следовательно, VLF всегда односторонний: с суши на лодку. Если необходима двусторонняя связь, лодка должна подняться ближе к поверхности и поднять антенную мачту для связи на более высоких частотах, обычно ВЧ и выше.
Из-за узкой полосы пропускания передача голоса невозможна; поддерживаются только медленные данные. Скорость передачи данных VLF составляет около 300 бит/сек, поэтому сжатие данных имеет важное значение.
Лишь несколько стран имеют средства ОНЧ для связи со своими подводными лодками: Норвегия, Франция, США , Россия, Великобритания, Германия , Австралия , Пакистан и Индия .
Электромагнитные волны в диапазонах частот ELF и SLF (3–300 Гц ) могут проникать в морскую воду на глубину сотен метров, что позволяет передавать сигналы подводным лодкам на их рабочих глубинах. Создание передатчика ELF является сложной задачей, поскольку им приходится работать на невероятно длинных волнах : система Project ELF ВМС США , которая была вариантом более крупной системы, предложенной под кодовым названием Project Sanguine , [2] работала на частоте 76 герц , [3] и советско-российская система (называемая ЗЕВС ) на частоте 82 Герца. [4] Последнее соответствует длине волны 3656,0 километров. Это больше четверти диаметра Земли. Обычную полуволновую дипольную антенну невозможно построить, так как для этого потребуется антенна длиной 1800 км (1100 миль).
Вместо этого тот, кто хочет построить такое сооружение, должен найти участок с очень низкой проводимостью земли (требование, противоположное обычным местам радиопередатчиков), закопать в землю два огромных электрода в разных местах, а затем подключить к ним линии от станция посередине, в виде проводов на столбах. Хотя возможны и другие разносы, расстояние, используемое передатчиком ЗЕВС, расположенным недалеко от Мурманска, составляет 60 километров (37 миль). Поскольку проводимость земли плохая, ток между электродами будет проникать глубоко в Землю, по существу используя большую часть земного шара в качестве антенны. Длина антенны в Республике, штат Мичиган, составляла примерно 52 километра (32 мили). Антенна очень неэффективна. Для его привода, по-видимому, требуется специальная электростанция, хотя мощность, излучаемая в виде излучения, составляет всего несколько ватт . Его передачу можно принять практически где угодно. Станция в Антарктиде на 78° ю.ш. и 167° з.д. обнаружила передачу, когда советский ВМФ ввел в эксплуатацию антенну ЗЕВС. [4]
Из-за технической сложности создания передатчика ELF США , [ 3] Китай , [5] Россия , [4] и Индия [6] [7] являются единственными странами, которые, как известно, построили средства связи ELF:
Кодирование, используемое для американских военных передач ELF, использовало код коррекции ошибок Рида-Соломона с использованием 64 символов, каждый из которых представлен очень длинной псевдослучайной последовательностью . Вся передача затем была зашифрована . Преимущества такого метода заключаются в том, что за счет корреляции нескольких передач сообщение может быть завершено даже с очень низким отношением сигнал/шум , а поскольку только очень немногие псевдослучайные последовательности представляют собой фактические символы сообщения, существует очень высокая вероятность что если сообщение было успешно получено, оно было действительным ( анти-спуфинг ).
Связь односторонняя. Ни одна подводная лодка не могла иметь на борту собственный передатчик СНЧ из-за огромных размеров такого устройства. Попытки создать передатчик, который можно было бы погружать в море или летать на самолете, вскоре были оставлены.
Из-за ограниченной пропускной способности информация может передаваться очень медленно, порядка нескольких символов в минуту (см. теорему Шеннона о кодировании ). Таким образом, ВМС США когда-либо использовали его только для указания установить другую форму связи [9] , и разумно предположить , [ почему? ] что фактические сообщения представляли собой в основном общие инструкции или запросы об установлении другой формы двусторонней связи с соответствующим органом власти. [ нужна цитата ]
Подводная лодка в надводном положении или подводная лодка, плавающая на поверхности с привязным антенным буем, может использовать обычную радиосвязь. С поверхности подводные лодки могут использовать военно-морские частоты в диапазонах HF , VHF и UHF , а также передавать информацию с помощью голосовой и телетайпной модуляции. Там, где это возможно, для связи на большие расстояния предпочтительны специальные военные спутниковые системы связи, использующие частоты прямой видимости , поскольку ВЧ с большей вероятностью выдадут местоположение подводной лодки. Система ВМС США называется Подсистемой обмена спутниковой информацией о подводных лодках (SSIXS) и является компонентом системы сверхвысокочастотной спутниковой связи ВМС (UHF SATCOM).
Недавняя технология, разработанная командой Массачусетского технологического института, объединяет акустические сигналы и радар , позволяя подводным лодкам общаться с самолетами. [10] Подводный передатчик использует акустический динамик, направленный вверх к поверхности. Передатчик посылает многоканальные звуковые сигналы, которые распространяются в виде волн давления. Когда эти волны достигают поверхности, они вызывают крошечные вибрации. Над водой радар в диапазоне 300 ГГц непрерывно отражает радиосигнал от водной поверхности. Когда поверхность слегка вибрирует из-за звукового сигнала, радар может обнаружить вибрации, завершая путь сигнала от подводного динамика к воздушному приемнику. [11] Эта технология называется TARF (Translational Acoustic-RF), поскольку она использует преобразование между акустическими и радиочастотными сигналами. Будучи многообещающей, эта технология все еще находится в зачаточном состоянии и была успешно протестирована только в относительно контролируемых средах с небольшой, примерно до 200 мм, поверхностной рябью, в то время как более крупные волны препятствовали успешной передаче данных.
В апреле 2017 года Центр морских исследований и экспериментов НАТО объявил [12] об одобрении JANUS — стандартизированного протокола для передачи цифровой информации под водой с использованием акустического звука (как это делали модемы с акустическими соединителями для использования аналоговых телефонных линий). [13] Согласно стандарту STANAG 4748, он использует частоты от 900 Гц до 60 кГц на расстояниях до 28 километров (17 миль). [14] [15] Он доступен для использования с военными и гражданскими устройствами, устройствами НАТО и других стран; он был назван в честь римского бога ворот, проемов и т. д.
В 2009 году в военном отчете США говорилось, что «Практические лазерные системы для больших глубин были недоступны, поскольку не существовало лазеров, работающих с нужным цветом и достаточной энергоэффективностью для использования на спутниках. DARPA стремится к созданию синего лазера, достаточно эффективного, чтобы сделать подводную лазерную связь на глубине и скорости реальностью в ближайшем будущем Недавно продемонстрированный лазер будет согласован со специальным оптическим фильтром, чтобы сформировать ядро системы связи с соотношением сигнал/шум в тысячи раз лучшим, чем у других предлагаемых лазеров. Если DARPA сможет продемонстрировать такую систему в реальных условиях, это кардинально изменит способ связи и работы подводных лодок, тем самым значительно повысив эффективность миссий, например, в противолодочной войне». [1]