technika
Autor: Wiesław Pietrzak | dodano: 2017-08-29
Cisi zabójcy

Fot. PH1 Harold Gerwien/dimoc.mil

Historia okrętów podwodnych zaczęła się w 1877 r., kiedy to pierwszą tego typu jednostkę z prawdziwego zdarzenia zbudował J.P. Holland z New Jersey. Dzięki niemu klasycznym napędem stał się w nich napęd dieslowsko-elektryczny. Pierwsze okręty większą część rejsu odbywały w wynurzeniu. Dopiero podczas ataku lub ucieczki schodziły pod powierzchnię wody. Możliwość dłuższego przebywania pod nią zapewniały im tzw. chrapy, czyli rura wysuwana nad powierzchnię do zasysania powietrza do silnika i odświeżania składu atmosfery.

Prawdziwa rewolucja nastąpiła wraz z wprowadzeniem do służby przez USA w 1954 r. okrętu podwodnego USS Nautilus z reaktorem atomowym na pokładzie. Tym sposobem wyeliminowano całkowicie konieczność okresowego wynurzania się lub wysuwania chrap. Nowy napęd umożliwił osiąganie prędkości podwodnej rzędu 35–40 węzłów, a zasięg pływania zależał już tylko od kondycji psychicznej załogi oraz zapasów żywności. Współczesne okręty podwodne z napędem atomowym zazwyczaj zabierają żywność na kilkudziesięciodniowe rejsy. W 1960 r. USS Triton odbył w położeniu podwodnym 60-dniowy rejs dookoła świata trasą przebytą w XVI w. przez Magellana, a wynurzenie nastąpiło dopiero po 83 dniach.

O popularności napędu atomowego świadczy fakt, że Francja, USA i Wielka Brytania całkowicie zrezygnowały z napędu klasycznego. Większość jednostek wykorzystuje teraz reaktory ciśnieniowo-wodne, które są najmniej kłopotliwe w eksploatacji, ale część rosyjskich okrętów ma siłownie atomowe chłodzone płynnym sodem. Budowa i utrzymanie takich okrętów są bardzo kosztowne, więc tylko kilka państw może sobie pozwolić na ich posiadanie.

Alternatywny wobec napędu nuklearnego jest napęd niezależny od powietrza atmosferycznego: system MESMA, ogniwa paliwowe (PEM) i silnik Stirlinga. Te rozwiązania, wybierane przez państwa mniej zamożne, pozwalają na przebywanie pod wodą przez ponad 2 tyg., przy czym wszystkie bazują na zmagazynowanym na pokładzie ciekłym tlenie o temperaturze –180°C. Układ MESMA został skonstruowany przez francuskie konsorcjum DCNS. Spaleniu ulega tu mieszanka gazowa tlenu i etanolu. Napęd ten charakteryzuje się bardzo dużym podobieństwem do siłowni atomowej, ale gwarantuje tylko 20% jej sprawności, co nie jest zbyt imponującym rozwiązaniem. W ogniwach paliwowych opracowanych przez niemieckie firmy HDW i Siemens jako paliwo wykorzystuje się czysty wodór. W wyniku reakcji elektrochemicznej między tlenem a wodorem powstają woda oraz energia elektryczna i cieplna. Ze względu na brak części ruchomych system jest całkowicie bezgłośny.

Jego sprawność ocenia się na ok. 30%. Z kolei na opatentowane prawie 200 lat temu rozwiązanie szkockiego pastora Roberta Stirlinga postawili Szwedzi. System ten wykorzystuje do pracy olej napędowy i tlen, a także hel jako gaz roboczy. Energia cieplna ze spalania oleju napędowego ogrzewa hel, który porusza tłoki silnika, a ich ruch zamieniany jest na energię elektryczną. Sprawność systemu wynosi 40%.

Oczy i uszy

W celu obserwacji najbliższego otoczenia nad powierzchnią wody okręty podwodne wyposaża się w peryskopy. Od prostych konstrukcji urządzenia te ewoluowały do skomplikowanych systemów elektrooptycznych. Prócz soczewek i pryzmatu peryskopy mogą być wyposażone w sztuczny horyzont, czujniki ostrzegające o namierzaniu przez radar, wzmacniacz obrazu, kamerę z monitorem i aparat fotograficzny z powiększeniem obrazu, działające nocą i w złych warunkach atmosferycznych, a w namiarze na cel i pomiarze odległości pomaga układ mikroprocesora z wiązką laserową.

Nowoczesne okręty podwodne prócz różnorakich anten dysponują też niedużymi radarami do przeszukiwania powierzchni wody i przestrzeni powietrznej. Nie mają okien, ale pod wodą nie są ślepe. Umieszczony na dziobie sonar wysyła impulsy akustyczne o częstotliwościach 5–20 kHz. Dzięki odbiornikowi odbitych od celu dźwięków określa się kierunek ruchu wykrytego obiektu i precyzyjną odległość od niego. Niestety, namierzenie obcej jednostki impulsem dźwiękowym powoduje ujawnienie własnej pozycji.

O wiele ważniejszym urządzeniem jest hydrolokator pasywny, który wychwytuje wszelkie szumy innych jednostek przez bardzo czułe hydrofony. Okręty podwodne dysponują też ich wersjami holowanymi, które zapewniają nasłuch sektorów rufowych, np. amerykański BQQ-25 wykorzystuje 800-metrowy kabel o średnicy 9,5 mm z kilkuset hydrofonami. Oprogramowanie komputerowe na podstawie charakterystyki wyłapywanych dźwięków potrafi ustalić rodzaj obiektu: czy będzie to okręt nawodny, podwodny, statek handlowy, czy waleń.

Podmorskie nawigowanie odbywa się z wykorzystaniem nawigacyjnych map oceanicznych. Okręt odbiera sygnały z satelitów GPS za pomocą anteny, gdy jest odpowiednio blisko powierzchni. Ponadto cały czas pracuje inercyjny system nawigowania przeliczający czas, prędkość i kierunek ruchu jednostki.

Łączność

Ocean sprawia wiele problemów z łącznością, osłabiając przenikanie fal radiowych. Im wyższa częstotliwość, tym większe straty sygnału, dlatego najlepszym zakresem łączności radiowej z zanurzonym okrętem podwodnym jest bardzo niska (3–30 kHz) lub ekstremalnie niska częstotliwość ELF (300 Hz–3 kHz). Niestety charakteryzują się one małą pojemnością przekazywanej informacji, a okręt, holując kilkusetmetrowej długości przewód antenowy, powinien znajdować się kilkanaście metrów pod powierzchnią, co naraża go na szybkie wykrycie. W USA używa się też lotniczego systemu TACAMO, wykorzystującego fale ELF. Krążące nad ocenami samoloty ciągną za sobą przewodowe anteny o długości 4–10 km. Do przekazywania rozkazów używane są też specjalne boje zrzucane z samolotów. Wysyłają one trzykrotnie w głąb oceanu nagraną wiadomość, po czym ulegają samolikwidacji.

Przekazywanie depeszy z zanurzonego okrętu odbywa się na dwa sposoby: poprzez boje łącznościowe lub anteny satelitarne. Boja z nagranym przekazem jest wypuszczana z zanurzonego okrętu i po pewnym czasie, potrzebnym, by jednostka mogła się oddalić bez zdradzenia miejsca swojego pobytu, transmituje przekaz. Łączność satelitarna odbywa się na falach krótkich i ultrakrótkich. Przekazywane informacje mają skondensowaną formę, co skraca transmisję i utrudnia pracę operatorom nasłuchu.

W razie awarii

Załoga, jeśli jednostka jest w stanie się wynurzyć, wydostaje się przez włazy i na pokładzie czeka na podejście innej jednostki pływającej. Może wykorzystać też tratwy ratunkowe wrzucone uprzednio do wody. Do opuszczenia okrętu pod wodą jednostki dysponują specjalnymi śluzami. W takim przypadku marynarz wkłada kombinezon ratunkowy z kapturem zapewniającym bańkę powietrza do oddychania. Gdy wejdzie do śluzy, jej dolny właz zostaje zamknięty, a szyb napełnia się wodą, której ciśnienie wyrównuje się z ciśnieniem morza. Zewnętrzny właz zostaje otwarty i marynarz wypływa na zewnątrz. Część okrętów dysponuje też kapsułami ratowniczymi zdolnymi pomieścić nawet 40 osób. Po zajęciu miejsc przez rozbitków kapsuła jest odłączana od macierzystej jednostki i zmierza ku powierzchni dzięki pływakom. W jej wnętrzu znajdują się kilkudniowy zapas żywności i wody oraz radiostacja.

Przy ponaddwustumetrowym zanurzeniu trzeba już użyć specjalistycznych pojazdów ratowniczych, które w zasadzie są miniaturowymi okrętami podwodnymi, mogącymi zejść na głębokość ponad 1500 m. Pojazdy te mają szyb przejściowy, którym łączą się z szybem awaryjnym uszkodzonego okrętu i po otwarciu włazu przejmują rozbitków.

 

Więcej w miesięczniku „Wiedza i Życie" nr 09/2017 »
Drukuj »
Ten artykuł nie został jeszcze skomentowany.
Aktualne numery
09/2017
10/2017
Kalendarium
Wrzesień
21
W 2003 r. amerykańska sonda kosmiczna Galileo spłonęła w atmosferze Jowisza.
Warto przeczytać
Chwila bez biologii… nie istnieje. W nas i wokół nas kipi życie. Dlaczego by wobec tego nie poznać go bliżej, najlepiej we własnym laboratorium? By nie sięgać daleko, można zacząć od siebie.

WSPÓŁPRACUJEMY
Logowanie

Nazwa użytkownika

Hasło

Autor: Wiesław Pietrzak | dodano: 2017-08-29
Cisi zabójcy

Fot. PH1 Harold Gerwien/dimoc.mil

Historia okrętów podwodnych zaczęła się w 1877 r., kiedy to pierwszą tego typu jednostkę z prawdziwego zdarzenia zbudował J.P. Holland z New Jersey. Dzięki niemu klasycznym napędem stał się w nich napęd dieslowsko-elektryczny. Pierwsze okręty większą część rejsu odbywały w wynurzeniu. Dopiero podczas ataku lub ucieczki schodziły pod powierzchnię wody. Możliwość dłuższego przebywania pod nią zapewniały im tzw. chrapy, czyli rura wysuwana nad powierzchnię do zasysania powietrza do silnika i odświeżania składu atmosfery.

Prawdziwa rewolucja nastąpiła wraz z wprowadzeniem do służby przez USA w 1954 r. okrętu podwodnego USS Nautilus z reaktorem atomowym na pokładzie. Tym sposobem wyeliminowano całkowicie konieczność okresowego wynurzania się lub wysuwania chrap. Nowy napęd umożliwił osiąganie prędkości podwodnej rzędu 35–40 węzłów, a zasięg pływania zależał już tylko od kondycji psychicznej załogi oraz zapasów żywności. Współczesne okręty podwodne z napędem atomowym zazwyczaj zabierają żywność na kilkudziesięciodniowe rejsy. W 1960 r. USS Triton odbył w położeniu podwodnym 60-dniowy rejs dookoła świata trasą przebytą w XVI w. przez Magellana, a wynurzenie nastąpiło dopiero po 83 dniach.

O popularności napędu atomowego świadczy fakt, że Francja, USA i Wielka Brytania całkowicie zrezygnowały z napędu klasycznego. Większość jednostek wykorzystuje teraz reaktory ciśnieniowo-wodne, które są najmniej kłopotliwe w eksploatacji, ale część rosyjskich okrętów ma siłownie atomowe chłodzone płynnym sodem. Budowa i utrzymanie takich okrętów są bardzo kosztowne, więc tylko kilka państw może sobie pozwolić na ich posiadanie.

Alternatywny wobec napędu nuklearnego jest napęd niezależny od powietrza atmosferycznego: system MESMA, ogniwa paliwowe (PEM) i silnik Stirlinga. Te rozwiązania, wybierane przez państwa mniej zamożne, pozwalają na przebywanie pod wodą przez ponad 2 tyg., przy czym wszystkie bazują na zmagazynowanym na pokładzie ciekłym tlenie o temperaturze –180°C. Układ MESMA został skonstruowany przez francuskie konsorcjum DCNS. Spaleniu ulega tu mieszanka gazowa tlenu i etanolu. Napęd ten charakteryzuje się bardzo dużym podobieństwem do siłowni atomowej, ale gwarantuje tylko 20% jej sprawności, co nie jest zbyt imponującym rozwiązaniem. W ogniwach paliwowych opracowanych przez niemieckie firmy HDW i Siemens jako paliwo wykorzystuje się czysty wodór. W wyniku reakcji elektrochemicznej między tlenem a wodorem powstają woda oraz energia elektryczna i cieplna. Ze względu na brak części ruchomych system jest całkowicie bezgłośny.

Jego sprawność ocenia się na ok. 30%. Z kolei na opatentowane prawie 200 lat temu rozwiązanie szkockiego pastora Roberta Stirlinga postawili Szwedzi. System ten wykorzystuje do pracy olej napędowy i tlen, a także hel jako gaz roboczy. Energia cieplna ze spalania oleju napędowego ogrzewa hel, który porusza tłoki silnika, a ich ruch zamieniany jest na energię elektryczną. Sprawność systemu wynosi 40%.

Oczy i uszy

W celu obserwacji najbliższego otoczenia nad powierzchnią wody okręty podwodne wyposaża się w peryskopy. Od prostych konstrukcji urządzenia te ewoluowały do skomplikowanych systemów elektrooptycznych. Prócz soczewek i pryzmatu peryskopy mogą być wyposażone w sztuczny horyzont, czujniki ostrzegające o namierzaniu przez radar, wzmacniacz obrazu, kamerę z monitorem i aparat fotograficzny z powiększeniem obrazu, działające nocą i w złych warunkach atmosferycznych, a w namiarze na cel i pomiarze odległości pomaga układ mikroprocesora z wiązką laserową.

Nowoczesne okręty podwodne prócz różnorakich anten dysponują też niedużymi radarami do przeszukiwania powierzchni wody i przestrzeni powietrznej. Nie mają okien, ale pod wodą nie są ślepe. Umieszczony na dziobie sonar wysyła impulsy akustyczne o częstotliwościach 5–20 kHz. Dzięki odbiornikowi odbitych od celu dźwięków określa się kierunek ruchu wykrytego obiektu i precyzyjną odległość od niego. Niestety, namierzenie obcej jednostki impulsem dźwiękowym powoduje ujawnienie własnej pozycji.

O wiele ważniejszym urządzeniem jest hydrolokator pasywny, który wychwytuje wszelkie szumy innych jednostek przez bardzo czułe hydrofony. Okręty podwodne dysponują też ich wersjami holowanymi, które zapewniają nasłuch sektorów rufowych, np. amerykański BQQ-25 wykorzystuje 800-metrowy kabel o średnicy 9,5 mm z kilkuset hydrofonami. Oprogramowanie komputerowe na podstawie charakterystyki wyłapywanych dźwięków potrafi ustalić rodzaj obiektu: czy będzie to okręt nawodny, podwodny, statek handlowy, czy waleń.

Podmorskie nawigowanie odbywa się z wykorzystaniem nawigacyjnych map oceanicznych. Okręt odbiera sygnały z satelitów GPS za pomocą anteny, gdy jest odpowiednio blisko powierzchni. Ponadto cały czas pracuje inercyjny system nawigowania przeliczający czas, prędkość i kierunek ruchu jednostki.

Łączność

Ocean sprawia wiele problemów z łącznością, osłabiając przenikanie fal radiowych. Im wyższa częstotliwość, tym większe straty sygnału, dlatego najlepszym zakresem łączności radiowej z zanurzonym okrętem podwodnym jest bardzo niska (3–30 kHz) lub ekstremalnie niska częstotliwość ELF (300 Hz–3 kHz). Niestety charakteryzują się one małą pojemnością przekazywanej informacji, a okręt, holując kilkusetmetrowej długości przewód antenowy, powinien znajdować się kilkanaście metrów pod powierzchnią, co naraża go na szybkie wykrycie. W USA używa się też lotniczego systemu TACAMO, wykorzystującego fale ELF. Krążące nad ocenami samoloty ciągną za sobą przewodowe anteny o długości 4–10 km. Do przekazywania rozkazów używane są też specjalne boje zrzucane z samolotów. Wysyłają one trzykrotnie w głąb oceanu nagraną wiadomość, po czym ulegają samolikwidacji.

Przekazywanie depeszy z zanurzonego okrętu odbywa się na dwa sposoby: poprzez boje łącznościowe lub anteny satelitarne. Boja z nagranym przekazem jest wypuszczana z zanurzonego okrętu i po pewnym czasie, potrzebnym, by jednostka mogła się oddalić bez zdradzenia miejsca swojego pobytu, transmituje przekaz. Łączność satelitarna odbywa się na falach krótkich i ultrakrótkich. Przekazywane informacje mają skondensowaną formę, co skraca transmisję i utrudnia pracę operatorom nasłuchu.

W razie awarii

Załoga, jeśli jednostka jest w stanie się wynurzyć, wydostaje się przez włazy i na pokładzie czeka na podejście innej jednostki pływającej. Może wykorzystać też tratwy ratunkowe wrzucone uprzednio do wody. Do opuszczenia okrętu pod wodą jednostki dysponują specjalnymi śluzami. W takim przypadku marynarz wkłada kombinezon ratunkowy z kapturem zapewniającym bańkę powietrza do oddychania. Gdy wejdzie do śluzy, jej dolny właz zostaje zamknięty, a szyb napełnia się wodą, której ciśnienie wyrównuje się z ciśnieniem morza. Zewnętrzny właz zostaje otwarty i marynarz wypływa na zewnątrz. Część okrętów dysponuje też kapsułami ratowniczymi zdolnymi pomieścić nawet 40 osób. Po zajęciu miejsc przez rozbitków kapsuła jest odłączana od macierzystej jednostki i zmierza ku powierzchni dzięki pływakom. W jej wnętrzu znajdują się kilkudniowy zapas żywności i wody oraz radiostacja.

Przy ponaddwustumetrowym zanurzeniu trzeba już użyć specjalistycznych pojazdów ratowniczych, które w zasadzie są miniaturowymi okrętami podwodnymi, mogącymi zejść na głębokość ponad 1500 m. Pojazdy te mają szyb przejściowy, którym łączą się z szybem awaryjnym uszkodzonego okrętu i po otwarciu włazu przejmują rozbitków.