A hidegháború alatt amerikai oldalon a csúcs hajófedélzeti aktív szonár az OTH (horizonton túli*) AN/SQS-26, illetve digitális jelfeldolgozású változata az AN/SQS-53 volt.
* A vizuális horizont, amelyet a hajóhídtól 50 lábbal a vízvonal felett látunk körülbelül 9 tengeri mérföld, avagy 18'000 yard.
Amíg az AN/SQS-23 maximális felderítési távolsága 10'000 yard volt, az AN/SQS-26-ot bőven 20'000 yard fölé tervezték, amely egyértelműen távolabb van, mint a vizuális horizont.
Az AN/SQS-26 a korábbi aktív szonárokkal szemben már három féle üzemmódra volt képes:
1, Surface Layer (SL) - hagyományos (korábbi szonárok által alkalmazott) üzemmód, a szezonális réteghatár fölött (periszkóp mélységben) tartózkodó célok felderítésére
2, Bottom Bounce (BB) - tengerfenék visszaverődés üzemmód, a szezonális réteghatár alá ("árnyék zónába") bújt célok felderítésére
3, Convergence Zone (CZ) - nagy-hatótávolságú felderítési üzemmód (az aktív szonárok Szent Grálja**).
**Amennyiben az adott tengeren, az adott évszakban kialakult az akusztikus konvergencia zóna, akkor a hajó körül nagy távolságban egy keskeny gyűrűszerű felderítési zóna alakult ki.
A Földközi tengeren 20, a Csendes óceánon 28, az Atlanti óceán északi részén 35-40 tengeri mérföld sugarú körben helyezkedett el elméletileg a felderítési (konvergencia) gyűrű, aminek viszont csak pár mérföld volt a szélessége.
Egymást átlapoló konvergencia gyűrűkkel így elméletben négy kísérő távol tarthatta az általuk védett hordozótól/konvojtól a szovjet robotrepülő indító tengeralattjárókat.
Az AN/SQS-26 méretét (felületét) tovább növelték 268 négyzetlábra, így a kavitáció veszélye nélkül képes volt 192kW hangteljesítményt a vízbe leadni.
A lenti képen az AN/SQS-26 látható, ami 72 oszlopban 8db hidrofont sort tartalmaz.
Mivel az aktív szonárt alkotó transzduktorok, a felhasznált elektromos energiát mindössze ~20% hatékonysággal alakítják át hangteljesítménnyé, így az AN/SQS-26 minden impulzusához ~1MW elektromos teljesítményt használt fel.
Ekkora villamos teljesítmény egyszerűen nem állt rendelkezésre a korabeli egységek fedélzeten, így szonár használat előtt, először egy elektromos motor egy nagy lendkereket pörgetett fel, az egy nagy áramú generátort hajtott meg, ami feltöltött egy kondenzátor telepet.
Ezek a söröskorsónyi méretű kondenzátorok, telepekbe voltak rendezve és a hangimpulzus kiadásakor egyszerre sütötték ki őket.
A motor, a lendkerék, a generátor és a kondenzátor telepek rendszere Louie-Allis Power Supply (LAPS) néven volt ismert.
A legelső példányokon a szonár hangnyomása leverte a festéket a szonárdómot borító lágyvasról, így kényszerűségből át kellett térni a gumiból készült burkolatra.
Mivel az AN/SQS-26 hangnyomása kilométeres távolságokon is beszakította a vízben tartózkodók dobhártyáját, így használatát partokhoz közel szigorúan korlátozták.
Számítsuk ki ennek az aktív szonárnak az effektív felderítési távolságát, egy Pr671 Victor-I típusú tengeralattjáróval (korabeli szovjet fenyegetéssel) szemben.
A Pr671 Victor-I hossza 95m, testének átmérője 10m.
2 * TL = SL + TS + DI - RL aktív szonár egyenletet használjuk.
2 * TL - Transmission Loss (hang terjedési vesztesége oda-vissza); <-
ezt keressük
Látható hogy itt a passzív hang terjedésével szemben az aktív impulzusnak 2*-es távolságot kell megtennie a célig és vissza.
SL - Source Level (az aktív szonár által kibocsájtott hangimpulzus szintje)
Számítása...
SL = 171.5dB + 10 log (Pe)
...ahol
Pe az aktív szonár által kisugárzott akusztikus energia W-ban.
SL = 171.5dB + 10 log (Pe) = 171.5dB + 10 log (192'000W) = 171.5dB + 52.8dB =
224.3dB
TS - Target Strength (cél hang-keresztmetszete)
TSs = 10 * log ((D * L²) / 4)
... ahol
D a cél átmérője,
L cél hossza.
TSs = 10 * log ((D * L²) / 4) = 10 * log ((10m * 95m²) / 4) = 10 * log (22'562) =
43.5dB
DI - Directivity Index (aktív szonár nyeresége)
Az AN/SQS-26 egy időben csak egy adott 40°-os oldalszögben kutat.
Ebben a 40°-os körszeletben öt különböző adási nyalábot képez, és oszloponként folyamatosan észleli a cél visszavert jelét.
Nyalábszélessége így 40°/5° = 8°
DI = 10 log (teljes oldalszög / nyalábszélesség) = 10 log (360° / 8°) = 10 log (45) =
16.5dB
RL - Reverberation Level (hang szóródása)
A pesszimista
RL = -105dB értékkel számolunk.
Nos, mindenünk megvan, hogy
megbecsüljük az OTH AN/SQS-26 maximális felderítési távolságát egy Pr671 Victor-I jelű célra.
2 * TL = SL + TS + DI - RL = 224.3dB + 43.5dB + 16.5dB - 105dB = 179.3dB
TL = 89.6dB
TL = 20 log₁₀ r
r = 10^ (TL / 20) = 10^ (89.6dB / 20) = 10^ (4.48) = 30'200m ≈ 33'030 yard
A fenti érték természetesen csak a konvergencia zónára volt igaz, a szonárra merőlegesen álló cél esetén.
A lenti ábra a Földközi tenger valódi észlelési távolságait ábrázolja, az aktuális hónap függvényében.
Sárga zóna az AN/SQS-26 SL/BB üzemmód felderítési távolsága nappal.
Kék zóna az AN/SQS-26 SL/BB üzemmód felderítési távolsága este.
Zöld zóna, az AN/SQS-26 CZ üzemmódja.
Látható hogy a nyári hónapokban (amikor a meleg víz felső rétegében pezseg a tengeri élet), és a korábbi AN/SQS-23 szonárok mindössze 1'500 yard felderítési távolságot voltak képesek realizálni a Földközi tengeren, addig az AN/SQS-26 CZ üzemmódban képes volt célok észlelésére nagy távolságokon, a pillanatnyi akusztikus konvergencia zóna függvényében.
Az év első négy hónapjában mivel nem alakul ki akusztikus konvergencia zóna, az AN/SQS-26 SL/BB üzemmódban a napszaktól függően 20~30 ezer yard felderítési távolságra volt képes a rá merőlegesen álló célokkal szemben.
A fenti elméleti számítások, és diagramok után következzék 4 megkötés nélküli (free-play) hadgyakorlat összesített eredménye.
A lenti diagramon látható, hogy a szabadon manőverező - támadó NATO tengeralattjárókból mennyit derítettek fel az aktív szonárok.
A kiábrándító valóság az, hogy az AN/SQS-26 csúcs OTH aktív szonár, még 10 ezer yard-on belül is 7 célból csak 3-at észlelt, elődje ugyanekkora távolságon 23 célból csak 4-et.
(nyilván a támadó tengeralattjáró észlelve egy utána kutató aktív szonár jeleit, szinte sohasem mutatja oldalát felé)
Mivel a szovjetek eközben teleszórták az óceánokat zajosabbnál zajosabb tengeralattjáróikkal, a US NAVY érdeklődése a 70-es évek végén teljesen elfordult az aktív szonároktól.
Az 1977-től rendszeresített Oliver Hazard Perry osztályú fregattokra az elsődleges AN/SQR-19 vontatott passzív szonár mellett már csak egy sokkal szerényebb 36kW-os hangteljesítményű, ~10 ezer yard felderítési távolságú AN/SQS-56 aktív szonár került,
"hogy a legénység tudja, mikor kell imádkoznia".
Források:
A Brief History of Active Sonar
Angela D’Amico - Space and Naval Warfare Systems Center Pacific, San Diego
Richard Pittenger - Woods Hole Oceanographic Institution, Woods Hole
2009, Aquatic Mammals
History of the AN/SQS-26 Long-Range, Echo-Ranging Sonar
Thaddeus Bell
2010, Naval Undersea Warfare Center Division, Newport
Jane's Underwater Warfare Systems
Jane's Information Group, 2002
Underwater Acoustics and Sonar SP411
Handouts and Notes Fall 2006
CDR E. J. Tucholski
Physics Department, U. S. Naval Academy
Principles of Underwater Sound
R.J. Urick
McGraw-Hill Book Co., 1983
Корабельная гидроакустическая техника. Состояние и актуальные проблемы
Ю.А. Корякин, С.А. Смирнов, Г.В. Яковлев
ЦНИИ Морфизприбор, 2004
A továbbiakban következzék a korábban már beharangozott szonárbóják sokkal érdekfeszítőbb*** története, de ezt a kitérőt szükségesnek láttam annak illusztrálására, hogy miért nem megoldás a nagy-távolságú célfelderítésre egy aktív szonár bója...
*** tiszta Indiana Jones történet, amiben az eseményeket befolyásoló szerepet kap a Biblia Királyok Könyvének áruló hercegnője, és egy '50-es évekbeli revütáncosnő is (lentebb)...