Защита и скрытность тесно между собой связаны. В инженерной практике понятие зашита часто охватывает также и скрытность, что видно из использования, например, терминов акустическая защита, зашита от обнаружения и т.п. Здесь же будем понимать защиту в узком смысле — как способность ПЛ противостоять воздействиям взрыва боевой части примененного против нее оружия.
Рассмотрение защиты и скрытности целесообразно предварить краткими замечаниями о современном противолодочном оружии. Его носителями являются надводные корабли, ПЛ, самолеты и вертолеты. В арсенал оружия входят: специальные противолодочные и универсальные (по целям) торпеды, ракето-торпеды, представляющие собой комбинацию ракеты и сбрасываемой с нее на парашюте торпеды, подводные ракеты, глубинные бомбы и мины.
В развитии противолодочного оружия в последние десятилетия достигнуты не меньшие успехи, чем в подводном кораблестроении.
Глубина, на которой может действовать оружие, не уступает глубине погружения ПЛ и достигает для некоторых образцов 900 м. Существенно повысилась скорость хода торпед — до 55 уз. Значительно увеличилась дальность торпед — до 40—50 км, а для ракето-торпед — до 100 км и более. Появились подводные ракеты, двигающиеся к цели в подводном положении со скоростью около 200 уз. Поистине революционные изменения произошли в системах наведения практически всех видов противолодочного оружия и их неконтактных взрывателей. Благодаря этому в случае обнаружения ПЛ и ее атаки с использованием оружия захват цели системой наведения и подрыв заряда вблизи корпуса обеспечивается с вероятностью близкой к единице.
Снижена шумность торпед, что затрудняет своевременное их обнаружение с ПЛ и выполнение маневра уклонения.
Выросла масса боевых частей оружия. Например, для так называемых тяжелых торпед она составляет 250—300 кг (в перспективе до 500 кг). Применяются новые высокоэффективные взрывчатые вещества. Нельзя сбрасывать со счета и противолодочное оружие (торпеды, ракеты, глубинные бомбы) с ядерной боевой частью (так называемой СБЧ). Хотя за последние 20—30 лет взгляды на его использование претерпели изменения, полностью вопрос о применении против ПЛ оружия с СБЧ с повестки дня не снят.
Несмотря на высокую сопротивляемость корпусов ПЛ наружному распределенному давлению, приближающемуся для новейших АПЛ к сотне атмосфер, они весьма уязвимы при действии нагрузок, возникающих при подводных, особенно контактных и близких неконтактных взрывах. Обеспечение неуязвимости корпусов ПЛ при достигнутом уровне развития противолодочного оружия потребовало бы расходования таких ресурсов (масс, объемов), которыми проектировщики ПЛ, вынужденные обеспечивать другие их важные качества, не располагают. Поэтому в практике подводного кораблестроения (в отличие от надводного) специальные мероприятия по защите корпусов ПЛ от повреждений при воздействии оружия не применяются.
Некоторое повышение неуязвимости ПЛ при взрывах обеспечивается автоматически вследствие упрочнения их корпусов с увеличением глубины погружения. Этому же способствует применение двухкор-пусной архитектуры для некоторых ПЛ, так как благодаря наличию легкого корпуса и междубортного пространства газовый пузырь при взрыве заряда оказывается на удалении от обшивки прочного корпуса, несколько большем, чем у однокорпусной ПЛ. Однако разработчики противолодочного оружия учитывают особенности таких ПЛ и, наряду с указанным увеличением массы боевых частей, предусматривают также обеспечение подрыва заряда после проламывания легкого корпуса, применение боевых частей направленного (кумулятивного) действия и другие решения.
К числу специальных мер по защите, направленных на снижение последствий воздействия оружия на ПЛ, относится повышение ударостойкости механизмов, оружия, радиоэлектронного и другого оборудования, а также применение для их крепления различных амортизирующих конструкций. Такие конструкции используются и для защиты личного состава. Особенно важна роль этих мер при взрывах ядерных зарядов, так как позволяют значительно сократить дистанцию до центра ядерного взрыва (безопасный радиус), на которой ПЛ сохраняет боеспособность. Величина этой дистанции при взрыве ядерных зарядов средней мощности может достигать нескольких километров.
В целом, как следует из предыдущего, обеспечение действенной конструктивной защиты ПЛ при непосредственном воздействии современного противолодочного оружия проблематично. В то же время ПЛ, находящаяся в подводном положении, не имеет действующего запаса плавучести, а поэтому даже незначительное нарушение герметичности ее прочного корпуса вследствие пробоины, трещины или повреждения арматуры при взрыве ставит ее на грань гибели. Если же, получив повреждение корпуса, ПЛ сумеет всплыть в надводное положение, она оказывается практически беззащитной при повторных атаках противолодочных сил. То же произойдет и в случае, если поврежденная ПЛ сохранится при покладке на грунт, что, однако, маловероятно из-за больших глубин в районах предполагаемых действий АПЛ.
Таким образом, обладая мощными наступательными возможностями, АПЛ оказывается весьма уязвимой в случае ее обнаружения и применения против нее противолодочного оружия. Отсюда понятно, какое большое, можно сказать, решающее значение для современных АПЛ имеет обеспечение их скрытности от обнаружения противолодочными силами, а также сокращение дистанции ее захвата системами самонаведения и уменьшение радиусов срабатывания дежурных каналов минного оружия.
Все эти показатели определяются уровнями физических полей подводной лодки. К числу важнейших из них относятся акустическое и магнитное поля. Датчики, реагирующие на эти поля, используются как в стационарных системах, которые развертываются в зонах ожидаемого прохождения подводных лодок, так и в системах, которыми оборудуются мобильные противолодочные средства — корабли, самолеты и вертолеты, в системах наведения торпед и в аппаратуре дежурных каналов мин. О роли акустического поля при дуэлях между подводными лодками уже говорилось.
Различают первичное и вторичное акустические поля ПЛ. Первичное характеризуется уровнями подводного шума на различных частотах (спектром), вторичное — так называемым эквивалентным радиусом, характеризующим отражательную способность подводной лодки при нахождении ее в зоне действия сигнала, посланного гидролокатором.
Суммарные уровни излучаемого в воду шума включают следующие главные составляющие: от работающего оборудования внутри корпуса подводной лодки (главная турбозубчатая установка, линия вала, механизмы электроэнергетической системы, средства, обеспечивающие обитаемость и др.), от обтекания корпуса и выступающих частей, от движителя. Непосредственно в момент использования оружия доминирующими являются возникающие при этом шумы стартующих ракет, системы торпедной стрельбы и самих торпед.
Работы в области акустической скрытности направлены на создание способов и средств снижения шума, излучаемого ПЛ, и отраженного сигнала (при гидролокации) до приемлемых уровней, а в идеале — снижение уровней первичного акустического поля до фоновых значений шумов в районе плавания ПЛ.
Разработка мероприятий по снижению составляющих подводного шума от механизмов и оборудования ведется по двум основным направлениям: снижение шума в источнике и борьба с передачей энергии на корпус и в воду. Первая из этих задач решается за счет повышения точности изготовления деталей механизмов, особенно вращающихся частей, выбором конструктивно-компоновочных схем и подбором оптимальных режимов работы механизмов.
Действенным способом борьбы с передачей энергии на корпус является отключение механизмов и другого оборудования от корпуса с помощью амортизаторов и соответствующего оформления неопорных связей (трубопроводы, линия вала). Для снижения уровня излучаемого в воду шума используются также наружные, большей частью резиновые,- покрытия (толщина которых достигает нескольких десятков миллиметров), предназначенные, кроме того, для уменьшения уровня отраженного сигнала (эквивалентного радиуса) при попадании подводной лодки в зону действия гидролокатора.
Наряду с пассивными средствами борьбы с шумоизлучением от механизмов и другого оборудования разрабатываются и уже находят применение активные средства, в частности, так называемые виброгасители, принцип работы которых заключается в возбуждении в фундаменте с помощью специального электромагнитного устройства колебаний в противофазе с колебаниями, вызванными работой механизма. Особенно эффективны эти устройства для подавления вибраций на фиксированной частоте и в узкой полосе частот, характерных для резонансных явлений.
Борьба с шумами гидродинамической природы основана, как уже указывалось, на выборе оптимальной в этом отношении формы обводов, уменьшении числа и размеров выступающих частей и отверстий, а также на оптимизации гребного винта с учетом как пропульсивных, так и акустических его характеристик.
Существует мнение, которое разделяется многими специалистами, о том, что применение однокорпусной архитектуры благоприятно в отношении снижения подводного шума. В защиту приводятся доводы о меньшем при этом полном подводном водоизмещении и, как следствие, меньшей потребной для движения мощности, меньшей возбудимости обшивки при ее обтекании, меньшем числе отверстий в обшивке, чем при двухкорпусной конструкции и т. д. Не оспаривая этих конкретных доводов, следует вместе с тем заметить, что чрезвычайно многообразный характер факторов, влияющих на выбор архитектуры, не позволяет сделать вывод об однозначном, вне связи с другими проблемами, характере влияния архитектуры подводной лодки на ее акустическую скрытность.
Вследствие указанных обстоятельств одно- и двухкорпусная архитектура ПЛ имеет одинаковое распространение в мировом подводном кораблестроении. Составляющие шума гидродинамической природы и, хотя и в меньшей степени, от работающих механизмов и оборудования, зависят от скорости и глубины хода подводной лодки (с глубиной, в частности, связано пороговое значение скорости, при которой начинают появляться кавитационные явления). Существует понятие так называемой малошумной скорости, под которой обычно понимают ту наибольшую скорость, при которой еще выполняются предъявляемые к подводной лодке требования по уровню шума. Как правило, эта скорость близка к той, при превышении которой уровни шума от гребного винта сравниваются с уровнями шума от других источников. Для современных АПЛ малошумная скорость составляет обычно 8—10 уз. Разработка и применение на АПЛ водометных движителей, например, типа pump-jet, связаны, вероятно, именно с проблемой повышения малошумной скорости хода.
Существует и другое толкование малошумной скорости (иногда называемой акустической или скоростью «тихого» хода). При этом подразумевается такая скорость хода, при которой собственные помехи работе гидроакустической станции подводной лодки в пассивном режиме не препятствуют дальнему обнаружению целей. Ясно, что величина этой скорости зависит не только от шумности лодки, но и от характеристик ее гидроакустических станций, а также и от уровня шума цели. Для современных АПЛ она мало отличается от указанной малошумной скорости в обычном ее понимании, однако для перспективных АПЛ, например, типа «Seawolf», указывается на возможность ее повышения до 15—20 уз.
Уровень подводного шума (излучаемой объектом акустической энергии) принято измерять в относительных единицах — децибелах(1).
Современные АПЛ ВМС США при движении в подводном положении на скорости около 8 уз имеют уровень шума 120—130 дБ при Pо = 1мкПа, на расстоянии 1 м, в полосе частот 10-10*10³ Гц. Этот показатель для первых серийных АПЛ составлял 160—170 дБ и более. Видно, что принятые меры привели к снижению шума примерно на 40 дБ (в 100 раз).
Важным условием обеспечения акустической скрытности является организация измерений шумности подводных лодок, представляющих в связи с приближением шумов ПЛ к естественным шумам моря сложную техническую проблему и требующих, как показывает опыт, использования хорошо оснащенных полигонов,подобных например, известному атлантическому полигону AUTEC (Atlantic Undersea Test and Evaluation Center) BMC США.
Рис. 28. Интегральные (в диапазоне 10 - 10*10³ Гц) уровни шума американских АПЛ различных типов и лет постройки
Магнитное поле обусловливается остаточным и приобретенным в ходе плавания намагничиванием ферромагнитных масс, а также магнитным полем, возникающим при работе электрооборудования и перемещении ПЛ в магнитном поле земли. Магнитная защита направлена на достижение приемлемых значений показателей магнитных полей. В качестве основного мероприятия в области магнитной защиты подводных лодок наибольшее распространение получила их магнитная обработка (размагничивание), которая регулярно осуществляется на специальных стендах, предназначенных также и для контроля характеристик поля.
В отличие от ДПЛ, на АПЛ, у которых нет дефицита электроэнергии, находят применение также размагничивающие обмотки, магнитное поле от которых нейтрализует магнитное поле ферромагнитных масс корпуса и оборудования. Еще более радикальным мероприятием, применяемым на части подводных лодок, является использование для корпусов немагнитных материалов (немагнитных сталей, титановых сплавов), что связано, однако, со значительным их удорожанием.
Кроме акустических и магнитных существуют также и другие физические поля, которые постепенно осваиваются в плане их использования для обнаружения подводных лодок и в системах противолодочного оружия. К ним, например, относятся чрезвычайно разнообразные по своей природе так называемые поля кильватерного следа, образующегося при перемещении подводной лодки в толще воды (возмущения на поверхности, обнаруживаемые радиолокатором, изменение радиационной картины, появление характерных примесей в воде, биолюминесценция от воздействия на микроорганизмы и др.). Защита от обнаружения по этим полям сводится в настоящее время в основном к предупреждению выбросов в воду каких-либо демаскирующих ПЛ продуктов вследствие работы механизмов и жизнедеятельности экипажа, а также выбору оптимальных глубин и скоростей хода.