Ультразвуковой гидролокатор: история создания
Первая мировая война началась 28 июля 1914 г., а уже 22 сентября того же года британские броненосные крейсера «Абукир», «Хог» и «Кресси», которые находились в дозоре в Северном море вблизи голландского побережья, были последовательно потоплены в течение часа немецкой подводной лодкой «U–9» из подводного положения (под перископом). Совокупные потери экипажей крейсеров составили 1 459 человек.
Gервая мировая война началась 28 июля 1914 г., а уже 22 сентября того же года британские броненосные крейсера «Абукир», «Хог» и «Кресси», которые находились в дозоре в Северном море вблизи голландского побережья, были последовательно потоплены в течение часа немецкой подводной лодкой «U–9» из подводного положения (под перископом). Совокупные потери экипажей крейсеров составили 1 459 человек.
1 октября 1914 г. в устье Финского залива немецкой подводной лодкой «U–26» был торпедирован русский крейсер «Паллада», который затонул со всем экипажем (598 человек) в результате детонации боезапаса.
7 мая 1915 г. немецкая подводная лодка «U–20» на западных подходах к Англии потопила британский трансатлантический пассажирский пароход «Лузитания», при этом погибло более тысячи человек.
Все эти трагические события показали, с одной стороны, что подводная лодка является чрезвычайно грозным морским оружием, а с другой стороны, сыграли важную роль в развитии средств и методов противолодочной борьбы.
Именно об изобретении и создании ультразвукового гидролокатора, способного обнаружить подводную лодку на глубине (его авторы К. В. Шиловский и П. Ланжевен) пойдет речь в этой статье.
ЗАПИСКА КОНСТАНТИНА ШИЛОВСКОГО ПРАВИТЕЛЬСТВУ ФРАНЦИИ «О ВОЗМОЖНОСТИ ВИДЕНИЯ ПОД ВОДОЙ»
В ночь с 14 на 15 апреля 1912 г. британский трансатлантический пассажирский пароход «Титаник» во время своего первого рейса натолкнулся юго-восточнее Ньюфаундленда на айсберг и, получив пробоину, затонул, унося жизни 1 496 человек. 712 спасшихся людей подобрал пароход «Карпатия». Через пять дней после этого трагического события Льюис Фрай Ричардсон, английский математик, физик и метеоролог, зарегистрировал в Британском патентном управлении заявку на изобретение эхолокатора, в котором используется направленный излучатель звуковых волн в воздухе в диапазоне частот свыше 10 кГц и избирательный по частоте приемник отраженных от препятствия волн. Месяц спустя он же подал заявку на подводный аналог своего изобретения. Однако Ричардсон ничего не сделал в свое время для конструктивного представления и реализации своей идеи.
Ранее в России молодой инженер Роберт Густавович Ниренберг разработал прибор «гидроакустического телеграфирования через воду», в состав которого входили излучатель звуковых колебаний в воду (динамическая сирена) и приемник этих колебаний (угольный микрофон). Этот прибор был создан в 1906 г. на Балтийском заводе в г. С.-Петербурге. Испытания прибора, проведенные в 1910– 1911 гг., показали, что эта аппаратура обеспечивает звукоподводную связь в открытом море на дальности свыше двух миль. К сожалению, прибор Ниренберга имел низкий к.п.д. ( около 2 %).
К концу того же 1912 г. канадец Реджинальд Обри Фессенден, известный ученый и изобретатель в области радио, в то время сотрудник фирмы Submarine Signal Company (г. Бостон, США), разработал эффективный электромеханический излучатель звука в воде, который получил название «осциллятор» Фессендена. Акустическая мощность «осциллятора» Фессендена, передаваемая им в воду, составляла около 2 кВт при резонансной частоте 540 Гц, а электроакустическая эффективность была равна 40–50 %. На основе этого «осциллятора» была построена система звукоподводной связи.
Но так как для точного определения направления на объект необходим узкий пучок звуковой энергии, что при небольших размерах цели возможно только при использовании высокочастотных колебаний, то и динамическая сирена Ниренберга, и «осциллятор» Фессендена не могли быть использованы для эффективного обнаружения подводных лодок. Таким образом, во второй половине 1914 г. у союзников (страны Антанты) не было реального технического устройства, которое могло бы эффективно обнаруживать немецкие подводные лодки.
В начале ноября 1914 г. Константин Васильевич Шиловский уведомил французское правительство о том, что он располагает проектами нескольких изобретений, которые могут иметь значение во время войны.
Шиловский — 35-летний русский поданный, дворянин, физик — был политическим эмигрантом и жил в это время в нейтральной Швейцарии с просроченным заграничным русским паспортом.
В декабре 1914 г. Шиловский представляет правительству Франции свою записку «О возможности видения под водой», в которой пишет:
«Если взять совершенно плоскую пластину размером 1 м х 1,5 м, полностью погруженную в воду, и заставить ее колебаться с частотой до 100 кГц, то она начнет излучать в воду поток механической энергии, которую мы можем назвать «ультразвуковой». Все то, что нам известно о распространении звука в воде, приводит нас к заключению, что коэффициент поглощения звуковой энергии в воде будет очень мал, намного меньше, чем для света, и как следствие данная энергия будет распространяться под водой со скоростью звука на очень большие расстояния.
Поскольку длина волны данных колебаний в воде будет приблизительно равна 1 см, т. е. в 100 раз меньше, чем размеры поверхности прожектора, звук не будет распространяться во всех направлениях (как звук колокольчика под водой), быстро теряя свою интенсивность, а будет излучаться почти полностью, за исключением своей незначительной части, в направлении, перпендикулярном к излучающей пластине, почти без потерь интенсивности, в виде узкого конуса, как луч света прожектора. Такое направленное прямолинейное распространение может быть получено только при условии создания синхронных колебаний по всей поверхности… что мы и надеемся получить…
Таким образом, есть возможность, поворачивая вибраторную пластинку, располо- женную на подводной части корабля, излучать по всем направлениям потоки ультраз- вуковой энергии, настоящие лучи «механического света», как мы можем ее называть, освещая мрак под водой, рассеивая его и ища там то, что надо найти: мины, подводные лодки и т. п. Попадая в луч этого «механического света», мина, подводная лодка начинают «блестеть», отражая этот «свет» во всех направлениях. Если на корабле будет чувствительное устройство, принимающее этот «отблеск» (что касается такого устройства, то я его тоже предлагаю), то у нас будет возможность «видеть» мину или подводную лодку».
Продолжение статьи читайте в июньском номере журнала "Наука и техника" за 2021 год. Доступна как печатная, так и электронная версии журнала. Оформить подписку на журнал можно здесь.
В магазине на сайте также можно купить магниты, календари, постеры с авиацией, кораблями, сухопутной техникой.
