Fără echipaj – 5; Sunetul liniștii (partea a VI-a)

AN/SSQ-53: Passive DIrectional Low Frequency Analyze and Record (DIFAR)

Este una din cele mai vândute balize la nivel mondial, doar Magnavox producând peste 1 milion de unități. Datorită automatizării producției, prețul pe bucată era de 250 USD. Dezvoltarea a început în 1965.

De mărime A, era nerecuperabilă și nereparabilă. Această baliză adăuga semnalelor recepționate și un relevment, putând fi folosită pentru căutare, detecție și clasificare. Folosind aceste balize, se poate determina poziția unui contact doar cu două balize AN/SSQ-53. Pentru detectare se folosește  un hidrofon direcțional (de fapt un array) cu gama de frecvențe de 10 – 2400 Hz, balizele având și unul omnidirecțional.

AN/SSQ-53B avea un microprocesor care controla capabilitățile EFS (Electronic Function Select): selecția unei adâncimi posibile – 30 m, 121 m sau 305 m (100, 400 sau 1000 ft), trei durate de operare – 1, 3 sau 8 ore și unul din cele 99 de canale VHF.

AN/SSQ-53C avea aceleași caracteristici, cu observația că avea mărime G (lungime de 16.5 inci).

AN/SSQ-53D este varianta folosită de NATO din 1989, în acest moment încorporând capabilități EFS pentru selecția unui canal RF din 99, durata de viață (1/2, 1, 2, 4 sau 8 ore), adâncimea (27, 122 sau 305 metri – 90, 400 sau 1000 ft). La aceste modificări se adaugă scăderea frecvenței inferioare la 5 Hz de la 10 Hz, o modalitate mai bună de suspendare a hidrofonului, o curbă de răspuns mai bună, upgrade-uri ale sistemelor electronice și un nivel mai mic al zgomotului datorită folosirii perechilor de hidrofoane.

AN/SSQ-53E încorporează CFS (Command Function Select). Prin CFS, un avion echipat corespunzător poate transmite comenzi balizei prin banda RF UHF. Acestea pornesc sau opresc transmițătorul VHF, schimbă modalitatea de recepție a hidrofonului (CSO – Constant Shallow Omni sau normal), pornesc sau opresc AGC – Automatic Gain Control, schimbă frecvența canalului RF sau determină scufundarea.

CSO (Constant Shallow Omni) este un hidrofon poziționat la o adâncime de 13.7 m (45 ft), mai puțin sensibil decât hidrofonul DIFAR, folositor totuși la căutarea unui submarin care încearcă să scape. Selectarea AGC oferă operatorului flexibilitate adițională la operarea într-un mediu cu zgomot. Capabilitatea de a selecta canalul și de a porni operarea VHF crește posibilitățile de utilizare în mediu de coastă.

De asemenea, AN/SSQ-53E conține incă o adâncime configurabilă, de 61 m (200 ft).

Baliza DIFAR, la activare, operează pasiv la adâncimea și pentru durata selectată. Direcționalitatea senzorului a fost obținută prin folosirea senzorilor orientați perpendicular; la recepționarea unor semnale acustice unitatea submarină convertește schimbările de presiune în semnale electronice amplificate și folosind o busolă și un hidrofon omnidirecțional oferă și relevmentul corect pentru fiecare semnal primit. Aceste semnale sunt trimise la suprafață prin cablu, unitatea de la suprafață le modulează FM pentru transmisia VHF. Platforma de monitorizare aflată pe avion sau elicopter primește semnalele pentru înregistrare, procesare și analiză.

DIFAR a realizat multiplexarea informațiilor oferite de busolă și a datelor colectate de hidrofoanele direcționale și cel omnidirecțional folosind un ton pilot cu o frecvență de 7.5 KHz ca referință și un ton pilot de 15 KHz a cărui schimbare de fază indica nordul și era și frecvența purtătoare pentru informațiile direcționale, modulate în amplitudine.

                                                        Caracteristicile direcționale ale AN/SSQ-53

 

                                                         Frecvențele și multiplexarea la AN/SSQ-53

 

Hidrofoanele direcționale (gradient devices) erau suspendate de partea electronică care conținea busola și trebuiau să își păstreze orientarea față de ea, fiind conectate sub aceasta cu tije. Deoarece hidrofoanele direcționale erau mult mai sensibile la mișcare decât cele omnidirecționale (pressure devices), era important să fie izolate de mișcările având sursa externă. Pentru a oferi o protecție față de mișcările balizei aflată la suprafață, un amortizor (un disc sau o pungă cu apă) erau folosite între părțile superioară și inferioară ca masă de amortizare și ca izolator pentru vibrațiile cablului.

                                   Sistemul de suspendare al balizelor DIFAR – primele variante

Chiar dacă a fost produsă in 1969, problemele cu zgomotul au rămas. Sistemul de arcuri nu reducea suficient de mult mișcarea verticală a părții inferioare, astfel că versiunile următoare au avut o ancoră plutitoare și amortizoare cu masă folosite chiar deasupra hidrofonului pentru a reduce mișcarea.

                                          Sistemul de suspendare folosit la variantele următoare

 

Dacă tot am ajuns până aici, câteva imagini cu AN/SSQ-53 nu strică. Și, în plus, explicații.

                               Containerul de transport și containerul de lansare LAU/126A

 

     Accesul la configurări și vizualizarea lor; membrana de protecție a îmbătrânit

 

 

                                                                    Capacul superior al balizei

                                                     Scos cu dupa îndepărtarea celor 4 pini de plastic

 

                                              Interiorul tubului de lansare, partea superioară

 

                                                           Gata de lansare; șnurul ține arcul

 

                                                       Cu parașuta inainte de desfacere

 

Hidrofoanele, carcasa intermediară cu șnururile, partea superioară, cu electornica de control & RF

 

                                                                Aceleași 3 părți principale

Există un singur cablu, cu două fire în el conectat între baliză și partea inferioară: unul oferă voltaj pozitiv senzorului (conține condensatoare de filtrare), celălalt fiind semnalul audio care va fi modulat de trasnmițătoe. Unde este al treilea – 0V? Apa mării funcționează ca 0V între transmițător și senzor.

                                                                         Hidrofonul directional

 

                                                                               Transmițătorul

 

                Baliza deschisă, neumflată; antena este un fir; în partea de jos este bateria

 

                                           Conectorul pentru teste și bateria pentru programator

 

                        Interiorul; în centru se vede butelia cu CO2 pentru umplerea balizei

 

                                                                     Electronica – amplificatorul RF

 

                                                            Electronica – modulul de comandă

 

                                                 Electronica – modulul audio & modulatorul

 

                                                                       Bateria activată de apă

 

                             Cele două piese albastre de pe tijele care determină adâncimea

 

                           Și pârghiile pe care apasă și care determină cât cablu va fi eliberat

Înainte de introducerea în tubul de lansare, baliza este programată pentru durata de operare, canal și adâncime prin folosirea butonului SET. Dacă este facută incorect, configurația este resetată prin tragerea capacului TEST pentru câteva secunde. Microcontrollerul este alimentat de câteva baterii plate. Programarea corectă poate fi verificată prin apăsarea butonului VERIFY pentru câteva secunde.

Baliza (tubul metalic) este expulzată cu aer comprimat din tubul de lansare, deschizându-se parașuta. Tubul de plastic ramâne în lansator. La contactul cu apa începe să se scufunde; este activată bateria, aceasta determină găurirea buteliei cu aer comprimat, astfel umflându-se baliza. În același timp, în funcție de adâncimea programată, unul sau ambele leviere sunt apăsate de tijele care determină adâncimea la care se scufundă senzorul.

Se separă apoi cele trei componente ale balizei după ce carcasa de metal se scufundă. Hidrofonul incepe să asculte și transmițătorul RF să emită.

 

 

 

AN/SSQ-77: Vertical Line Array Difar (VLAD)

 

Este o baliză a cărei dezvoltare a început la finalul anilor ‘70, pentru a îmbunătăți raportul semnal-zgomot. Baliza avea capabilitatea direcțională a unui hidrofon DIFAR, aflat în punctul central al unui array de hidrofoane omnidirecționale, care ofereau un câștig de 10-15 dB.

Aceasta este una din cele două balize avansate care au intrat în serviciu în anii ‘80, a doua fiind AN/SSQ-62 Directional Command Active Sonobuoy System (DICASS), ele fiind primele îmbunătățiri majore de la introducerea în serviciu a AN/SSQ-53 DIFAR. Oferea posibilitatea de a căuta, detecta, și clasifica o țintă la distanță mare, cu un număr minim de balize, oferind – împreună cu AN/SSQ-62 o îmbunătățire de 3-5 ori a performanțelor senzorilor activi și pasivi.

A intrat în producție ca varianta A (AN/SSQ-77A) în 1981 și a fost îmbunătățită ca varianta B cu hidrofoane adiționale, adâncime selectabilă și capacitatea de a alege direcția pentru care să se facă analiza sunetului.

Lobul principal al array-ului vertical putea fi orientat pentru a îmbunătăți raportul semnal zgomot, putând fi folosită prin orientarea lobului principal și pentru detecția în zonele de convergență (Convergence Zone beam pattern). EFS era folosit pentru a alege și unul din cele 99 de canale RF, două adâncimi programabile – 152 sau 305 metri (500 sau 1000 ft) și o durată de viață de 1, 4 sau 8 ore.

                                                                           Configurația AN/SSQ-77

AN/SSQ-77B are – ca și AN/SSQ-77A – mărime A și este bazată pe senzorul balizei AN/SSQ-53 la care se adaugă două array-uri de câte 8 hidrofoane omnidirecționale fiecare. A fost proiectată pentru a crește posibilitatea de detecție a semnalelor de interes într-un mediu unde există tot mai mult zgomot de fond și trafic. Capabilitatea crescută de detecție se realizează cu tehnologie de orientare electronică a direcției de primire a sunetului (beamforming). VLAD permite configurarea prin EFS, aceasta permițând operatorului să aleagă modalitatea de recepție – cu reflectare de fund (BB – Bottom Bounce) sau recepție CZ (Convergence Zone), bazată pe beamforming.

AN/SSQ-77B este o variantă îmbunătățită a AN/SSQ-77A, cu trei durate de viață – 1, 4 sau 8 și două posibile adâncimi (secrete). Posibilitatea de recepție BB a fost adăugată la modelul B. Selectarea array-ului vertical care se folosea la recepție în scopul îmbunătățirii raportului semnal-zgomot se făcea prin EFS.

Baliza VLAD este destul de asemănătoare cu AN/SSQ-53: la activare operează în mod pasiv pe durata vieții, la adâncimea și folosind modalitatea de recepție selectate. La primirea semnalelor acustice convertește presiunea în semnale electronice amplificate. Aceste semnale sunt transferate unității beamforming, unde semnalul este amplificat și filtrat din nou, adăugându-se o referință magnetică. Semnalul amplificat ajunge la suprafață prin cablu, unde este modulat FM și transmis VHF. Evident, platforma de monitorizare (avionul sau elicopterul) primeau semnalele pentru înregistrare, procesare și analiză.

                                                                                AN/SSQ-77

 

 

 

AN/SSQ-62: Directional Command Active Sonobuoy System (DICASS)

 

În anii ‘80 au fost actualizate capabilităților balizelor utilizate (AN/SSQ-53) prin adăugarea a două noi balize (DICASS și VLAD), acestea fiind îmbunătățiri majore față de sistemele existente.

AN/SSQ-62B/C/D/E Directional Command Activated Sonobuoy System (DICASS) este o baliză de mărime A, nerecuperabilă, nereparabilă, controlată prin comenzi. DICASS, împreună cu echipamentul folosit de unitățile de monitorizare oferă distanța, relevmentul și informații Doppler despre obiectul monitorizat. Este folosită pentru a determina criteriile de atac, de obicei fiind folosite mai multe balize grupate, însă pot opera și singure. Flexibilitatea în controlul diferitelor funcții ale unității permite folosirea cu diverse tipuri de ținte în condiții diferite de mediu.

DICASS, la activare după contactul cu apa, procesează comenzi UHF transmise de unitatea de monitorizare. Platforma de monitorizare este capabilă să schimbe adâncimea să activeze transmisia sonarului și să modifice modul de funcționare (CW sau puls), durata pulsurilor, să comande balizei să trimită un ping sau să îi comande scufundarea. Emisia este omnidirecțională în planul orizontal și direcțională în cel vertical. Semnalele recepționate sunt amplificate și filtrate, le este adăugată informația despre relevment și sunt trimise către suprafață, unde sunt modulate FM și transmise. Platforma de monitorizare primește aceste semnale pentru înregistrare, procesare și analiză.

                                               Balizele AN/SSQ-50 și AN/SSQ-62 – concept

AN/SSQ-62B DICASS poate primi comenzi care să determine schimbarea adâncimii, activarea trasnmisiei sonarului și să trimită pinguri. Folosea unul din canalele sonar preselectate și unul din cele 31 de canale RF. Canalele erau preconfigurate de fabricant și nu puteau fi modificate. La lansare DICASS se scufunda la 27 m (90 ft) și apoi putea primi o comandă de coborâre la 122 sau 457 m (400 sau 1500 ft).

AN/SSQ-62C DICASS operează pe unul din cele 86 canale sonar predefinite. Canalele sunt configurate înaintea zborului, un canal sonar corespunzând unui canal RF. La lansare se scufundă inițial la o adâncime de 27 m (90 ft); la primirea unei comenzi se poate scufunda la 122 m (400 ft) sau 457/762 m (1500/2500 ft) – variantă aleasă înaintea zborului, prin EFS.

AN/SSQ-62D DICASS a fost îmbunătățit, bateria cu litiu fiind înlocuită cu o baterie termală. În plus, baliza contine și o opțiune EFS pentru a putea selecta familia de adâncimi – dacă se alege adâncime mică vor fi disponibile opțiunile 15, 46 sau 91 m (50, 150 sau 300 ft) iar dacă se alege adâncime mare vor fi disponibile opțiunile 27, 122 sau 457 m (90, 400 sau 1500 ft). Aceste opțiuni oferă suficientă flexibilitate pentru apele litoralului și pentru operațiunile ASW în ape oceanice.

AN/SSQ-62E DICASS include următoarele îmbunătățiri față de AN/SSQ-62D: încorporează CFS, permițând unui avion sau elicopter să trimită comenzi către balize. Aceste balize selectează funcționarea emițătorului VHF RF, canalul RF și canalul asociat al sonarului, poate schimba frecvența sonarului, poate schimba adâncimea sau îi comandă scufundarea. Aceste funcții sunt disponibile atât pentru configurația de litoral cât și pentru cea oceanică. În plus, această baliză conține toate cele patru frecvențe folosite de sonare într-o singură baliză, aceasta oferind reducere semnificativă de costuri.

                                                                 AN/SSQ-62D DICASS

 

Cum se folosesc?

 

Folosirea balizelor în fortele navale este destul de liberală, să spunem așa, fiind decizia operatorilor ce balize folosesc în funcție de situația evaluată și dacă suspectează o amenințare reală. Daca cele pasive (DIFAR) au un cost de citeva sute de USD (200-300), cele active sau care oferă facilități avansate au un preț de 3000-5000 USD. Costul redus al balizelor DIFAR face ca ele să fie folosite frecvent, reglementată mai strict fiind folosirea celor mai scumpe. O comandă tipică a US Navy pentru un an este de aproximativ 60k de bucăți. Considerând un preț mediu de 1000 USD, anual cheltuielile cu consumabilele ASW ale US Navy sunt de 60 de milioane USD.

În 1987 când URSS a trimis un număr de submarine de atac în Atlantic pentru a testa cât de aproape pot ajunge de coasta US fără a fi detectate, flota a doua aproape a epuizat stocurile în încercarea de a le urmări (fără prea mare succes se spune).

Cele mai folosite balize sunt cele din familia AN/SSQ-53 DIFAR, fiind lansate mii de asemenea balize lunar. AN/SSQ-62 DICASS era alintată de operatori ‘Cadillac’ pentru că se spunea că are prețul unui Cadillac. Una din expresiile folosite de operatori era ‘… am aruncat un Cadillac în ocean.’. Evident, numărul celor folosite este mult mai mic – un operator putând lansa doar câteva în carieră.

              SSQ-62 DICASS (roșu), AN/SSQ-53 DIFAR (albastru), AN/SSQ-77 VLAD (auriu)

 

Iulian

-Va urma –

Foto: interwebs

Informatii: interwebs; URL:

https://en.wikipedia.org/wiki/SOFAR_channel

https://www.ibiblio.org/hyperwar/USN/ref/ASW-Convoy/ASW-Convoy-2.html

https://www.ibiblio.org/hyperwar/USN/ref/Radar/Radar-14.html

https://en.wikipedia.org/wiki/Sonobuoy

http://jproc.ca/rrp/rrp3/lanc_crt1.html

http://www.iwm.org.uk/collections/item/object/30117380

http://www.iwm.org.uk/collections/item/object/30005817

http://www.wehrmacht-awards.com/FORUMS/showthread.php?t=718365

http://www.prc68.com/I/CRT-1BSonobuoy.html

http://www.prc68.com/I/Sonobuoy.shtml

http://vk2bv.org/archive/museum/arr-3.htm

http://www.jhuapl.edu/ourwork/nsa/papers/art4-sp05.pdf

http://uboat.net/allies/technical/sonobuoys.htm

http://jproc.ca/rrp/rrp3/neptune_ssq2.html

http://jproc.ca/rrp/rrp3/avenger_ssq2.html

http://www.maritime.org/doc/ecat/cat-0390.htm

http://jproc.ca/rrp/rrp3/neptune_equipment_details.html

https://ww2aircraft.net/forum/threads/the-legend-of-julie-jezebel.1413/

http://www.pilotbill.com/Q2%2012/PaxRiver_24Apr12/PaxRiver_24Apr12.htm

http://www.globalsecurity.org/military//systems///////////ship/systems/an-ssq-53.htm

http://www.globalsecurity.org/military/systems/ship/systems/an-ssq-77.htm

http://www.globalsecurity.org/military/systems/ship/systems/an-ssq-62.htm

https://fas.org/man/dod-101/sys/ship/weaps/an-ssq-53.htm

https://fas.org/man/dod-101/sys/ship/weaps/an-ssq-77.htm

https://fas.org/man/dod-101/sys/ship/weaps/an-ssq-62.htm

http://www.janes.com/article/54256/sonobuoys-shrink-for-uavs-dsei15-d1

https://groups.google.com/forum/#!topic/sci.military/fMsKt7Zdakk

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%93%D0%B8%D0%B4%D1%80%D0%BE%D0%B0%D0%BA%D1%83%D1%81%D1%82%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B8%D0%B9_%D0%B1%D1%83%D0%B9

https://ru.wikipedia.org/wiki/Гидроакустический_буй

http://www.ultra-sonar.com/solutions.php

http://www.ultra-ussi.com/products-main

http://ss.sites.mtu.edu/mhugl/2015/10/11/sonobouy-sparton-corporation/

 

Dacă aveți curiozități legate de RF:

http://www.daenotes.com/electronics/communication-system/superheterodyne-fm-receiver

http://discostelmar.3x.ro/RADIORECEPTORUL%20SUPERHETERODINA.htm

http://www.radioamator.ro/articole/view.php?id=625

http://informatiitehnice.com/articole-de-calitate/tuburi-electronice/

 

Alte surse:

• S. Navy Journal of Underwater Acoustics, 62.2 (Ianuarie 2014)
• Foreign Military Review №10 1990 pg.54-58 (Зарубежное военное обозрение №10 1990 С.54-58)
• ES310, Introduction to Naval Weapons Engineering
• The Ears of Air ASW; A History of U.S. Navy Sonobuoys – Roger A. Holler, Arthur W. Horbach, James F. McEachern
• Broșurile produselor