Ламповые солдаты свободы: акустическая противолодочная торпеда FIDO
Ламповые солдаты свободы: акустическая противолодочная торпеда FIDO
Содержание:
История маленькой толстенькой рыбки, которой страшились стальные акулы.
Наиболее эффективным средством поиска субмарин во время Второй Мировой была противолодочная авиация. Оснащенные радарами патрульные самолеты могли часами оставаться в воздухе, обшаривая огромные пространства океана, и при этом сами не подвергались подводной угрозе. Но вот с уничтожением обнаруженных подводных лодок дела обстояли намного хуже: самолеты, в отличие от кораблей, не могли использовать акустическую аппаратуру для поиска лодки в толще воды. Атаковать с воздуха было возможно только всплывшие субмарины, либо идущие на перископной глубине. Если же лодка, заметив самолет, ныряла (а большинство субмарин поступали именно так), то все, что оставалось летчикам – это вызвать в сектор противолодочные корабли, способные отыскать погрузившуюся субмарину. Которая, понятное дело, старалась возможно скорее покинуть место встречи.
Решением проблемы могло бы стать оружие, способное самостоятельно отыскать субмарину под водой. И таким оружием могла стать самонаводящаяся акустическая торпеда.
ИСТОРИЯ СОЗДАНИЯ
Еще в конце 1941 года, американский флот обратился к NDRC с просьбой оценить возможность создания торпеды, способной наводиться на шумы винтов подводных лодок. Возможность создания акустической торпеды рассматривалась американцами и раньше, но прежде – в контексте противокорабельной торпеды, запускаемой с подводной лодки по неприятельским надводным кораблям. И тут существовало серьёзное противоречие: торпеда, достаточно быстрая, чтобы поражать надводные корабли, оказывалась слишком шумной. Собственный шум торпеды заглушал бы на гидрофонах звук винтов цели.
Противолодочная торпеда позволяла обойти это противоречие. Скорость целей (погрузившихся подводных лодок) не превышала 5-8 узлов, что позволяло сделать охотящуюся на них торпеду медленной и тихой. С другой стороны, наведение на подводную лодку в толще воды требовало трехмерного наведения, в горизонтальной и вертикальной плоскости одновременно.
10 декабря 1941 года, в Лаборатории Подводной Акустики Гарвардского Университета (англ. Harvard (University) Underwater Sound Laboratory – HUSL) состоялось в высшей степени секретное совещание, на котором избранные представители научных кругов и промышленных концернов были ознакомлены с задачей. Им предстояло разработать компактную авиационную торпеду, самонаводящуюся на звук винтов погрузившейся подводной лодки. Программа получила название FIDO, предположительно, в честь собаки Фидо, принадлежавшей президенту Аврааму Линкольну.
Требования к разработчикам были оговорены весьма гибкие:
- Скорость торпеды определялась как “медленная” – чтобы ее собственный шум возможно меньше создавал помехи работе акустики. При этом, торпеда должна была быть достаточно быстрой, чтобы догонять субмарины в подводном положении. В результате, сошлись на скорости в 12 узлов: на треть быстрее, чем подводная скорость немецкой субмарины Type VII.
- Движитель – электрический (опять-таки по соображениям шумности) мотор, вращающий единственный винт. Соосные винты, вращающиеся в противоположных направлениях, были бы лучше, но механическая передача неминуемо стала бы источником дополнительного шума.
- Запас хода – на 10-15 минут.
- Боевая часть – 40,8 кг взрывчатки (90 фунтов). По торпедным меркам такой заряд был очень маленьким, но так как применять акустическую торпеду собирались против субмарин – не имевших ни брони, ни противоторпедных булей – то и его было достаточно при прямом попадании.
- Размеры – длина не более 2 метров (7 футов), диаметр не более 48 сантиметров (19 дюймов). Размеры были выбраны исходя из требований подвески торпеды на обычные бомбодержатели самолетов. По сути дела, FIDO должна была стать заменой обычным авиационным глубинным зарядам.
- Запуск предполагался с самолета: торпеда должна была выдерживать сброс с высоты 60-90 метров (100-300 футов), на скорости до 231 км/ч (125 узлов). Воздушный запуск накладывал дополнительные требования по ударостойкости электронной аппаратуры торпеды, но было сочтено, что применение с самолетов будет более эффективно, чем с надводных кораблей.
- Управление должно было быть двойным. В отсутствие акустических сигналов выше порогового уровня, FIDO переходила в режим поиска, и выписывала круг на заданной перед запуском глубине. Управление при этом осуществлялось гироскопом и гидростатом. Когда же уровень шума превосходил установленный порог, то включалось акустическое самонаведение, и торпеда начинала искать цель.
Спустя буквально пару недель после совещания, HUSL представила концепт самонаводящейся торпеды, удовлетворяющей требованиям флота. Затем, спустя еще пару недель – в январе 1942, свою версию предложила фирма “Bell Telephone Lab”. Оба проекта различались в деталях системы наведения и управления, но оба подходили под заявленные требования. И, поскольку самонаводящаяся противолодочная торпеда требовалась срочно – флот решил разрабатывать оба проекта параллельно, таким образом, подстраховавшись на случай неудачи либо задержки одного из них.
В работе над программой Mark 24 участвовали:
- Harvard (University) Underwater Sound Laboratory – акустическое самонаведение и управление.
- Bell Telephone Lab – акустическое самонаведение и управление.
- Western Electric – разработка компактного ударостойкого 48-вольтного аккумулятора, способного обеспечить 110 ампер в течении 15 минут.
- General Electric – проектирование и создание электромотора, винта и органов управления.
- David Taylor Model Basin – этот крупнейший в мире на тот момент испытательный бассейн предоставил свои возможности для гидродинамических и акустических исследований.
Работы над проектом выявили непредвиденную ранее монументальность поставленной задачи. Многие аспекты подводной акустики к этому моменту были изучены чисто эмпирически: теория отставала от практики. Инженеры знали, что если они сделают А, то получат B, но почему именно – они могли в лучшем случае предполагать. Весь математический аппарат пришлось, по сути дела, создавать с самых основ, для чего к разработке акустической торпеды привлекались лучшие умы США. Рассматривались самые оригинальные концепты: в частности, одной из идей HUSL была вращающаяся (!) вокруг продольной оси торпеда, осуществляющая коническое сканирование единственным гидрофоном на боку.
Примечательно, и HUSL и Bell поддерживали постоянный контакт, обменивались идеями, экспериментальными данными и техническими новинками. Работавшие над конкурирующими проектами инженеры регулярно встречались с коллегами, и устраивали для них демонстрации и совместные семинары. Такая степень кооперации была необычна даже для американских разработчиков — в целом, существенно более «открытых» и склонных к обмену информацией, чем их коллеги в других странах.
Немаловажно также отметить, что программа FIDO пользовалась значительной поддержкой как командования флота, так и правительства США. Угроза подводных лодок в 1942 году из теоретической стала совершенно явной: немецкие субмарины пиратствовали у самых берегов США, потопив более 400 пароходов. Глава программы HUSL, Эрик Уокер, каждое утро вывешивал на стенде у входа в лабораторию газетные вырезки с названиями потопленных за ночь американских судов. Адмиралы и политики были готовы пойти на любые расходы, лишь бы преломить ход подводной войны. Как вспоминали участники проекта,
“у нас были совещания по самым разным научным, техническим, организационным вопросам – но никогда не финансовым. Мы просто знали, что денег будет столько, сколько потребуется.”.
Поначалу, наиболее перспективным направлением для работы казалось адаптировать под самонаведение и электрический ход стандартную авиационную торпеду Mark-13. Однако, при этом возникли трения с Бюро Боеприпасов, которое считало Mark-13 “секретной” и упорно отказывалось допускать к ней гражданских инженеров. В конце концов, потерявшая терпение фирма Bell решила, что проще и дешевле будет разработать торпеду с нуля (как в дальнейшем выяснилось, именно это и было целью Бюро Боеприпасов, инженеры которого, хорошо знакомые с шумностью Mark-13, разумно полагали, что работая с ней акустики только потратят зря время).
Наиболее сложной задачей для HUSL и “Bell” оказалось снизить шумность торпеды до приемлемой. Основных источников шума было три:
- Шум двигателя и механизмов торпеды.
- Шум кавитации винта.
- Шум от обтекающего корпус водного потока при движении.
Первую проблему удалось решить, максимально амортизировав силовую установку и отделив моторное отделение от остальной торпеды толстым слоем резины. Вторую проблему – кавитацию – оказалось решить непросто, главным образом из-за слабого понимания теории процесса. Фирма “Bell” в итоге нашла решение, перепробовав несколько десятков вариантов винтов в опытном бассейне, и подобрав оптимальную форму лопастей. Третью проблему – шум от обтекающего потока – в итоге выяснилось, что можно и не решать, поскольку тщательные исследования показали, что при используемых скоростях эти шумы лежат вне предела чувствительности гидрофонов.
Система наведения от Гарвардской лаборатории использовала магнитострикционные гидрофоны и пропорциональное управление: рули торпеды отклонялись на величину, пропорциональную разнице между сигналами. По мысли разработчиков, такая система должна была быть более точной, чем обычное “все или ничего”, при котором рули отклонялись сразу до предела. Однако, испытания показали, что разработанная фирмой “Белл” система наведения, использующая пьезоэлектрические гидрофоны и простое управление “все или ничего” работает ничуть не хуже. В итоге, флот благоразумно счел, что простое решение – самое лучшее, и выбрал проект “Белл”. При этом персонал HUSL продолжал участвовать в работе над программой.
Испытания FIDO начались летом 1942 года в Бостоне. Первые образцы торпеды демонстрировали неприятную привычку тонуть и теряться, из-за чего HUSL разработала специальную акустическую “пищалку”, позволявшую отыскать затонувшую торпеду и поднять ее на поверхность. Благодаря этой идее, расход прототипов значимо уменьшился, и у конструкторов появилась возможность разобраться, что же пошло не так в каждом конкретном случае.
12 сентября, на испытания поступили первые две полностью комплектные торпеды из установочной партии. Первый прототип, обозначенный FX-1, оказался и первым блином комом: после сброса с воздуха, торпеда немедленно затонула, и найти ее так и не удалось.
Второй прототип, FX-2, имел куда более насыщенную сюрпризами жизнь. Во время первого же пуска, он погнался за учебной буксируемой целью с таким энтузиазмом, что проскочил под ней, врезался в дно и застрял в иле. Спустя пару дней, он неожиданно всплыл “опасно близко” от судоверфи, на которой строился новый авианосец. Приняв его за немецкую торпеду, охрана верфи решила отбуксировать FX-2 в море и затопить его, и инженеры лишь в самый последний момент успели отстоять свое детище.
Опытную FIDO достают из воды
Испытания перенесли (чтобы не нервировать береговую охрану) на озеро Кусинсигамон под Вустером. Во время первого испытания, FX-2 успешно навелся на учебную цель, прошел под ней – его гидростат был выставлен на избыточную глубину, чтобы торпеда не покалечилась об цель – но выписывая циркуляцию для повторной атаки, выскочил на берег и на глазах ошеломленных испытателей “попытался вскарабкаться на склонившуюся над водой иву”. После того, как торпеду сняли с дерева и осмотрели, ее запустили второй раз – но FX-2 еще не исчерпал свой запас шалостей, и вместо учебной цели заинтересовался моторкой, отошедшей от причала на другом конце озера. Прежде, чем кто-то успел понять, что же происходит, FX-2 уже радостно гнался за моторкой, чей шум заглушил слабый шум мишени. Торпеда прошла около мили, идеально следуя за непредвиденной целью, прежде чем выскочила на мелководье и, по-видимому, закопалась в ил. Поиски не дали результата, и инженеры сочли прототип потерянным.
FIDO на испытаниях
Но это был еще не конец истории FX-2. Два года спустя, 5 августа 1944 года, он неожиданно всплыл, до полусмерти перепугав рыбака Ховарда Саутворта и его тринадцатилетнего сына. Осторожно приблизившись к торпеде, они накинули на нее веревку и отбуксировали к берегу, после чего уведомили власти. Прибывшие саперы (армейские) ошеломленно рассматривали странного вида пузатую торпеду, пытаясь понять, что же это такое, и откуда она тут взялась? FX-2 настолько отличался от современных торпед, что в итоге саперы решили: наверное, это какой-то древний прототип торпеды созданный изобретателем-энтузиастом и потерянный на испытаниях еще в прошлом веке. Окончательный вердикт звучал как
“оружие выглядит так, как будто кто-то пытался построить торпеду, руководствуясь лишь самыми общими представлениями о ее устройстве”.
В конечном итоге, фотографии торпеды опубликовали в местной газете. Тут на них, наконец, обратил внимание флот, и моряки без труда узнали в таинственном объекте FIDO. Тут же вспомнили о потерянном в 1942 прототипе, и команда инженеров из Гарварда выехала спасать свое блудное детище. FX-2 с большим шумом и помпой вернулся в родную лабораторию: осмотр показал, что несмотря на два года в иле, вода в торпеду не проникла, и как только аккумуляторную батарею перезарядили, она снова заработала, готовая к новым приключениям.
Несмотря на утери прототипов, отказы на испытаниях и прочие неприятности, программа FIDO продолжалась. Скорость разработки торпеды была необычайной: первое обсуждение программы состоялось в декабре 1941, а уже в январе 1942 был готов эскизный проект. В июне 1942, флот заказал первую опытную серию, и уже в октябре проект торпеды был окончательно готов. Первые серийные торпеды были переданы флоту в марте 1943: в мае 1943, количество изготовленных FIDO перевалило за 500, и в том же месяце торпеду впервые применили в бою. От начала разработки и до первого боевого применения прошло всего 17 месяцев.
Интересно отметить, что секретность программы FIDO была поистине уникальной для тогдашних США. Согласно подсчетам ФБР, в работе над торпедой, так или иначе участвовали почти 10.000 человек с самых разных предприятий – и тем не менее, ни одной утечки не случилось даже после того, как торпеды поступили на вооружение и начали применяться в боях. Финальный отчет по FIDO от 1946 года с гордостью отмечал, что “сохранение полной секретности оружием, применяемым два года подряд, не имеет аналогов в военной истории.”
КОНСТРУКЦИЯ
Противолодочная торпеда Mark 24 FIDO (для большей секретности, официально обозначенная как “противолодочная мина”) была довольно курьезно выглядящим оружием: маленьким и толстым. Ее диаметр составлял 48,26 см (19 дюймов), при длине 213 см (84 дюйма), то есть отношение длины к диаметру составляло всего 4 к 1 – совершенно нестандартно для торпед!
В носовой части FIDO (сразу за боевой частью) располагались крестом четыре пьезоэлектрических гидрофона. Верхний и нижний гидрофоны использовались для сканирования в вертикальной плоскости, а правый и левый гидрофоны – в горизонтальной. Сигналы от каждой пары гидрофонов усиливались и поступали в электронный компаратор, выполняющий их сопоставление: компаратор был основан на стандартном дизайне, используемом флотом для сопоставления сигналов от корабельных акустических систем.
Если сигналы на правом и левом гидрофонах были одинаковы, то они гасили друг друга в противофазе, и выходное напряжение системы равнялось нулю. Если же один сигнал был заметно сильнее другого, то на выходе появлялось прямое или обратное напряжение, которое приводило в действие сервомотор, поворачивающий рули торпеды. Таким образом, осуществлялось наведение в горизонтальной плоскости.
Наведение в вертикальной плоскости было в целом идентично, за исключением того, что в систему был встроен маятниково-гидростатический механизм поддержания глубины. До тех пор, пока на гидрофоны не поступало сигнала, гидростат поддерживал торпеду на установленной глубине.
Как только появлялся сигнал, срабатывающее реле отсекало гидростат от управления торпедой. В рамках предосторожности (чтобы торпеда не выскочила на поверхность), было предусмотрено предохранительное реле, которое вновь передавало управление гидростату, если торпеда поднималась выше глубины в 10 метров.
Траектория поиска и преследования FIDO
В движение торпеду приводил электрический мотор мощностью всего в 5 л.с., питаемый от 48-вольтной аккумуляторной батареи. Заряда аккумулятора хватало примерно на 12 минут хода на скорости до 12 узлов. Максимальная дальность хода торпеды, таким образом, составляла порядка 5000 метров.
Боевая часть торпеды располагалась в головном обтекателе. Она снаряжалась 41,7 кг (92 фунтами) хлорида битана. Подрыв осуществлялся носовым ударным взрывателем Mk.142. Хотя заряда не всегда хватало, чтобы уничтожить субмарину, его гарантированно хватало, чтобы нанести ей тяжелые повреждения и заставить прервать боевой поход или совершить аварийное всплытие.
На борту самолета, FIDO размещалась на обычной подвеске для глубинных бомб. Сброс ее выполнялся с высоты до 100 метров. Для мягкого приводнения, на торпеду надевали сбрасываемый фанерный нос и кожух для оперения, которые отделялись при входе в воду.
FIDO с/без деревянного кожуха
Сброшенная в воду, FIDO двигалась по кругу, осуществляя поиск цели. Как только сигнал, поступающий от ее гидрофонов, превышал установленный порог, включалось акустическое самонаведение. Торпеда разворачивалась в горизонтальной и вертикальной плоскости так, чтобы источник звука – неприятельская субмарина – располагался точно по курсу, и сигналы в каждой паре гидрофонов выравнивались. Затем торпеда двигалась на источник шума, удерживая его прямо по курсу, до тех пор, пока не ударялась о корпус цели. В этот момент срабатывал взрыватель.
ПРИМЕНЕНИЕ
Развертывание FIDO в боевых частях началось весной 1943 года. Первыми новые торпеды получили торпедоносные эскадрильи, базирующиеся на эскортных авианосцах – которые чаще всего имели дело с субмаринами. За ним на новое оружие переключились береговые патрульные части, укомплектованные летающими лодками или тяжелыми бомбардировщиками. Поставлялись новые торпеды и союзникам-англичанам, в основном в береговые патрульные части.
FIDO в бомболюке патрульного бомбардировщика
Новое оружие предписывалось использовать только против одиночных субмарин, и только в подводном положении: американцы не хотели, чтобы немцы сообразили, что против них используется самонаводящееся оружие. Инженеры ВМФ США опасались, что немцы довольно быстро сумеют разработать средства противодействия – подобно тому, как англичане быстро разработали средства противодействия немецким акустическим торпедам – и хотели держать новое оружие в секрете так долго, как только возможно. По иронии судьбы, немцы действительно разработали средства противодействия акустическим торпедам союзников… но не использовали их, так как считали, что акустических торпед у союзников нет.
Первая атака с применением FIDO была предпринята 12 мая британским патрульным бомбардировщиком. Немецкая субмарина U-456, Тип VIIC была обнаружена при попытке подкрасться к атлантическому конвою HX 237. Завидев самолет, субмарина немедленно нырнула, но на этот раз привычная тактика немцев подвела: пройдя над местом погружения, самолет сбросил FIDO. Взрыв самонаводящейся торпеды тяжело повредил U-456. Из-за нехватки топлива, бомбардировщик был вынужден вернуться на базу, но для U-456 все было кончено. Вызванный бомбардировщиком эсминец HMS “Opportune” обнаружил U-456 на поверхности. Заметив эсминец, субмарина попыталась нырнуть, и для искалеченной лодки это оказалось последней каплей. На экране сонара эсминца было видно, как U-456 камнем пошла ко дну.
Сброшенная FIDO входит в воду
Первая американская атака с применением FIDO состоялась 14 мая 1943 года, когда патрульный бомбардировщик PBY “Каталина” из эскадрильи VP-84 обнаружил и атаковал в Атлантике немецкую субмарину. Источники расходятся, что именно это была за лодка, и была ли она потоплена. 14-17 мая немецкий флот потерял в этом секторе две субмарины: U-657 и U-640, одна из которых была потоплена самолетами, а другая (возможно, поврежденная раньше) была добита британским эскортным кораблем. Но какая именно из лодок стала первой целью самонаводящейся торпеды, так и осталось неизвестным.
Первое достоверное потопление субмарины исключительно с помощью FIDO состоялось 14 июля 1943 года. Самолеты американского эскортного авианосца USS “Шанти”, занимавшегося охотой на подводные лодки, засекли на радаре а затем и обнаружили визуально океанскую немецкую субмарину U-160, Тип IXC, лежавшую на поверхности к югу от Азорских Островов.
Поскольку инструкция четко предписывала использовать акустические торпеды только против погрузившихся субмарин, первым лодку атаковал истребитель F4F “Уайлдкэт”, полосуя ее своими тяжелыми пулеметами. Немецкая субмарина немедленно погрузилась. Именно этого и ждал палубный бомбардировщик TBF “Авенджер”, сопровождавший истребитель. Снизившись над местом погружения субмарины, младший лейтенант Джон Балантин сбросил FDIO — и маленькая толстенькая металлическая рыбка, успешно наведясь на шум винтов стальной акулы, отправила U-160 на дно вместе со всем экипажем.
FIDO движется в воде, преследуя субмарину U-402
За первыми успехами последовали другие. FIDO оказалась чрезвычайно удачным оружием: надежным, компактным и смертоносным. Противолодочная авиация, ранее бывшая в основном раздражителем для субмарин, теперь стала их ужаснейшим ночным кошмаром. Экстренные погружения больше не спасали бандитов Деница, поскольку FIDO могла последовать за ними и в глубину.
Стандартная тактика применения FIDO выглядела следующим образом. Береговой патрульный или палубный противолодочный самолет летел над водой, выполняя поиск субмарин при помощи бортового радара (для субмарин в надводном положении или перископов), газоанализатора (для субмарин, идущих под шноркелем) или магнитометра (для погрузившихся субмарин). Если субмарина была обнаружена в надводном положении, то самолет выполнял сначала атаку бомбами или ракетами – стремясь повредить ее прочный корпус и сделать невозможным погружение.
В случае, если субмарина была обнаружена под водой, или же успевала погрузиться, самолет сбрасывал акустические буи AN/CRT-1A. Эти устройства включали ненаправленный гидрофон и передатчик, транслирующий сигнал с буя на борт самолета. Переключаясь между сброшенными буями (обычно они применялись кассетами по 5 штук), оператор на борту самолета вслушивался в принимаемый ими шум винтов субмарины, и по громкости сигнала триангулировал ее примерное положение. Затем по предполагаемому курсу субмарины сбрасывалась Mark 24. Оказавшись в воде, акустическая торпеда выписывала круг до тех пор, пока не улавливала шум винтов цели, затем ориентировала себя в пространстве, пока не оказывалась направлена точно на цель.
Итоги деятельности Mark 24 лучше всего подведены в этой таблице:
Всего за время войны FIDO потопили 37 и повредили 18 субмарин на 340 пусков. Их эффективность оценивалась как вдвое лучшая, чем у обычных глубинных зарядов.
После войны, торпеды FIDO оставались какое-то время основой американской противолодочной обороны. Но “звездный час” Mark 24 уже прошел. Появление в конце войны в Германии (Тип XXI) и Японии (I-201) новых быстроходных субмарин, развивавших высокую подводную скорость, существенно ограничивало эффективность против них медлительной FIDO. 12-узловая торпеда могла эффективно догонять 7-узловую субмарину, но против 17-узловой смогла бы работать только на встречном курсе. В 1948 году FIDO были сняты с вооружения и заменены более новыми Mark 34.
Торпеды FIDO сыграли если и не ключевую, то важную роль в ходе битвы за Атлантику. Они ответственны за треть всех немецких субмарин, потопленных союзной авиацией. Самым же главным эффектом их применения стало то, что подводники более не могли чувствовать себя в безопасности, даже уходя на глубину: это серъезнейшим образом сказывалось на их эффективности. Хотя подводные пираты Деница продолжали просачиваться в океан до последних дней войны, им никогда уже не удавалось стать чем-то большим, чем раздражающим фактором для союзного судоходства. И часть этих заслуг лежит на толстенькой металлической рыбке, которая охотилась на стальных акул.
ИСТОЧНИКИ
- A Brief History of U.S. Navy Torpedo Development ( Naval Underwater Systems Center Newport Laboratory) — E.W. Jolie (1978)
- Hellions of the Deep: The Development of American Torpedoes in World War II — Robert Gannon (1996)
- US NAVY TORPEDOES (Part IV) — Frederick J Milford, THE SUBMARINE REVIEW (1997)
- Current Mood:We do it with acoustic smart torpedo!
- Current Music:Oscar Brand «The Reuben James»
