что такое кильватерный след
Кильватерный след и безопасность при купании в открытых водоемах
Лето – одно из самых любимых времен года для большинства людей. Теплая погода, большое количество солнечных дней, яркая природа и, конечно же, возможность получения загара и купания в открытых водоемах придают этому времени года наибольшую привлекательность. Однако не следует забывать и об опасности, которая может подстерегать каждого во время плавания. Кроме любителей водных процедур по реке, озеру или морю могут двигаться лодки, катера, водные мотоциклы и другие более крупные плавучие сооружения. Даже если Вы хорошо плаваете, опасно близко подплывать к плавсредствам, особенно к двигающимся с большой скоростью. Давайте попробуем разобраться в причине этой опасности.
Обычный катер развивает скорость около 20 км/ч. При этом, двигаясь по воде, он увлекает за собой воду и создает так называемый кильватерный след – возмущенную полосу воды, остающуюся за кормой катера. В кильватерной струе движение воды имеет ярко выраженный турбулентный характер: скорость потоков воды резко возрастает от 
(спокойная вода) до максимальной скорости 
, сравнимой со скоростью движения катера. Это возрастание скорости происходит в достаточно узком ламинарном слое, в котором нет перемешивания и пульсаций.
Будем считать воду в водоеме идеальной несжимаемой жидкостью (без внутреннего трения) и применим для описания ее движения в ламинарном слое закон Бернулли:
где 
‑ плотность воды, 
‑ скорость потока, 
‑ высота, на которой находится элемент жидкости, 
‑ давление в том месте, где расположен центр массы рассматриваемого элемента жидкости, 
‑ ускорение свободного падения. Учитывая, что поверхность воды горизонтальна, получаем формулу для разности давлений на границах ламинарного слоя:
.
Тогда подросток 12-13 лет массой 50 кг будет испытывать ускорение примерно в 10 раз большее, чем ускорение свободного падения, направленное в сторону катера, и давление воды может затянуть в турбулентное ядро. Справиться с таким ускорением практически невозможно, поэтому подплывать близко к быстро движущимся плавучим сооружениям очень опасно, и, плавая в открытых водоемах, необходимо об этом знать!
По предложенному методу мы предлагаем вам решить задачу:
Автор: Матвеев К.В., методист ГМЦ ДО г. Москвы
28 Кильватерный след
Для опыта нам потребуются: банка, спичка или зубочистка, подсолнечное масло, зеленка.
Кильватерный след – это след, который оставляет за собой корабль. Если смотреть на морской залив с горы, то за каждым кораблем будет виден длинный след. Можем ли мы, используя свойство эмульсий не растворяться друг в друге, построить маленькую модель океана и кильватерного следа?
Запросто. Возьми любую банку, вымой ее тщательно и налей почти до краев обычной холодной воды.
Теперь окуни спичку или палец в подсолнечное масло и капни аккуратно с небольшой высоты маслом в банку. Капля масла (более жирного и легкого, чем вода) не растворится в воде, а растечется кружком. Поставь банку перед окном или лампой, чтобы видеть отражение лампы или окна в поверхности, – так лучше наблюдать за каплей.
Возьми острую палочку (зубочистку, заостренную спичку) и аккуратно потыкай в масляную каплю. Ты увидишь, что на ней образуются маленькие круглые дырочки. Еще дырочки возникают сами собой от пузырьков, поднимающихся из глубины банки.
Если теперь провести вдоль капли кончиком спички или палочки (будто корабль прошел по морю), то ты увидишь, что за спичкой остается след с завихрениями. Этот след очень точно похож на след от настоящего океанского корабля. Проведи так много раз – каждый раз будешь видеть след за «кораблем».
Теперь можно попробовать увидеть следы не только на поверхности, но и в глубине. Возьми обыкновенную зеленку и капни сверху в банку, прямо в масляную каплю. Во-первых, ты увидишь, как зеленка сразу «вскипит». Это спирт из зеленки растворяется в воде – и довольно красиво. Зеленка «повиснет» у поверхности банки, а мы точно так же проведем спичкой вдоль поверхности, глядя на нее сверху. Ты заметишь, что в глубине за спичкой тоже бегут вихри, маленькие зеленые смерчи.
Оказывается, во всех жидкостях и газах, в воздухе и воде, за быстро летящими или плывущими предметами (самолетами, лодками) образуются такие вихри.
Понаблюдай за машиной, проезжающей по пыльной дороге, – ты увидишь, что наш опыт довольно точно создает такие же вихри.
Только одна просьба – подкрашенную зеленкой воду выливай аккуратно, потому что зеленка может закрасить тебе всю раковину!
Данный текст является ознакомительным фрагментом.
Как спрятать корабль в открытом море
Обнаружение боевых кораблей в открытом море является достаточно сложной, но все же решаемой задачей. По этой причине кораблестроители всего мира принимают те или иные меры, направленные на повышение скрытности своих творений. Все эти меры и средства постепенно развиваются, отвечая на новые вызовы и угрозы. В итоге самые современные корабли оказываются весьма сложной целью как для систем обнаружения, так и для противокорабельного вооружения.
Для отслеживания надводной обстановки, в том числе с выдачей целеуказания комплексам вооружения, в настоящее время могут использоваться самые разные средства. Следить за акваторией можно при помощи разведывательных спутников с оптической или радиолокационной аппаратурой, с использованием патрульных самолетов или береговых станций. Совместное использование сложного комплекса, включающего в себя разнородные средства разведки, на практике надежно обеспечивает своевременное обнаружение кораблей противника, в том числе на достаточном удалении. Естественно, корабелы учитывают подобные риски и принимают меры. Рассмотрим основные способы маскировки боевых кораблей в открытом море.
Спутник идет по следу
Как ни странно, но существенный вклад в обеспечение малозаметности корабля вносят конструкторы, ответственные за разработку силовой установки и подводной части корпуса. За кормой идущего корабля остается широкая полоса возмущений, известная как кильватерный след. В зависимости от конструкции корабля, особенностей силовой установки и состояния морской поверхности, кильватер может иметь длину от сотен метров до нескольких километров. Нетрудно догадаться, что наличие такого следа заметно упрощает обнаружение корабля.
Развитые страны, располагающие группировками космических аппаратов, давно используют для разведки спутники с оптической или радиолокационной аппаратурой. Находясь на орбите, космический аппарат имеет все возможности для своевременного обнаружения длинного следа, тянущегося за кораблем. Правильная обработка данных, поступающих со спутника, позволяет разведке опознать обнаруженный корабль и передать информацию о нем соответствующим подразделениям.
Конструкторы-судостроители пытаются бороться с имеющимся демаскирующим фактором, но полностью избавиться от него невозможно. Теми или иными методами можно уменьшить длину кильватерной струи, но это предъявляет особые требования к конструкции корпуса. В частности, требуется резкое сокращение миделя, что приводит к уменьшению доступных объемов для аппаратуры, вооружения и экипажа. В итоге кораблестроителям и военным приходится мириться с кильватером как с неизбежным злом, а также уделять больше внимания иным проблемам.
Следует отметить, что кильватерную струю можно заметить не только из космоса. Ее может наблюдать и патрульный самолет. Однако в случае визуального наблюдения следа он, скорее всего, будет на небольшом расстоянии от корабля. В такой ситуации обнаружения корабля возможно и без учета возмущенной воды, хотя и появляются известные риски в виде корабельной ПВО.
Следует отметить, что разведывательные спутники могут нести и средства обнаружения теплового излучения. Такие оптико-электронные приборы тоже будут полезны для обнаружения кораблей. Почти во всех ситуациях корабль серьезно отличается от окружающей среды в инфракрасном диапазоне. Тепловое излучение самого корабля и отдельных его компонентов может поспособствовать его обнаружению даже в открытом море.
Следует отметить, что главным демаскирующим фактором, связанным с теплом, является выхлоп энергетической установки. Котлотурбинная, дизельная, газотурбинная или комбинированная система выбрасывает наружу горячие газы, которые самым заметным образом контрастируют с окружающей средой. Разогретый дым без труда обнаруживается приемниками инфракрасного излучения. В некоторых случаях облако дыма может быть распознано и оптикой.
Также следует учитывать нагрев конструкции корабля. В безоблачную погоду солнце все время освещает надводную часть корабля, а вместе с тем и нагревает ее. Нагретая металлическая или композитная конструкция серьезно контрастирует с окружающей водой, которая не прогревается до равных температур и облегчает работу спутниковой разведки.
Инфракрасное излучение корабля и его выхлопа можно снизить несколькими способами. Прежде всего, при помощи специальных устройств, охлаждающих выхлопные газы перед выбросом в атмосферу. Также имеет смысл использование лакокрасочных покрытий, предотвращающих чрезмерный нагрев конструкции. Причем этот способ скажется не только на заметности корабля, но и на комфорте его экипажа.
Если противник смог обнаружить корабельную группу с орбиты при помощи кильватерного следа или инфракрасного излучения, стоит ожидать, что в районе ее нахождения появятся самолеты или корабли. Естественно, их основным способом наблюдения будет радиолокация. Нельзя не отметить, что развитие радиоэлектронных технологий закономерно привело к появлению массы разных средств противодействия локаторам. Все они в том или ином виде находят применение в современных и перспективных проектах кораблей.
Прежде всего, необходимо исключить обнаружение корабля при помощи РЛС или, как минимум, резко сократить дистанцию обнаружения и взятия на сопровождение. В этой сфере могут использоваться два основных подхода. Первый предусматривает строительство корабля, конструкция которого сама по себе затрудняет обнаружение, а второй предлагает использование специальной аппаратуры, мешающей вражеским локаторам. Рассмотрим первый способ.
Т.н. стелс-технологии давно закрепились в авиации, а с недавнего времени находят применение и в кораблестроении. Едва ли не все новые корабли от ведущих стран имеют те или иные характерные признаки. В первую очередь, для затруднения работы РЛС используются особые обводы корпуса. Надводная часть современных кораблей нередко выполнена в виде набора пересекающихся под разными углами плоскостей. Корпус такой формы отражает сигналы РЛС в разные стороны, и к станции возвращается минимум излучения, что резко затрудняет обнаружение объекта.
Для дополнительного сокращения возможного отражения сигнала в сторону локатора могут использоваться неметаллические материалы. Прежде всего, это различные пластики и композиты. Кроме того, в некоторых проектах применяются деревянные детали. Неметаллические агрегаты корабля способны пропускать радиоволны сквозь себя, поглощать или рассеивать их в разных направлениях.
Различные агрегаты снаружи корпуса и надстройки следует убирать внутрь корабля либо, при невозможности этого, прикрывать различными экранирующими кожухами и т.д. Также нужно учитывать возможность прохождения радиоволн через остекление. В связи с этим нужно отказаться от иллюминаторов в корпусе, а также использовать защищенное остекление мостика.
Подобные подходы используются во множестве современных проектов. В качестве примера можно привести отечественные фрегаты проекта 22350 или корветы проекта 20380. При этом наиболее характерный для таких технологий облик имеют сторожевики проекта 22160 и малые ракетные корабли проекта 22800. Корабли двух последних типов имеют узнаваемый футуристический внешний вид и мало походят на боевые единицы прошлых лет. Их корпуса и надстройки выполнены с учетом рассеивания электромагнитных волн, и лишь мачты с антеннами контрастируют с ровными угловатыми обводами.
Еще один любопытный пример из зарубежного кораблестроения – эсминец типа Zumwalt американской разработки. Корпус и надстройка образованы крупными пересекающимися плоскостями, придающими кораблю характерный внешний вид. Форштевень корабля завален назад, а борта располагаются с наклоном внутрь. Такая конструкция в некоторой мере ухудшила мореходность, но позволила резко сократить заметность. Существенная часть конструкций надстройки выполнена из бальсы и пробкового дерева. Вся обшивка эсминца покрыта специальной радиопоглощающей краской. Согласно заявлениям разработчиков, корабль традиционного вида при тех же размерениях был бы примерно в 50 раз заметнее, чем новейший Zumwalt.
Характерным недостатком стелс-технологий является необходимость их внедрения уже на стадии проектирования. Таким образом, уже существующие корабли по определению не могут иметь сокращенную заметность для РЛС. Однако и они не остаются без защиты от радиолокационного обнаружения. В первую очередь, для таких целей могут использоваться средства радиоэлектронной борьбы разных классов и моделей.
Самый простой и очевидный способ применения РЭБ заключается в обнаружении и подавлении радиосигналов противника. Постановка помех, как минимум, затруднит работу вражеского локатора. Корабль не останется незамеченным, но выявление его точных координат и нанесение удара вряд ли будет возможным. Системами излучения помех комплектуются почти все современные корабельные комплексы РЭБ.
Также для скрытной работы корабль может использовать средства радиотехнической разведки. Работая в пассивном режиме и производя обнаружение чужих сигналов, такие системы могут предупредить экипаж о приближении противника, в том числе до его входа в зону действия собственной РЛС. В итоге дальность обнаружения целей вырастает, а корабль не рискует обнаружить себя собственным излучением.
Такие возможности, к примеру, имеет комплекс РЭБ типа 5П-28, разработанный российским Концерном «Радиоэлектронные технологии» для современных кораблей. Разные версии комплекса используются в ряде проектов, в том числе на новейших фрегатах проекта 22350. По известным данным, схожим образом построен комплекс РЭБ шведского корвета «Висбю». Она включает развитые средства радиотехнической разведки, но не имеет активного режима работы.
Не стоит забывать и о комплексах постановки помех ближнего рубежа наподобие отечественных ПК-10 «Смелый» или КТ-308. Эти комплексы включают специализированные пусковые установки и снаряды, выполняющие функции ложных целей. Боеприпасы несут дипольные отражатели, пиротехнические заряды и аэрозоли, обеспечивающие нарушение работы радиолокационных и оптических средств противника. Подобные системы предназначены для защиты корабля от подлетающих средств поражения. Одни снаряды должны провоцировать перенацеливание ракеты на ложную цель, другие – закрывать корабль в разных диапазонах и срывать дальнейшее наведение.
Вооруженные силы современных развитых государств располагают большим количеством разнообразных средств разведки и обнаружения, предназначенных для слежения за акваториями. Как следствие, они имеют возможность следить за обстановкой и своевременно находить корабли вероятного противника. Одновременно с этим осуществляется развитие надводных кораблей, преследующее сразу несколько целей. Одна из них – снижение заметности надводного флота и повышение скрытности его действий.
Существуют и совершенствуются разные способы обнаружения кораблей, имеющие тот или иной потенциал. Одновременно с этим разработаны и внедрены несколько основных методик противодействия обнаружению. Кроме того, существуют определенные демаскирующие факторы, с которыми борются всеми доступными средствами. Итогом всех исследовательских и конструкторских работ в этой области становится появление совершенно новых кораблей, обнаружение которых является не самой простой задачей. Параллельно осуществляется модернизация существующих кораблей, которые получают новое оборудование того или иного рода.
Очевидно, что ответом на современные способы сокращения заметности надводного корабля станут новые технологии и разработки в области средств разведки. Вследствие этого корабелам придется искать новые решения и адаптировать технику будущего к изменившимся условиям. Пока остается только гадать, как будут развиваться средства обнаружения и технологии скрытности, но уже сейчас ясно, что такое соперничество будет продолжаться до тех пор, пока существуют боевые корабли.
Найти подводную лодку
Главным достоинством подводной лодки, с момента ее изобретения почти 400 лет назад, была незаметность. Скорее всего так будет и впредь, но за все эти годы появилось множество методов обнаружения подводных лодок.
Все способы поиска подводных лодок можно разделить на две группы: активные и пассивные. Активный метод — с использованием своего излучения и отражения сигнала, пассивный — только излучение или возмущение среды вызванные целью.
Визуальный метод
Вода прозрачна и лодку банально видно с воздуха пока она находится на небольшой глубине. А уж если она не погрузилась, то кильватерный след будет виден и с орбиты, а главное, он будет хорошо заметен еще некоторое время после погружения.
Также интересным приемом поиска можно считать наблюдение за морем ночью. В воде обитает огромное количество светящихся организмов. Любой объект прошедший сквозь «облако» флуоресцентного планктона оставит длинный и хорошо заметный шлейф. Даже если глубина будет большой, этот шлейф может подняться ближе к поверхности и демаскировать подводную лодку. Правда нет никаких данных об эффективности такой методики. Свечение ведь довольно слабое.
Так светится планктон в некоторых частях мирового океана
Известный факт, скорость распространения колебаний зависит от плотности среды. Жидкость плотнее газа, а значит шум издаваемый подлодкой будет распространяться в ней очень хорошо. В 4,5 раза быстрее, если сравнивать атмосферу на уровне моря и воду на поверхности. Именно поэтому эхолокация — это самый популярный метод.
Интересно, что вода в море-океане на однородна, скорость звука зависит от температуры и давления. К тому же существуют такие явления как «подводные звуковые каналы», где звук распространяется на большее расстояние и зоны с эффектом «акустической тени», в которой лодка может скрываться.
Любая подводная лодка, противолодочный корабль, самолет или вертолет имеет на борту ГАС (гидроакустическую станцию). У подлодки или надводного корабля она является частью конструкции, либо может быть буксируемой, в авиации — только буксируемой (или сбрасываемой). Но работают все гидролокаторы одинаково, улавливают звук (пассивный режим) или испускают свои звуковые сигналы, чтобы обнаружить отраженный от препятствия эхо-сигнал.
По тому же принципу работают гидроакустические буи, которые обычно сбрасывают с самолетов, вертолетов или кораблей противолодочной обороны и стационарные системы подобные американской SOSUS. Слушают море.
Для подводников, существует хороший способ остаться не обнаруженной — поменьше шуметь. Но когда применяется активная эхолокация, шансов становится меньше, ведь создать покрытие или форму совершенно не отражающее звуковые волны невозможно, так же как и в случае с радиолокатором и самолетом-невидимкой — абсолютной невидимости не существует.
Кильватерный след
Это шлейф из вихрей который оставляет за собой любое судно при движении. Обычно его хорошо видно, но в случае субмарины это не так, если она находится глубоко под поверхностью. Это проблема для всех, кроме другой подлодки.
Эхолокаторы созданные в СССР были менее эффективны по сравнению с аналогами у вероятного противника. Поэтому в 70 годах 20 века была создана целая серия устройств позволяющих отслуживать чужие субмарины по их кильватерному следу (СОКС). Работает устройство используя принцип когерентной оптической томографии, это то же самое, что и эхолокация, но вместо звуковых волн — оптические, инфракрасного диапазона. Дело в том, что длинный хвост из вихрей созданных винтом по другому переломят свет, чем относительно спокойная жидкость вокруг, а значит, достаточно чувствительный датчик это заметит.
Проект 971 «Щука-Б» то, что выглядит как трубки на рубке — СОКС
Магнитометр
Подводная лодка, это большое металлическое судно, а значит имеет достаточно сильное собственное магнитное поле, по которому ее можно засечь. Для этого используется магнитометр. Фактически, это обычная электромагнитная катушка. Впервые такой прием был применен в далеком 1915 году и тогда это была просто индукционная петля, лежащая на дне, в которой возникал ток при проходе над ней корабля.
Проблема с магнитометрическим способом существенная, чтобы что-то найти нужно оказаться почти точно над (или под) целью. Чуть влево или вправо, цель останется незамеченной. Магнитометры применяются в противолодочной авиации, но не как основной метод обнаружения подводной лодки, а как вспомогательный.
P-3 «Orion». Магнитометр выглядит как длинная балка на хвосте. Красный квадрат на фюзеляже — блок гидроакустических буев
Выхлопные газы
Если субмарина оборудована двигателем внутреннего сгорания, а не ядерным реактором или воздухо-независимым двигателем, ее можно обнаружить по специфическому запаху. В английском прибор-газоанализатор так и называется «нюхач» sniffer. Но время идет и «сесть на хвост» подводной лодке с воздухо-независимой или атомной силовой практически невозможно.
По неподтвержденным данным, существуют приборы способные определить наличие в воде даже ничтожного количества посторонних примесей, таких как частички краски или обшивки. Но это похоже скорее на легенду, чем на действительно рабочий прием.
Тепловой след и радиация
Ядерный реактор нуждается в охлаждении. Для этого используется морская вода, которая после ее использования становится теплее. В инфракрасном диапазоне волн тепловой след достаточно заметен даже из космоса, чтобы демаскировать субмарину. Тоже касается и следов радиации в использованной воде, ее также можно обнаружить. Не ядерным силовым установкам точно так же нужно охлаждение, хотя и не такое интенсивное, как реактору.
Радиолокация
Один из самых современных методов. Еще во время Второй Мировой появилась возможность обнаруживать поднятый перископ или шноркель (выхлопную трубу) субмарины при помощи радаров. Но сегодня существуют и более продвинутые методы — поиск по возмущениям водной поверхности. Причем сам объект может двигаться на большой глубине, а след от него в виде специфических зыби, можно выделить на фоне стандартного волнения океана.
С таким эффектом знаком любой рыбак наблюдавший так называемый горб Бернулли и Волны Кельвина. Рыба глубоко, ее не увидеть с помощью зрения, но на поверхности воды при быстром движении появляется заметные круги.
Примерно так выглядит возмущение от движущегося под водой объекта
Эффект известный, но до наших дней использовать его не было возможности. Сейчас специальное программное обеспечение уже может отличить обычные волны в океане от рисунка Волн Кельвина высотой несколько миллиметров, полученном с помощью радара.
Например, у японского специализированного самолета «Кавасаки» Р-1 сразу 4 радара дающие обзор на все 360 градусов. Наверняка они появились на борту не просто так.
Kawasaki P-1. Есть и магнитометр, и акустические буи, и радары
Итак, найти подлодку можно используя несколько приемов: услышать, увидеть, заметить ее след или изменение физических полей. А лучше использовать сразу несколько способов поиска подводных лодок, для надежности. Не стоит сбрасывать со счетов и прослушивание радио эфира (подводникам нужно иногда выходить на связь) и возможность предугадать вероятный маршрут и банальный шпионаж. Скрытность не бывает абсолютной.