Сумаринмен байланыс: әскери байланыстың қиын саласы. Радио толқындары су астынан өтпейтіндіктен, арнайы технологиялар қолданылады. Теңіз астындағы байланыс түрлері.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Су асты коммуникациясы
Submarine communication
Су асты кемелерімен байланыс – әскери байланыстар саласындағы техникалық қиындықтар туғызатын және арнайы технология талап ететін бір сала. Радио толқындары тұзды су сияқты жақсы электр өткізгіштер арқылы тиімді таралмайтындықтан, су астындағы су асты кемелері әдеттегі радио жиіліктерінде байланыс мүмкіндігінен айырылады. Су асты кемелері бетке шығып, антеннаны теңіз деңгейінен жоғары көтере алады немесе антеннасы бар байланған буйды суға жібере алады, содан кейін стандартты радиохабарларды пайдаланады. Бірақ, бұл оларды су астына қарсы күштердің анықтауына сезімті етеді. Екінші дүниежүзілік соғыс кезіндегі алғашқы су асты кемелері су астындағы жылдамдығы мен қызмет ету мерзімі шектеулі болғандықтан көбінесе су бетінде жүзеді, ал қауіптен қашу үшін немесе нысанаға жасырын жақындау үшін ғана суға түсетін. Алайда, Суық соғыс кезінде бірнеше ай бойы су астында қала алатын ядролық қуатты су асты кемелері құрылды. Ядролық соғыс жағдайында баллистикалық зымырандарды тасымалдайтын су асты кемелеріне зымырандарын дереу іске қосуға бұйрық беру қажет. Осы су асты кемелеріне хабар жіберу – зерттеулердің маңызды бағыты. Өте төмен жиілікті (VLF) радио толқындары теңіз суына шамамен жүз метрге (30 метр) дейін енуі мүмкін, сондықтан көптеген әскери-теңіз күштері су асты байланысы үшін қуатты жағалаудағы VLF хабар тарату стансаларын пайдаланады. Кейбір елдер теңіз суына еніп, жұмыс тереңдігіндегі су асты кемелеріне жете алатын өте төмен жиілікті (ELF) радио толқындарын пайдаланатын хабар тарату құрылғыларын салған, бірақ олар үшін үлкен антенналар қажет. Басқа техникалардың ішінде сонар және көк лазерлер де қолданылған. Біреуі 76 герцте, ал советтік/ресейлік жүйе (ZEVS деп аталады) 82 герцте жұмыс істейді. Соңғысы 3656,0 шақырымдық толқын ұзындығына сәйкес келеді. Бұл Жердің диаметрінің төрттен бір бөлігінен асады. Әрине, әдеттегі жарты толқынды дипольді антеннаны салу мүмкін емес, себебі ол өте ұзын антеннаны талап етеді. Оның орнына, мұндай нысанды салуды көздейтін адам өте төмен жер өткізгіштігі бар аймақты табуы керек (әдеттегі радиохабар тарату стансаларына кері талап), екі үлкен электродты әртүрлі жерлерге жерге көміп, содан кейін ортадағы станциядан оларға сымдар арқылы қосылуы керек. Басқа да аралықтар мүмкін болса да, Мурманск маңында орналасқан ZEVS хабар тарату стансасы қолданатын аралық: Жердің өткізгіштігі нашар болғандықтан электродтар арасындағы ток Жердің тереңіне еніп, Жердің үлкен бөлігін антенна ретінде пайдаланады. Республика, Мичиган штатындағы антеннаның ұзындығы шамамен алғанда. Оны іске қосу үшін арнайы электр стансасы қажет, бірақ сәулелену түрінде шығарылатын қуат небәрі бірнеше ваттқа тең. Оның хабарларын кез келген жерде қабылдауға болады. Антарктидадағы 78° оңтүстік ендігі, 167° батыс бойламындағы станция совет теңіз флоты ZEVS антеннасын іске қосқанда хабар таратуды анықтады. Қытай, өз тарапынан, жақында әлемдегі ең үлкен ELF нысанын салған – шамамен Нью-Йорк қаласының көлемінде – су асты кемелерімен байланыс үшін, олардың су бетіне шығуын қажет етпей.
Communication with submarines is a field within military communications that presents technical challenges and requires specialized technology. Because radio waves do not travel well through good electrical conductors like salt water, submerged submarines are cut off from radio communication with their command authorities at ordinary radio frequencies. Submarines can surface and raise an antenna above the sea level, or float a tethered buoy carrying an antenna, then use ordinary radio transmissions; however, this makes them vulnerable to detection by anti submarine warfare forces. Early submarines during World War II mostly travelled on the surface because of their limited underwater speed and endurance, and dived mainly to evade immediate threats or for stealthy approach to their targets. During the Cold War, however, nuclear powered submarines were developed that could stay submerged for months. In the event of a nuclear war, submerged ballistic missile submarines have to be ordered quickly to launch their missiles. Transmitting messages to these submarines is an active area of research. Very low frequency (VLF) radio waves can penetrate seawater just over one hundred feet (30 metres), and many navies use powerful shore VLF transmitters for submarine communications. A few nations have built transmitters which use extremely low frequency (ELF) radio waves, which can penetrate seawater to reach submarines at operating depths, but these require huge antennas. Other techniques that have been used include sonar and blue lasers. operated at 76 hertz, and the Soviet/Russian system (called ZEVS) at 82 Hertz. The latter corresponds to a wavelength of 3,656.0 kilometres. That is more than a quarter of the Earth's diameter. Obviously, the usual half wavelength dipole antenna cannot be feasibly constructed, as that would require a long antenna. Instead, someone who wishes to construct such a facility has to find an area with very low ground conductivity (a requirement opposite to usual radio transmitter sites), bury two huge electrodes in the ground at different sites, and then feed lines to them from a station in the middle, in the form of wires on poles. Although other separations are possible, the distance used by the ZEVS transmitter located near Murmansk is As the ground conductivity is poor, the current between the electrodes will penetrate deep into the Earth, essentially using a large part of the globe as an antenna. The antenna length in Republic, Michigan, was approximately The antenna is very inefficient. To drive it, a dedicated power plant seems to be required, although the power emitted as radiation is only a few watts. Its transmission can be received virtually anywhere. A station in Antarctica at 78° S 167° W detected transmission when the Soviet Navy put their ZEVS antenna into operation. China on the other hand has recently constructed the world's largest ELF facility – roughly the size of New York City – in order to communicate with its submarine forces without them having to surface.
ELF хабарларын тарату
АҚШ әскери ELF хабарларын таратуда қолданылатын кодтау, 64 символді Reed-Solomon қателерді түзету кодын пайдаланды, олардың әрқайсысы өте ұзын псевдокезеңдік тізбекпен бейнеленген. Содан кейін барлық хабар шифрланды. Мұндай техниканың артықшылығы – бірнеше хабарды салыстыру арқылы, сигналдың шуға қатынасы өте төмен болған жағдайда да хабарды толықтыру мүмкін болды. Сонымен қатар, хабардың нақты таңбаларын көрсететін псевдокезеңдік тізбектердің саны өте аз болғандықтан, хабар сәтті қабылданса, ол жарамды хабар болады (қалпатауға қарсы қорғау) деген жоғары ықтималдық болды. Байланыс желісі бір бағытты. Мұндай құрылғының үлкен көлеміне байланысты, ешбір суасты кемесі өзімен ELF таратушысын алып жүре алмайды. Теңізге батыруға немесе ұшаққа орнатуға болатын таратушыны жасау әрекеттері көп ұзамай тоқтатылды. Жолақтың шектеулі болуына байланысты, ақпарат өте баяу жылдамдықпен, минутына бірнеше таңбаға жуық мөлшерде берілуі мүмкін (Шеннонның кодтау теоремасына қараңыз). Сондықтан, бұл жүйе АҚШ Әскери-теңіз күштері тарапынан басқа байланыс түрін орнатуға нұсқау беру үшін ғана қолданылды, ал нақты хабарламалар көбінесе жалпы нұсқаулар немесе тиісті органдармен екі жақты байланыстың басқа түрін орнату туралы сұраулар болды деп есептеуге болады.
The coding used for U. S. military ELF transmissions employed a Reed–Solomon error correction code using 64 symbols, each represented by a very long pseudo random sequence. The entire transmission was then encrypted. The advantages of such a technique are that by correlating multiple transmissions, a message could be completed even with very low signal to noise ratios, and because only a very few pseudo random sequences represented actual message characters, there was a very high probability that if a message was successfully received, it was a valid message (anti spoofing). The communication link is one way. No submarine could have its own ELF transmitter on board, due to the sheer size of such a device. Attempts to design a transmitter which can be immersed in the sea or flown on an aircraft were soon abandoned. Owing to the limited bandwidth, information can only be transmitted very slowly, on the order of a few characters per minute (see Shannon’s coding theorem). Thus it was only ever used by the US Navy to give instructions to establish another form of communication and it is reasonable to assume that the actual messages were mostly generic instructions or requests to establish a different form of two way communication with the relevant authority.
Стандартты радиотехнология
Су бетіне шыққан су асты кемесі немесе су бетінде бағылған антенналық буйымен жүзіп жүрген су асты кемесі қалыпты радиобайланыс жүйесін пайдалана алады. Су бетінен су асты кемелері ЖЖ, ӨЖ және ӨӨЖ диапазондарында теңіз жиіліктерін пайдаланып, дауыс және телепринтерлік модуляция әдістері арқылы ақпарат тарата алады. Бар болған жағдайда, алыс қашықтыққа байланыс үшін тікелей көріс жиіліктерін пайдаланатын арнайы әскери спутниктік байланыс жүйелері басымдыққа ие, себебі ЖЖ су асты кемесінің орналасқан жерін анықтауға бейім. АҚШ Әскери-теңіз күштерінің жүйесі Су асты кемелері арасындағы спутниктік ақпарат алмасу ішкі жүйесі (SSIXS) деп аталады, ол Әскери-теңіз күштерінің ӨЖ спутниктік байланыс жүйесінің (UHF SATCOM) құрамдас бөлігі болып табылады.
A surfaced submarine, or a submarine floating a tethered antenna buoy on the surface, can use ordinary radio communications. From the surface, submarines may use naval frequencies in the HF, VHF, and UHF bands, and transmit information via both voice and teleprinter modulation techniques. Where available, dedicated military communications satellite systems using line of sight frequencies are preferred for long distance communications, as HF are more likely to betray the location of the submarine. The U. S. Navy's system is called Submarine Satellite Information Exchange Sub System (SSIXS), a component of the Navy Ultra High Frequency Satellite Communications System (UHF SATCOM).
Акустикалық және радио хабарларын біріктіру
MIT командасы әзірлеген жаңа технология акустикалық сигналдар мен радарды біріктіре отырып, су астындағы қайықтардың ұшақтармен байланысуына мүмкіндік береді. Су астындағы таратушы құрылғы бетке қарай бағытталған акустикалық динамик қолданады. Таратушы көп арналы дыбыс сигналдарын жібереді, олар қысым толқындары түрінде тарайды. Бұл толқындар су бетіне жеткенде, ұсақ дірілдер тудырады. Су үстіндегі 300 ГГц жиілікті радар су бетінен радиосигналды үздіксіз шағылыстырып тұрады. Дыбыс сигналының әсерінен су бетінің сәл дірілдеуіне радар осы дірілдерді анықтап, сигналдың су асты динамигінен ауадағы қабылдағышқа дейінгі жолын аяқтайды. Бұл технология TARF (Translational Acoustic RF) деп аталады, себебі ол акустикалық және радиожиілікті сигналдар арасындағы аударманы пайдаланады. Бұл технология әлі дамудың бастапқы сатысында және негізінен бақыланатын жағдайларда, 200 мм дейін болатын ұсақ су бетінің толқындарында сәтті сынақтан өтті, ал ірі толқындар деректерді табысты жеткізуге кедергі келтірді.
A recent technology developed by a team at MIT combines acoustic signals and radar to enable submerged submarines to communicate with airplanes. An underwater transmitter uses an acoustic speaker pointed upward to the surface. The transmitter sends multichannel sound signals, which travel as pressure waves. When these waves hit the surface, they cause tiny vibrations. Above the water, a radar, in the 300 GHz range, continuously bounces a radio signal off the water surface. When the surface vibrates slightly due to the sound signal, the radar can detect the vibrations, completing the signal's journey from the underwater speaker to an in air receiver. The technology is called TARF (Translational Acoustic RF) communication since it uses a translation between acoustic and RF signals. While promising, this technology is still in its infancy and has only been successfully tested in relatively controlled environments with small, up to approximately 200 mm, surface ripples, while larger waves prevented successful data communication.
Су асты модемдері
2017 жылдың сәуірінде НАТО-ның Теңіз зерттеулері мен тәжірибелер орталығы JANUS протоколының мақұлдануын жариялады – бұл акустикалық дыбыс арқылы су астындағы цифрлық ақпаратты таратудың стандартталған жолы (акустикалық байланыстырғыштармен жабдықталған модемдер аналогты телефон желілерін пайдалану үшін осылай жұмыс істеген). STANAG 4748 стандартында сипатталған бұл протокол 900 Гц-тен 60 кГц-ге дейінгі жиіліктерді қолданады, ал қашықтығы бірнеше километрге жетеді. Оны әскери және азаматтық, НАТО және НАТО-ға мүше емес құрылғыларда пайдалануға болады; ол римдік қақпалар, кірулер және басқа да ашылулар құдайының құрметіне аталған.
In April 2017, NATO's Centre for Maritime Research and Experimentation announced the approval of JANUS, a standardised protocol to transmit digital information underwater using acoustic sound (as modems with acoustic couplers did in order to make use of analogue telephone lines). Documented in STANAG 4748, it uses 900 Hz to 60 kHz frequencies at distances of up to It is available for use with military and civilian, NATO and non NATO devices; it was named after the Roman god of gateways, openings, etc.
Көк лазерлер
2009 жылы АҚШ әскери баяндамасында «Жеткілікті қуаттылықпен және спутниктерде пайдалануға қолайлы түсті лазерлер болмағандықтан, үлкен тереңдікте жұмыс істейтін практикалық лазерлік жүйелер қолжетімді емес еді. DARPA тереңдікте және жоғары жылдамдықпен су асты лазерлік байланысты іске асыруға жеткілікті тиімді көк лазер жасауға ұмтылуда. Жақында демонстрацияланған лазер, басқа ұсынылған лазерлік жүйелерге қарағанда мыңдаған есе жақсы сигнал-шу қатынасы бар байланыс жүйесінің негізін құру үшін арнайы оптикалық сүзгімен үйлестіріледі. Егер DARPA мұндай жүйені нақты жағдайларда сынап көрсете алса, бұл су асты кемелерінің байланыс және жұмыс істеу әдістерін түбегейлі өзгертіп, миссияның тиімділігін айтарлықтай арттырады, мысалы, суастына қарсы күресте».
In 2009, a US military report stated that "Practical laser based systems for deep depths were unavailable because lasers operating at the right colour with enough power efficiency to be used in satellites did not exist. DARPA is striving towards a blue laser efficient enough to make submarine laser communications at depth and speed a near term reality. A recently demonstrated laser will be matched with a special optical filter to form the core of a communications system with a signal to noise ratio thousands of times better than other proposed laser systems. If DARPA can demonstrate such a system under realistic conditions, it would dramatically change how submarines can communicate and operate, thereby greatly enhancing mission effectiveness, for example, in anti submarine warfare."