Науку гидроакустики пустили по большому бюрократическому кругу
Указом президента РФ от 7 мая 2012 года № 603 определена необходимость модернизации Вооруженных сил РФ. Обеспечение динамичного развития прорывных высокорискованных исследований и разработок является одним из условий выполнения указа.
Для выполнения указа организованы Главное управление научно-исследовательской деятельности и технологического сопровождения передовых технологий (инновационных исследований) МО РФ (ГУНИД) и Фонд перспективных исследований (ФПИ). В эти организации в 2014 году автором были направлены материалы «Модернизации технических средств вооружения при использовании разностного способа преобразования». И вот что из этого вышло.
«Переписка нецелесообразна»
Такое заключение дал начальник Главного управления научно-исследовательской деятельности и технологического сопровождения передовых технологий (инновационных исследований) кандидат технических наук профессор генерал-майор Вячеслав Преснухин на обращение автора к министру обороны Сергею Шойгу по вопросу модернизации технических средств вооружения при использовании разностного способа преобразования. Ответ был датирован 9 февраля 2015 года и написан на основании заключения эксперта ФГУП «НИИПА».
Дальность обнаружения отечественным комплексом МГК-400ЭМ составляет 16 км. Это данные из проспекта организации «Океанприбор» за 2014 год. Для сравнения, дальность обнаружения шумопеленгаторными станциями времен Второй мировой войны составляла 10–12 км. Дальность обнаружения современных ГАС подводных лодок стран НАТО превышает 100 км.
Попытки инициативных работ (Виктора Курышева и братьев Валентина и Виктора Лексиных) по обеспечению дальнего обнаружения пресекаются совместными действиями «промышленности» и военных. Что это? Саботаж, вредительство? Пожалуй, нет. Низкая компетентность и безответственность при исполнении служебных обязанностей.
Разобраться и доложить
Эта позиция определяла ответственность и высокую боевую готовность в МО СССР. Служебные материалы проходили снизу вверх до их полного разрешения. При непрохождении вопроса должным образом делались оргвыводы. За невыполнение задания можно было получить неполное, а то и полное служебное несоответствие. В нынешнюю пору обращения в адрес военного руководства блокируются управлением МО РФ по работе с обращениями граждан. Его сотрудники, согласно закону
ФЗ-59 получили право на ознакомление с содержанием обращения и перевода его на нижестоящий уровень «по компетентности». Ответ чиновника, переадресовавшего обращение, не интересует. Контроль за исполнением документа отсутствует. Такая же практика внедрена и в ГУНИД.
При контактах с военпредами от ВМФ выясняется, что им категорически запрещается вмешиваться в дела промышленности. Представители промышленности отвечают, что им не поступают ТЗ по проработке вопросов дальнего обнаружения. Порочный круг. В результате МО приходится довольствоваться изделиями на основе устаревающих теорий и технологий.
В июне 2014 года мной направлены в адрес начальника ГУНИД материалы по модернизации технических средств вооружения. В ответ ГУНИД предложил провести совещание с участием представителей промышленности и науки. С материалами разработок было ознакомлено более 30 специализированных организаций. От обеспечения дальнейших разработок руководство этих организаций уклонилось.
Автор предпочел дать исполнителю устные и письменные пояснения и показать работу преобразователя. При первом контакте представителю ГУНИД было сделано предложение о целесообразности привлечения к разработкам курсантов военных вузов соответствующих специальностей и студентов технических вузов из научных рот. Исполнитель известил автора, что ГУНИД не имеет возможности для обеспечения дальнейших работ, доклад начальству положительного результата не даст и вмешиваться в дела промышленности им запрещено.
Критерий истины – практика
С доводом автора о необходимости проведения испытаний и последующих выводов о целесообразности дальнейших разработок исполнитель согласился. Материалы были направлены в подведомственную организацию ФГУП «НИИПА». С точностью до наоборот «эксперт» предпочел провести обсуждение, а затем провести испытания. В ходе обсуждения в феврале 2015 года оказалось, что «эксперт» имеет весьма смутные представления о базовых положениях преобразования сигналов: эффективности, единице измерения давления, зависимости преобразователей от изменений условий эксплуатации. Для практических измерений заявленных параметров преобразователя ФГУП «НИИПА» оказалось не готовым. Были проведены испытания работоспособности при подаче воздушного акустического давления на двух частотах звукового диапазона. По результатам рассмотрения «эксперт» обещал выслать заключение. В последующем при телефонном контакте исполнитель сообщил, что им получено негативное заключение по представленным материалам. Мной были направлены СМС в адрес исполнителей «НИИПА» и ГУНИД с запросом о получении заключения. В результате отсутствия текста заключения материалы были направлены в адрес министра обороны РФ. Но эти материалы до Сергея Шойгу не дошли и были перенаправлены в ГУНИД. Из-за отсутствия продвижения материалов автор вынужден был обратиться к главному военному прокурору.
Было получено решение от 9 июня 2015 года начальника ГУНИД по обращению к министру обороны, из которого следовало, что для объективной оценки ГУНИД привлек для независимой экспертизы подведомственную организацию ФГУП «НИИПА». И далее, «учитывая отсутствие в обращении от 9 февраля 2015 года новых доводов и разъяснений по обозначенной тематике», дальнейшую переписку по данному вопросу посчитали нецелесообразной. Копия заключения и протокол испытаний прилагались.
ФГУП «НИИПА» из-за отсутствия необходимых приборов и оборудования не обеспечило проведение экспертизы заявленных характеристик преобразователя ни по одному из параметров. Таким образом, привлечение «НИИПА» к экспертизе оказалось несостоятельным. Какие могут быть новые доводы и разъяснения, если ни ФГУП «НИИПА», ни ГУНИД в исходных материалах не разобрались?
Ответ начальника ГУНИД формализован, что запрещено законом ФЗ-59.
Письмо министру
В письме министру обороны РФ Сергею Шойгу я написал, что одним из условий модернизации технических средств вооружения является обеспечение качества измерений параметров давления. Низкое качество измерения может приводить к ложной оценке ситуации и к катастрофическим последствиям.
Использование известного амплитудного способа преобразования для измерения параметров давления имеет существенные ограничения качества преобразования. Эти ограничения определяются косвенным характером преобразования, недостатками которого являются:
– низкая эффективность преобразования;
– зависимость от изменений эксплуатационных и климатических факторов;
– неконтролируемый уход параметров;
– ограничения по частоте преобразования.
Многочисленные попытки устранить недостатки амплитудного способа преобразования успеха не принесли. Использование амплитудного способа преобразования определяет застойную, кризисную ситуацию в области измерения давления. При этом не решенными проблемными задачами являются:
– дальнее измерение акустических параметров объектов;
– определение признаков катастрофического разрушения объектов при воздействии техногенных и природных факторов;
– измерение напряжений ответственных объектов в условиях эксплуатации.
Решение этого вопроса определяется использованием разностного способа преобразования информации. Основной интерес использования разностного метода определяется: прямым преобразованием воздействия и компенсационным характером преобразования.
Этот способ преобразования позволяет обеспечить:
– высокую эффективность преобразования информативных сигналов;
– компенсацию зависимости от изменений статического давления и температуры;
– выделение полезного сигнала на фоне помех;
– идентификацию объектов по акустическим сигналам;
– определение направления прихода сигнала;
– автоматическое наведение и сопровождение объекта;
– автоматическое управление техническими средствами;
– охрану внешних и внутренних периметров объектов.
Разработка и применение разностного способа преобразования параметров давления позволит обеспечить решение проблемных задач науки и техники, развить наукоемкие технологии, привести к модернизации ОПК.
Проведенные разработки позволили определить одно из практических решений преобразователя, обладающего семью параметрами. Возможно автономное питание. Преобразователь имеет дифференциальные входы для измерения перепада давления и позволяет обеспечить эффективное решение задач пассивной гидроакустической, сейсмической и воздушной локации объектов вероятного противника.
Ожидаемый эффект разработок и применения:
– увеличение дальности обнаружения – в 10 раз;
– снижение массо-габаритных и энергетических показателей – в 10 раз;
– снижение затрат на обработку информации – в 10 раз;
– снижение стоимости станции наблюдения – в 10 раз.
Техническая реализация станций наблюдения целесообразна в автономном, мобильном, носимом и стационарном вариантах. Разработка разностного способа преобразования позволит России: повысить обороноспособность и обеспечить развитие передовых отраслей науки и техники, занять ведущее место на рынке измерительной техники.
Помеха модернизации
Ортодоксальность «эксперта» в вопросах приема акустической информации автора не удивляет. Удивляет лишь апломб и истовость, с которой он отстаивает известный «фальсифицированный» способ преобразования информации. Единица измерения давления 1 Па была введена в систему измерения более 100 лет тому назад и с тех пор не пересматривалась. 1 Па – это давление воды высотой 0,1 мм. Порог чувствительности гидрофонов – 0,01 Па. Это давление воды высотой 1 мкм. За всю 70-летнюю историю гидроакустики не удалось создать ни одного образцового гидрофона. Почему? Выходной сигнал зависит от изменения статического давления и температуры. При этом полезный сигнал искажается неинформативными воздействиями. Автору удалось найти техническое решение, которое обеспечивает компенсацию влияния изменения эксплуатационных и климатических факторов.
«Эксперт» предпочел этого качества не замечать.
Компенсационные свойства разностного преобразования позволяют обеспечить выделение наиболее информативных низкочастотных сигналов. А для этого существует необходимость очистить информацию по входу от акустических помех. И эту возможность предоставляет разностный способ преобразования.
Однако «эксперт» заключает, что «дифференциальные методы хорошо изучены и довольно широко используются». Использование пьезокерамических элементов в разностном включении для обеспечения дальней пассивной гидроакустической локации оказалось несостоятельной задачей. Система из двух разнесенных чувствительных элементов в разностном включении требует высокой их идентичности. Это приведено в книге доктора физико-математических наук Валерия Гордиенко «Векторно-фазовые методы в акустике». Гордиенко не приводит в полной мере характеристик векторных приемников и лишь свидетельствует о высоком уровне шумов в их низкочастотной области. Степень компенсации составляет 10 дБ. Аттестации эти приемники не подлежат из-за зависимости от условий эксплуатации. Так что довод эксперта в части «хорошего изучения и довольно широкого использования» известных дифференциальных приемников несостоятелен.
Единственный довод – «применение разработанного приемника давления в системах обнаружения использующих многоэлементные антенные решетки нецелесообразно» – может быть принят во внимание. Поскольку преобразователь обладает антенными свойствами, неразумно его использовать в многоэлементных антеннах. Целесообразней озаботиться обеспечением узконаправленного приема.
Тезис эксперта «Датчики давления, использующие оптический способ преобразования, активно разрабатывались в Советском Союзе и за рубежом в 70–80-х годах прошлого века, но широкого применения не получили» легко опровергается.
Эти разработки в России были прекращены в 1990 году в результате отсутствия приемлемых технических решений (разработчики – ЦНИИ «Морфизприбор» и НПО «Волна»). Однако такие разработки в интересах гидроакустики поддерживаются с 1979 года Управлением военно-морских разработок (ONR) ВМС США. Материалы разработок представлялись на сайте Научно-исследовательской лаборатории (NRL) ВМС США до 2000 года. Далее в открытой периодике ВМС США разработки не просматриваются. Наверное, они приняли разумные меры во избежание утечки информации.
Зачем «щука» в море
Сегодня концепция вытеснения России с морского театра действий странами НАТО просматривается даже невооруженным глазом. Видать, специалисты ONR нашли самое уязвимое место в обороне России – низкую дальность обнаружения пассивных ГАС подводных лодок ВМФ РФ. Именно успехи вероятного противника в гидроакустике приводят к вытеснению подводного флота России с океанских просторов. Лет пять тому назад в интервью представитель штаба ВМФ России поведал, что подводным лодкам запрещено находиться на глубинах более 150 м. Дескать, в прибрежных водах, в шхерах и узкостях наши ПЛ вероятный противник не обнаружит.
В статье «Гидроакустическое вооружение и системы боевого управления подводных лодок зарубежных ВМС», опубликованной в журнале «Радиоэлектронные технологии» № 4 за 2015 год, авторы Владимир Никитин, Феликс Сагайдаков, Вера Шифрина привели ряд важных тезисов. Первенство в создании комплексов РЭВ принадлежит гидроакустическим средствам освещения подводной обстановки, обнаружения вероятного противника и целеуказания оружию. В современных условиях все большее значение приобретает борьба с ПЛ в прибрежных мелководных районах, зонах континентального шельфа. Для ГАС эта среда крайне неблагоприятна вследствие ограниченных возможностей прямого распространения сигналов, множества источников отражений и естественных помех.
Значительные разработки проводятся в области низкочастотных акустико-оптических устройств с созданием на их основе перспективных буксируемых линейных и конформных антенных решеток с широкой апертурой. Реализовано адаптивное формирование диаграммы направленности с использованием специализированного цифрового оборудования. Программно-аппаратные средства обеспечивают предварительную обработку принятых сигналов в полосе частот 10–480 Гц. На атомной ПЛ «Вирджиния» устанавливается облегченная модификация ГАС AN/BQG c волоконно-оптическими гидрофонами лазерного возбуждения.
Дальнейшим развитием широкоапертурных антенн может быть использование в них керамических или волоконно-оптических датчиков колебательной скорости взамен используемых в настоящее время датчиков давления.
Какие выводы следует сделать из приведенных выдержек?
Основной задачей ONR является вытеснение подводных сил вероятного противника с морского театра действий на прибрежные участки шельфа. В эту задачу входит поиск методов и средств для окончательного вытеснения и блокирования российских ПЛ в мелководных районах. ONR осведомлено о низкой дальности обнаружения ГАК российских ПЛ. Основной интерес для ВМС США – преобразование сигналов в низкочастотной области спектра. Использование пьезокерамических датчиков имеет ограничения по нижним частотам преобразования. Разработка волоконно-оптических датчиков, не имеющих ограничений в области низких частот, находится в стадии завершения.
Именно за счет компенсации шумов природного и техногенного происхождения можно обеспечить дальнее обнаружение объектов. Эксперт полагает, что это моя ошибка. Однако именно эта задача решается лабораторией NRL ВМС США. Эту же задачу предстоит решить и отечественным гидроакустикам. В противном случае обеспечить дальнее обнаружение объектов невозможно. Именно этой задачей занимались Виктор Курышев и братья Лексины. Правда, для этого они использовали сигналы штатной ГАС, имеющие существенную зависимость от изменений эксплуатационных и климатических факторов.
Очевидно, «эксперт» ФГУП «НИИПА» по роду деятельности находится за пределами решения проблем гидроакустики и представить полноценных доказательств в обоснование своего заключения не в состоянии. На основании заключения эксперта, не отвечающего задаче объективного рассмотрения вопроса, не вдаваясь в смысл и содержания, руководство ГУНИД приняло решение о нецелесообразности переписки.
Иллюзии и реальность
Действительно, волоконно-оптические датчики лазерного возбуждения, согласно принятой классификации, можно отнести к классу датчиков колебательной скорости. Именно в этих датчиках осуществляется способ разностного преобразования сигналов. Эти датчики не имеют ограничений по частоте преобразования и обладают эффектом компенсации синфазных сигналов. На эту особенность автор обратил внимание начальника НИС«Морфизприбора» в конце 80-х годов. И каков результат? Решения не нашли, тематику прикрыли.
Первым на необходимость разработок датчиков колебательной скорости откликнулся Курышев. Затем братья Лексины. Кстати, они отмечают, что на работу их приставки существенное влияние оказывает гидрологическая обстановка. Проблема гидроакустики не в обработке информации, а в ее качественном первичном преобразовании.
Затем автор статьи «Ни мрака, ни тишины» заверил читателей, что проблема хорошо изучена, разработана программа «Гидроакустика-2020», обеспечено финансирование в объеме 48 млн руб., организована рабочая группа из 30 специалистов. Уважаемый автор этой статьи видит решение проблем гидроакустики в применении «оптимальных и адаптивных методов обработки гидроакустических сигналов» и использовании патента на изобретение. Согласно изобретению, если попарно включить элементы антенн левого и правого борта в разностном включении, можно уменьшить структурную помеху от собственных шумов подводной лодки.
Мнение бывшего члена Научного совета по комплексной проблеме «Гидрофизика» РАН Михаила Волженского (ныне покойного): «Работы по векторно-фазовому приему в России проводились и проводятся в течение последних 40 лет. Видимо, проблема в том, что результаты исследований неустойчивы или малоприменимы для практического использования. Авторы этой затеи не учитывают, что при низкой идентичности приемных элементов вся система из разностно включенных элементов захлебнется в собственных шумах. И сколько можно наступать на грабли, правда, за казенный счет?»
Затея «Электроприбора» заняться разработками волоконно-оптических датчиков вряд ли принесет быстрый успех. На решение этой задачи у NRL ВМС США ушло 35 лет. В настоящее время руководство «Электроприбора» озабочено вопросом охраны рубежей Арктики. Этот вопрос активно прорабатывается и руководителем оборонного направления НИИ «Атолл» Сергеем Жандаровым. Береговая линия Арктики составляет 20 тыс. км. На Арктическом шельфе предлагается установить сеть ГАС на дистанции 10 км. Каждая станция длиной 100 м удерживается на дне якорями весом в 60 т.
Почему на расстоянии 10 км? Очевидно, эта дистанция ограничивается дальностью обнаружения стационарными ГАС. По мнению Волженского, современные малошумные подводные объекты создают столь малый сигнал, что он естественно затухает в морской воде на расстоянии нескольких километров. Соответственно и обнаружение малошумного подводного объекта самым продвинутым гидроакустическим комплексом физически будет составлять единицы километров.
Трудно согласиться с этим мнением. Объект размером в трехэтажный дом движется под водой со скоростью 40 км/ч, тащит за собой большой объем воды. В этой спутной волне содержится полная информация о всех параметрах движения объекта. На прохождение этой волны в воде существенное влияние оказывает гидрологическая обстановка, наличие шумов естественного и природного происхождения. Весь суммарный спектр воздействий находится на входе гидрофона. Можно ли выделить полезный сигнал на входе преобразователя? Не только можно, но и необходимо делать. Каким образом? Компенсировать влияние помех и шумов. Единственная возможность для этого – использовать оптический разностный способ преобразования. И кто из гидроакустической промышленности озабочен этим вопросом? Пока что никто!
Представитель Фонда перспективных разработок в телефонном разговоре со мной категорически отверг обеспечение разработок в ФПИ. Дескать, эта разработка в интересах МО РФ, пусть там и занимаются.
В ответном письме заместитель начальника ГУНИД затребовал от автора представить (очевидно, на безвозмездной основе) полный пакет документов, раскрывающих суть предложений, иначе ГУНИД не в состоянии выработать экспертного заключения. Разработки разностного метода являются интеллектуальной собственностью автора. Представленные материалы отражают необходимость перехода от абсолютного к разностному способу преобразования. А этот переход требует изменения стереотипа мышления.
В старые меха молодое вино не наливают
Предложения автора начальником отдела гидроакустических преобразователей «Океанприбора» было отвергнуто. Дескать, они самостоятельно должны заниматься этим вопросом. А чем нынче озабочен «Океанприбор»? Они совместно с ФПИ затеяли реализацию проекта по разработке гидроакустических преобразователей на базе полимерных пленок. Оказывается, изоляция фольги в бумажных конденсаторах заменена на полимерную пленку. Пленка обладает пьезоэффектом. Если эту пленку подвергнуть статическому напряжению, то пьезоэффект может быть увеличен. Проект рассчитан на три года. А то, что на работу таких преобразователей будет оказывать влияние изменение статического давления и температуры – пока никого не волнует.
На обращение к директору «Электроприбора» Владимиру Пешехонову о проведении совместных разработок ответа не было. При телефонном контакте представитель «Электроприбора» заявил, что при необходимости они купят аналогичный прибор с выставки с целью последующего тиражирования на своем предприятии. Очевидно, именно эта практика считается прогрессивной при освоении новой техники.
Интересно проследить прохождение материалов во ФГУП «Всероссийский научно-исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измерений» (ВНИИФТРИ), в головной организации Росстандарта в области гидроакустических измерений в 2011 году. Автор попытался заинтересовать сотрудников ЦНИИ Крылова в разработке преобразователя. При испытаниях на частоте 5 Гц оказалось, что преобразователь существенно превосходит по чувствительности контрольный гидрофон. Был проявлен интерес к использованию преобразователя для решения задач ЦНИИ Крылова. Однако они могут работать только с лицензированными предприятиями. Рекомендовано было обратиться во ВНИИФТРИ. По запросу начальника отдела преобразователей были направлены пояснительные материалы. На эти материалы был получен устный ответ: «Нет потребности». На письменный запрос в адрес начальника управления метрологии в отношении зависимости преобразователей от изменений условий эксплуатации был получен ответ, что зависимости от изменений статического давления и температуры должны учитываться потребителем как поправки. На повторный запрос о целесообразности компенсации пороков известных преобразователей был получен аналогичный ответ с карандашной пометкой: «Простите за ошибку, допущенную в первом письме». Затем дело и стало. Ошибки надо исправлять, а не фиксировать.
Разработка разностного способа преобразования требует пересмотра базовых положений преобразования и обработки информации, внедрения новых технологий, использования материалов и конструктивных элементов с заведомо стабильными характеристиками. Разностное преобразование в корне отличается от известного амплитудного способа преобразования, и для его освоения необходимы научно-техническая база, современное производство и контингент молодых специалистов, ориентированных на решение задач в закрытом режиме. Только в этих условиях можно обеспечить изменение стереотипа мышления, выйти из кризисной ситуации в области преобразования информации, повысить обороноспособность, обеспечить развитие передовых отраслей науки и техники, занять достойное место на рынке приборостроения. Разностный способ преобразования является прорывным и наиболее целесообразным направлением научных исследований и разработок. И кому, как не руководству Министерства обороны, озаботиться организацией решения этого вопроса?
Борис Воронков
