Jak świecący plankton może pomagać w wykrywaniu okrętów podwodnych

Wyścig miecza i tarczy ciągle trwa i owocuje coraz to nowszymi pomysłami na wykrywanie zanurzonych jednostek. Śmiałą wizję, jak można ulepszyć wykrywanie coraz cichszych okrętów podwodnych, przedstawili w magazynie Proceedings kontradmirał w stanie spoczynku Thomas Q. Donaldson V i komandor porucznik Rob Brodie.

Zaprezentowali oni wizję, w której w wykrywaniu zanurzonych okrętów podwodnych pomaga siłom ZOP matka natura, a konkretnie – fitoplankton o właściwościach bioluminescencyjnych. Bioluminescencja to zdolność do emisji światła przez organizmy żywe, będąca wynikiem reakcji chemicznych, podczas których energia chemiczna zamieniana jest w energię świetlną. Plankton świeci, gdy woda wokół niego zostaje wzburzona i zmieniają się oddziałujące na niego siły hydrodynamiczne. W rozważanym scenariuszu za wzburzenie wody odpowiadałby przepływający w pobliżu okręt podwodny.

Oceanografowie badają plankton bioluminescencyjny od ponad czterech dekad. Szacuje się, że trzy czwarte biomasy światowego wszechoceanu ma właściwości bioluminescencyjne. Aktywność tej biomasy zmienia się w rytmie dobowym. W nocy plankton kieruje się ku powierzchni, co stwarza możliwość wykrycia okrętów podwodnych na różnych głębokościach na dużej części wszechoceanu. Ale chociaż występuje on dosyć powszechnie, nie jest obecny wszędzie. Marynarka wojenna musiałaby wykonać szczegółowe badana na temat występowania planktonu na interesujących ją obszarach i tylko tam angażować nowe środku wykrywania okrętów podwodnych.

Wykorzystanie tego efektu nie jest niczym nowym. Już w czasie drugiej wojny światowej dowódcy U-Bootów operujących u wybrzeży Ameryki Północnej ostrzegali przed tym zjawiskiem, pojawiającym się, gdy wysunięty peryskop lub działo powodowały zawirowania wody, co ułatwiało samolotom i niszczycielom dostrzeżenie okrętu podwodnego. W dzisiejszych czasach nowość polegałaby na zastąpieniu obserwatorów przez zaawansowane przyrządy optyczne działające przy szczątkowym świetle zainstalowane na niewielkich bezzałogowych statkach powietrznych działających w ramach roju i zastosowaniu zaawansowanych algorytmów analizujących otrzymywane obrazy.

Wszystkie trzy rozwiązania techniczne są już w użyciu (i to nie tylko wojskowym) lub w zaawansowanej fazie rozwoju. Przykładowo kamery światła szczątkowego są używane między innymi przez hobbystów do astrofotografii. Z kolei Raytheon pracuje nad wykorzystaniem bezzałogowców działających w roju w ramach programu Low-Cost UAV Swarming Technology (LOCUST) finansowanego przez Biuro Badań Marynarki Wojennej. W programie badawczym jest wykorzystywana zmodyfikowana wersja amunicji Coyote. Sam efekt bioluminescencyjny jest również od kilku lat badany przez koncern Northrop Grumman.

W opinii autorów analizy kamery światła szczątkowego powinny być zainstalowane na wszystkich – załogowych i bezzałogowych – statkach powietrznych wykorzystywanych w misjach zwalczania okrętów podwodnych. Powinny się one wzajemnie uzupełniać, tworząc wielowarstwowy system wykrywania wspomagany algorytmami uczenia maszynowego, które odpowiadałyby za wstępną analizę otrzymywanych obrazów i odciążały operatorów. W najniższej warstwie operowałyby śmigłowce, w warstwie pośredniej bezzałogowe statki powietrzne, a najwyżej – morskie samoloty wielozadaniowe P-8 Poseidon.

Z powodu ograniczonego pola widzenia czujników wykorzystujących światło szczątkowe ich zastosowanie do rutynowego patrolowania otwartego oceanu byłoby niecelowe. Zamiast tego powinny być używane w określonych sytuacjach taktycznych do ochrony okrętów nawodnych.

Załogi okrętów nawodnych w celu zmylenia okrętów podwodnych wykonują manewry, stosują akustyczne cele pozorowane i ograniczają wszelkie emisje sygnałów z urządzeń pokładowych dla zaciemnienia obrazu sytuacji taktycznej na okręcie podwodnym. W takiej sytuacji okręt podwodny często wychodzi na mniejszą głębokość dla uzyskania lepszych namiarów na cel. Wtedy staje się podatny na działanie efektu bioluminescencyjnego, któremu w żaden sposób nie może zapobiec. Właśnie w tej sytuacji dowódca okrętu nawodnego mógłby wydać rozkaz wysłania w powietrze roju kilkudziesięciu bezzałogowych systemów latających, które lecąc tyralierą, mogłyby obserwować pas o szerokości kilkunastu kilometrów.

Donaldson i Brodie sugerują, że pionierem w testowaniu opisanego rozwiązania mógłby być Korpus Piechoty Morskiej. Zgodnie z wizją komendanta, generała David Bergera, korpus miałby się włączyć w misję zwalczania okrętów podwodnych. Ma w tym swój interes. W końcu żaden dowódca nie chciałby, aby okręty podwodne posyłały na dno okręty desantowe z jego ludźmi i sprzętem. Wolny od sztywnych, wypracowywanych przez dekady zasad wykrywania okrętów podwodnych stosowanych w marynarce wojennej i otwarty na nowinki technologiczne, Korpus mógłby stać się polem doświadczalnym dla nowych idei.

Nie tylko bioluminescencja

Wykorzystanie właściwości bioluminescencyjnych planktonu to niejedyny pomysł na wykorzystanie sił natury w wykrywaniu okrętów podwodnych. Zajmująca się badaniami nad zaawansowaną techniką wojskową agencja DARPA prowadzi badania nad wybranymi gatunkami ryb, krewetek i planktonu, aby zorientować się, czy można je wykorzystać do wykrywania przepływających w pobliżu pojazdów bezzałogowych i okrętów podwodnych. Program zyskał miano Stałego Wodnego Żywego Sensora (Persistent Aquatic Living Sensor).

Przykładowo ryby z gatunku granik itajara wydają bardzo głośne, charakterystyczne dźwięki przypominające uderzenia w bęben basowy, a nazywane szczekaniem. Prawdopodobnie ryby wykorzystują te dźwięki do komunikacji i odstraszania wrogów. Jeśli przepływający okręt podwodny zdenerwuje granika, wywołując jego szczekanie, to chociaż sam okręt może być bardzo cichy, dźwięk jednej z najgłośniejszych ryb na świecie zostanie wychwycony przez stacje nasłuchowe, które mogą podnieść alarm.

Ponadto krewetki pistoletowe (pstrykające) zatrzaskują szczypce z dużą szybkością, tworząc bąbelek kawitacyjny, co generuje ciśnienie akustyczne o wartości 80 kilopaskali na dystansie 4 centymetrów od szczypiec i wywołuje dźwięk o wartości 218 decybeli. Czas zatrzaskiwania szczypiec jest krótszy niż jedna milisekunda. Dzięki tym efektom krewetki ogłuszają swoje ofiary. Służą one również do komunikacji z innymi przedstawicielami tego gatunku.

W czasie drugiej wojny światowej załogi amerykańskich okrętów podwodnych nauczyły się wykorzystywać kolonie krewetek do skrytego działania u wejść do japońskich portów. Badania obejmują analizę tła morskiego i wykorzystanie algorytmów uczenia maszynowego do stworzenia oprogramowania wyłapującego gwałtowne zmiany w zachowaniu morskiej fauny, które mogą być spowodowane pojawieniem się pojazdu podwodnego.

Autor: Maciej Hypś

Źródło: Konflikty.pl

Zapraszamy też na https://www.konflikty.pl/