Ηχοσημαντήρας

Ηχοσημαντήρας (sonobuoy - σύμμειξη των λέξεων sonar και buoy (σημαντήρας)) είναι ένα σχετικά μικρό (συνήθως 5 ίντσες/13 εκατοστά σε διάμετρο και 3 πόδια/91 εκατοστά σε μήκος) αναλώσιμο σύστημα σόναρ το οποίο ρίπτεται από αεροσκάφη ή ελικόπτερα του ναυτικού που συμμετέχουν σε ανθυποβρυχιακές επιχειρήσεις ή σε υδροακουστικές έρευνες.

Θεωρία Λειτουργίας 

Οι ηχοσημαντήρες εκτινάσσονται από αεροσκάφη μέσα σε κουτιά και αναπτύσσονται κατά την κρούση με το νερό. Ένας φουσκωτός πλωτήρας με ραδιοπομπό παραμένει στην επιφάνεια για την επικοινωνία με το αεροσκάφος, ενώ, συγχρόνως, ένα ή περισσότερα υδρόφώνα και εξοπλισμός σταθεροποίησης κατεβαίνουν κάτω από την επιφάνεια σε ένα επιλεγμένο βάθος το οποίο είναι ευμετάβλητο, ανάλογα με τις περιβαλλοντικές συνθήκες και τον τρόπο αναζήτησης. Ο σημαντήρας μεταβιβάζει ακουστικές πληροφορίες από τα υδρόφωνά του μέσω ραδιοκυμάτων UHF/VHF στους χειριστές που βρίσκονται στο αεροσκάφος.

Ιστορία: Ερευνώντας Τις Θάλασσες 

Με την τεχνολογική βελτίωση των υποβρυχίων στις σύγχρονες πολεμικές συγκρούσεις, γεννήθηκε και η ανάγκη για ένα αποτελεσματικό σύστημα εντοπισμού τους. Το Σύστημα Ηχητικής Πλοήγησης και Εντοπισμού (Sound Navigation And Ranging - SONAR) αναπτύχθηκε αρχικά από τους Βρετανούς, οι οποίοι το ονόμασαν ASDIC, κατά τις τελευταίες ημέρες του Α΄ Παγκοσμίου Πολέμου. Εκείνο τον καιρό, ο μόνος τρόπος για την ανίχνευση υποβρυχίων ήταν είτε ηχητικά ακούγοντας γι' αυτά (παθητικό σόναρ), είτε οπτικά, κατά τύχη, όταν αναδύονταν στην επιφάνεια για να επαναφορτίσουν τις μπαταρίες τους ή από μαζικές εναέριες περιπολίες αργοκίνητων αεροπλοίων και διπλάνων. Το σόναρ είχε εξαιρετικά περιορισμένη χρήση και δοκιμάστηκε ως επί το πλείστον στον Ατλαντικό Ωκεανό με λίγους αξιωματικούς του ναυτικού να διακρίνουν κάποιο προσόν του συστήματος. Με το τέλος του Α΄ Παγκοσμίου Πολέμου ήρθε το και τέλος για σοβαρή ανάπτυξη του σόναρ στις ΗΠΑ, γεγονός το οποίο έμελλε να είναι μοιραίο στις πρώτες μέρες του Β΄ Παγκοσμίου Πολέμου. Ωστόσο, σημαντική ανάπτυξη του ASDIC έλαβε χώρα στο Ηνωμένο Βασίλειο, συμπεριλαμβανομένης της ενσωμάτωσής του με πίνακα σχεδίασης και όπλο.

Οι μαινόμενες αγέλες των γερμανικών υποβρυχίων (U-boats) στο Β΄ Παγκόσμιο Πόλεμο κατέστησαν την ανάγκη για ανάπτυξη του σόναρ προτεραιότητα. Με εκατομμύρια τόνους βυθισμένων εμπορευμάτων και πλοίων στον Ατλαντικό, υπήρξε η ανάγκη για τον εντοπισμό των υποβρυχίων, έτσι ώστε να είναι δυνατή η βύθισή τους ή εμπόδισή τους να επιτεθούν. Ως εκ τούτου, το σόναρ εγκαταστάθηκε σε έναν αριθμό πλοίων, μαζί με ραντάρ για την ανίχνευση υποβρυχίων στην επιφάνεια της θάλασσας. Παρ'όλο που το σόναρ ήταν ένα πρωτόγονο σύστημα, συνεχώς βελτιωνόταν.

Οι σύγχρονες ανθυποβρυχιακές πολεμικές τακτικές γεννήθηκαν και εξελίχθησαν από τη διέλευση νηοπομπών μέσω εχθρικών υδάτων κατά την περίοδο του Β΄ Παγκοσμίου Πολέμου. Ήταν επιτακτική η ανάγκη τα υποβρύχια να εντοπίζονται και να εξουδετερώνονται πολύ πριν ο στόλος καταλήξει εντός του εύρους μιας επίθεσης. Ανίχνευση υποβρυχίων βασισμένη σε αεροσκάφη ήταν η προφανής λύση. Η ωρίμανση της ασύρματης επικοινωνίας και της τεχνολογίας σόναρ επέτρεψε το συνδυασμό ενός μορφομετατροπέα σόναρ, μπαταριών, ενός ραδιοπομπού και μιας μαστιγωτής κεραίας, μέσα σε ένα αυτοτελή πλωτό (ηχο)σημαντήρα με δυνατότητα ρίψης από αεροπλάνο. Η πρόοδος στην τεχνολογία των ηχοσημαντήρων, θα μπορούσε να ισχυριστεί κανείς, οδήγησε εν τέλει στην ανάπτυξη ολόκληρων κατηγοριών αεροσκαφών (όπως το P-2 Neptune, S-2 Tracker, S-3B Viking και P-3 Orion) και στην περαιτέρω εξέλιξη των ανθυποβρυχιακών πολεμικών επιχειρήσεων (anti-submarine warfare - ASW).

Πρώιμοι ηχοσημαντήρες είχαν περιορισμένη εμβέλεια, περιορισμένη διάρκεια ζωής της μπαταρίας και κατακλύζονταν από το θόρυβο του ωκεανού. Εμφανίστηκαν για πρώτη φορά προς το τέλος του Β΄ Παγκοσμίου Πολέμου αλλά είναι αμφίβολο ότι μπήκαν σε επιχειρησιακή χρήση μέχρι τον Ψυχρό Πόλεμο. Ένας ακόμη περιορισμός τους ήταν ότι η διάκριση μεταξύ των τεχνητών θορύβων και των ήχων από το ωκεάνιο υπόβαθρο βασιζόταν στην ανθρώπινη ακοή. Ωστόσο, υπήρχαν οι ενδείξεις ότι η τεχνολογία είναι βιώσιμη. Με την κατασκευή, λοιπόν, καλύτερων υδροφώνων, την εμφάνιση των τρανζίστορ και την ανάπτυξη της μικροσκοπικοποίησης (miniaturization), καθώς και η συνειδητοποίηση ότι οι ήχοι πολύ χαμηλής συχνότητας είναι σημαντικοί, πιο αποτελεσματικοί ακουστικοί αισθητήρες κατασκευάστηκαν. Ως εκ τούτου, το μέγεθος ενός ηχοσημαντήρα μίκρυνε από έξι πόδια ύψος και δύο πόδια διάμετρο και έχει, σήμερα, διαμορφωθεί σε ένα συνεπτυγμένο σύνολο ηλεκτρονικών.

Είδη Ηχοσημαντήρων 

Οι ηχοσημαντήρες ταξινομούνται σε τρεις κατηγορίες: ενεργητικοί, παθητικοί και ειδικού σκοπού.

Οι ενεργοί ηχοσημαντήρες εκπέμπουν ηχητική ενέργεια (π.χ. "pings") μέσα στο νερό και περιμένουν να ακούσουν την επιστρεφόμενη ηχώ προτού μεταδόσουν οποιαδήποτε πληροφορία, συνήθως  απόστασης και διόπτευσης, μέσω ραδιοκυμάτων UHF/VHF στο πλοίο ή αεροσκάφος που παρακολουθεί.
Οι παθητικοί ηχοσημαντήρες δεν εκπέμπουν τίποτα μέσα στο νερό, αλλά μόνο ακούν, περιμένοντας να φθάσουν στο υδρόφωνο μηχανικά παραχθέντα ηχητικά κύματα (όπως, για παράδειγμα, της ηλεκτρογεννήτριας, του έλικα, μιας πόρτας να κλείνει ή άλλους θορύβους) από πλοία ή υποβρύχια, ή άλλα ενδιαφέροντα ακουστικά σήματα, και στη συνέχεια μεταδίδονται μέσω UHF/VHF πίσω στο πλοίο ή στο αεροσκάφος  που διενεργεί την παρακολούθηση.
Οι ειδικού σκοπού ηχοσημαντήρες μεταβιβάζουν διαφόρων τύπων ωκεανογραφικά δεδομένα σε ένα πλοίο, αεροσκάφος ή δορυφόρο. Υπάρχουν τρεις τύποι ηχοσημαντήρων ειδικού σκοπού που είναι σε χρήση σήμερα. Αυτοί οι ηχοσημαντήρες δεν έχουν σχεδιαστεί για χρήση σε ανίχνευση ή εντοπισμό υποβρυχίων.
BT — Ο βαθυθερμοσημαντήρας (bathythermobuoy - BT) μεταβιβάζει ενδείξεις βαθυθερμογραφικές ή αλατότητας, ή και τις δύο, σε διάφορα βάθη.
SAR — Ο σημαντήρας έρευνας και διάσωσης (search and rescue - SAR) έχει σχεδιαστεί για να λειτουργεί ως πλωτός φάρος ραδιοσυχνοτήτων (RF). Ως εκ τούτου, χρησιμοποιείται για να βοηθήσει στην επισήμανση του τόπου μιας συντριβής αεροσκάφους, ενός βυθισμένου πλοίου, ή επιζώντων στη θάλασσα.
ATAC/DLC — Ηχοσημαντήρες αερομετακομίσιμης επικονωνίας (air transportable communication - ATAC) και ηχοσημαντήρες επικοινωνίας καθοδικής ζεύξεως (down-link communication - DLC) , όπως το UQC ή «Γερτρούδη», προορίζονται για χρήση ως μέσο επικοινωνίας μεταξύ ενός αεροσκάφους και ενός υποβρυχίου, ή μεταξύ ενός πλοίου και ενός υποβρυχίου.

Αυτές οι πληροφορίες από τους ηχοσημαντήρες αναλύονται και ερμηνεύονται από υπολογιστές, ακουστικούς χειριστές και τακτικούς συντονιστές (tactical coordinators - TACCOs). Κάθε θόρυβος που κάνει ένα υποβρύχιο είναι και ένα άγγελμα θανάτου, γι' αυτό και πολύ λίγα υποβρύχια είναι "ομιλητικά".

Ενεργοί και παθητικοί ηχοσημαντήρες μπορεί να απλώνονται σε μεγάλες εκτάσεις ή σε εμπόδια για γίνει η αρχική ανίχνευση. Μετέπειτα, ενεργοί ηχοσημαντήρες μπορούν  να χρησιμοποιηθούν για τον καθορισμό της ακριβής τοποθεσίας. Εν τω μεταξύ, παθητικοί ηχοσημαντήρες μπορούν επίσης να τοποθετηθούν στην επιφάνεια με συστηματικό τρόπο και σε προκαθορισμένους σχηματισμούς έτσι ώστε να επιτευχθεί ο ακριβής προσδιορισμός της τοποθεσίας με τη μέθοδο του τριγωνισμού. Πολλά αεροσκάφη ή πλοία παρακολουθούν τους ηχοσημαντήρες είτε παθητικά ακούγοντας μόνο είτε ενεργητικά πραγματοποιώντας μεταδόσεις, έτσι ώστε το υποβρύχιο να οδηγηθεί στο δίχτυ από σόναρ που έχει στηθεί. Μερικές φορές το σχέδιο με το οποίο έχουν τοποθετηθεί οι ηχοσημαντήρες έχει τη μορφή ενός πλέγματος ή άλλου στοιχισμένου σχηματισμού και πολύπλοκη επεξεργασία σήματος με διαμόρφωση ακτινοβολίας (beamforming) χρησιμοποιείται για να ξεπεραστούν οι δυνατότητες του περιορισμένου αριθμού υδροφώνων.

Βιβλιογραφία 
Σάγος Γεώργιος, "Εισαγωγή στην υδροακουστική και στην τεχνολογία Sonar", Μέρος ΙΙ, Κεφ.7 , Εκδόσεις Παπασωτηρίου, Αθήνα 2019, ISBN 978-960-491-133-2

Παραπομπές

Εξωτερικοί σύνδεσμοι 
Sparton Sonobuoys
Ultra Electronics - USSI  
Ultra Electronics - Συστήματα Σόναρ
Ultra Electronics - Συστήματα Flightline 
Sonobuoy TechSystems 
Πρώιμη ανάπτυξη ηχοσημαντήρων από την Επιτροπή Ερευνών του υπουργείου Εθνικής Άμυνας των ΗΠΑ (NDRC - National Defense Research Committee)
WWII Radio sonobuoy in Naval Sonar Ch. 16
Ηχοσημαντήρας AN/CRT-1A
Γραφική απεικόνιση του ηχοσημαντήρα AN/CRT-1A

Ακουστική
Ναυτική αεροπορία
Ναυτικός πόλεμος