Sonar
Co je to sonar?
Sonar je z anglického sousloví Sound Navigation And Ranging, coz znamená zvuková navigace a zaměřování. Je to zařízení na principu radaru, které místo rádiových vln používá ultrazvuk. Používá se především pod vodou (ponorkami), protože rádiové vlny mají pod vodou výrazně menší dosah než na souši a zvuk naopak větší. Velmi významné použití dostaly sonary také ve zdravotnictví jakožto jedna z neinvazivních vyšetřovacích metod. Zdravotnické sonografy slouží při vyšetřování plodů a nenarozených dětí u těhotných žen, dále též v interním lékařství. Sonar je jediným přístrojem, kterým lze zjišťovat přítomnost ponořených ponorek a mimo periskopovou hloubku i hladinových plavidel. Sonar je tedy nejdůležitějším senzorem na palubách ponorek, zejména útočných. Ke zjišťováních zvukových signálů pod hladinou používají ponorky tři druhy zařízení, hydrofony, projektory a transduktory. základní terminologie Přírodní verzí sonaru je echolokace netopýrů a kytovců.
Historie sonaru
Obr. 1: Sonar screensaver První pasivní sonar vymyslel Lewis Nixon v roce 1906. Byl to způsob, jak odhalit ledovce.Tvořily ho mikrofony vlečené za loděmi. Dva roky poté Během 1. Světové války se vytvořila potřeba odhalovat ponorky a zájem o toto zařízení se zvýšil.V roce 1915 francouzský fyzik Paul Langevin spolu s elektrotechnikem a ruským emigrantem, Constantinem Chilowskim, vymysleli první aktivní sonar. Anti-Submarine Detection Investigation Device ( (ASDIC) - aktivní sonar, který vymyslel fyzik Robert boil byl využit na zjišťování německých ponorek. Ten byl zejména ve druhé polovině 2.světové války zdokonalen a významně ovlivnil průběh bitvy o Atlantik.Dnešní moderní sonar je komplexní a vysoce citlivý elektronický systém, schopný lokalizovat lodě a ponorky podle zvuku, který vydávají. Zvukové signály jsou zjišťovány v širokopásmových i úzkopásmových frekvencích, které vydávají všechny kontakty. Širokopásmové kontakty slouží k detekci kontaktu a poskytují i limitované informace o vzdálenosti odvozené od síly signálu. Úzkopásmové sonary eliminují hluky, které jsou příjmány na ostatních frekvencích a jsou schopné detekovat specifické frekvence na delší vzdálenosti než širokopásmové příjmače. Úzkopásmové signály poskytují další velmi důležité informace o kontaktu. Podle těchto signálů, které je možné přirovnat k jakýmsi „zvukovým podpisům“, je možné kontakt identifikovat. V podstatě Existují dva typy sonarů, aktivní a pasivní.
Aktivní sonar
Aktivní sonary využívají vysokoenergetického ultrazvukového impulzu vyslaného z ponorky, jež se šíří volně do prostoru. V případě, že tento vyslaný impulz narazí na překážku, pak se od ní odrazí a pokud "má ještě dost síly", vrátí se zpět k sonarům ponorky, kde se z času od jeho vyslání a přijmutí a směru přijetí spočítá velmi přesně vzdálenost a směr cizího podmořského plavidla, případně překážek (zanořených ledových ker, podmořské hory,...). Aktivní sonar může pracovat ve středních vlnových délkách, které jsou určeny k detekci cílů a jsou využívány k přesnému zaměření cíle před střelbou. Naproti tomu vysokofrekvenční pásmo je určené k detekci min a podhladinových ledových útvarů, neboť je sonar pracující v tomto pásmu schopný detekovat malé cíle a navíc má krátký dosah a sonarový hluk se rychle utlumí, aby se tak nedostal k "nežádáným" hydrofonům.
Pasivní sonar
Pasivní sonary jsou jakýmsi odposlechovým zařízením, jež sleduje všechny zvuky v okolí ponorky a je schopné je analyzovat. Moderní pasivní sonary jsou schopné zachytit cíl na několik námořních mil a určit směr k němu a případně i jeho kurs, avšak vzdálenost k němu se odhaduje velmi obtížně a hlavně zpočátku po jeho zachycení je prakticky neznámá.
Nedostatky sonarů
Sonary jsou samozřejmě značně limitovány svou fyzikální podstatou a přirozeným prostředím, v němž se využívají. Nejstarším přítelem i protivníkem ponorek jsou mělčiny, které jsou domovem spoustě mořských živočichů a rostlin. Tito vydávají různé zvuky jež se mísí a násobí odrážením ode dna a znemožnují solidní odposlech okolí. Zároveň však kryjí ponorku samou, nebot její hluk je těmito zvuky překrýván. Zvuk je ve vodě utlumován i když není rušen okolními podmínkami.
Různé zdroje Zdroj Hladina hluku na frekvencích 20 - 1,000Hz přírodní zdroje Podmořské zemětřesení 272dB Erupce podmořské sopky 255dB+ Úder blesku na hladinu 250dB Plejtvák obrovský 190dB(prům.145-172dB) Lidské činnosti Přístroje sizmologického průzkumu 212-230dB Vrtné věže 185dB Podmořské bagrování 185dB Přepravní loď 198dB Supertanker 190dB Nedlouho po vzniku sonarové techniky se přišlo na to, že vlivem mořských proudů vznikají ve vodě vrstvy s různou teplotou. Rozhraní těchto vrstev má sníženou akustickou prostupnost a často dochází k odrazu při šíření zvuku vodou. Může se tedy stát, že ponorka či plavidlo nezachytí cizí ponorku i když je velmi blízko, nebot ta je skrytá v jiné vrstvě. Dnes je již vyvinuta řada hlavně aktivních sonarů pro hladinová plavidla, jež pracují s různými frekvencemi a v kombinaci s dobrou znalostí teplotních podmínek vody dokáží v omezené míře prozkoumávat prostor pod hladinou i za takovýchto obtížných podmínek. S postupným širším využíváním arktických vod se přišlo na další omezení sonarů - v některých mořích je moře i pod hladinou naplněno volně se vznášejícími zmrzlými částicemi, které matou sonary natolik, že se stávají prakticky nepoužitelnými. I použití aktivního sonaru způsobí na jeho obrazovce něco, co se dá nazvat "hra stínů". Konečně posledním omezení sonarů způsobuje zvýšená rychlost ponorky, kdy trup obtékající voda způsobuje hluk, jež silně znesnadnuje odposlech oceánu. Při velkých rychlostech je pak ponorka prakticky "slepá".
Základní terminologie
- Hydrofon: slouží k naslouchání zvuků
- Projektor: slouží k šíření zvuků
- Transduktor: slouží jak k šíření, tak i k naslouchání zvuků
Pokud budete chtít vědět více: