В Китае разработали новый тип квантового сенсора для обнаружения подводных лодок

Китайские исследователи достигли прорыва в обнаружении подводных лодок, сообщает портал scmp.com. Они испытали в океане новый тип квантового сенсора, установленного на беспилотнике. Это решение должно быть не только дешевле западных аналогов, но и точнее.
Подводная лодка ВМС США класса «Вирджиния». Фото: ВМС США
В настоящее время для обнаружения подводных лодок используются два основных метода. Более известный из них — сонар (термин произошел от английской аббревиатуры SONAR — Sound Navigation And Ranging, то есть звуковая навигация и локация). Раздаются звуковые сигналы. Подобно радарам, они отражаются от объектов и возвращаются обратно. Таким образом, можно узнать, где находится вражеская подводная лодка.

Обнаружение колебаний магнитного поля Земли

Второй метод использует OPM (магнитометры с оптической накачкой). Эти датчики обнаруживают колебания магнитного поля Земли, вызванные металлическими объектами — в данном случае подводной лодкой. 

Одним из крупнейших поставщиков OPM является канадская компания CAE со своей системой MAD-XR.
OPM действуют в воздухе и могут быть запущены с самолетов, вертолетов и беспилотников. Сонар, с другой стороны, должен находиться в воде. Поэтому самолеты и вертолеты, используемые для борьбы с подводными лодками, имеют на борту гидроакустические буи, которые они сбрасывают при необходимости.

Однако количество буев ограничено и зависит от имеющегося места для хранения в самолете. Эти буи стоят дорого и часто не подлежат восстановлению после использования. Кроме того, двигательные установки современных подводных лодок становятся все более тихими и имеют специальные покрытия, подавляющие сигналы гидролокаторов.

Слепые зоны

Но даже у OPM есть слепые зоны, которые можно уменьшить только с помощью использования нескольких датчиков. Эти зоны (теневые сектора) особенно велики в низкоширотных районах, где магнитные силовые линии идут почти параллельно поверхности Земли. Именно к такому району относится Южно-Китайское море, которое находится между Китаем, Вьетнамом, Тайванем и Филиппинами.

Вот тут-то и вступает в действие новая технология китайских исследователей. Они называют свое изобретение атомным магнитометром с когерентным захватом популяции (CPTAM). Датчик использует эффект квантовой интерференции в атомах рубидия для измерения колебаний интенсивности энергии, исходящей от магнитных полей. Это создает 7 сигналов микроволнового резонанса, которые линейно коррелируют с напряженностью магнитного поля.

Чего это даёт? По словам исследователей, датчик работает во всех направлениях, независимо от ориентации и даже в водах низких широт. Точность в целом такая же, как у MAD-XR. 

«Однако MAD-XR слишком сложен и дорог, а также менее точен на низких широтах, что ограничивает его практическое применение», — говорит Ван Сюэфэн, который разработал CPTAM вместе с коллегами.

Дрон летит над поверхностью моря

Для проведения теста CPTAM был прикреплен к дрону-мультикоптеру. Длина тросов составляла 20 метров, чтобы минимизировать электромагнитные помехи от дрона. Для повышения точности системы данные были связаны с феррозондовым магнитометром на суше. Алгоритмы устранили шум и скомпенсировали суточные колебания магнитного поля Земли.
Исследователи провели испытания CPTAM над морем. Фото: CPTAM 
В результате получилась карта магнитного поля высокого разрешения на участке размером 400 x 300 метров, над которым пролетал дрон. Исследователи видят множество вариантов применения этой технологии. По их словам, CPTAM можно использовать для обнаружения нефтяных месторождений под морским дном, археологически значимых затонувших объектов и даже тектонических сдвигов.

Пока технология не испытана для использования в военных целях

Однако ученые понимают, что в настоящее время CPTAM в первую очередь актуален для китайской военной промышленности. Поэтому они несколько раз упоминают преимущество перед MAD-XR в своем исследовании. Они подчеркивают, что CPTAM стоит в разы меньше и обеспечивает лучшие результаты в водах низких широт.

Однако преимущество MAD-XR в том, что он используется уже много лет. CPTAM еще предстоит доказать в ходе испытаний в более жестких условиях, что он готов к использованию в военных целях.

Дроны против подводных лодок

Эта система будет особенно актуальна для Китая, если он осуществит свою угрозу и нападет на Тайвань. США заявили, что в случае китайского вторжения поддержат Тайвань.

Благодаря CPTAM Китай сможет осуществлять мониторинг моря с помощью сравнительно дешевых и небольших беспилотников. Эта система может создать плотную сеть, которая будет обнаруживать американские и тайваньские подводные лодки, а также подводные беспилотники-камикадзе в режиме реального времени. При обнаружении угрозы другой дрон может сбросить мини-торпеду. Поскольку местоположение противника можно определить точно, для борьбы с ним достаточно торпеды малой дальности.

Такая система из дронов может функционировать полуавтономно или даже полностью автономно. Тогда это будет летающая альтернатива морскому минному полю. Если подводная лодка попадает в сеть наблюдения, она автоматически подвергается атаке. Однако необходимо будет создать своего рода систему распознавания «свой-чужой», чтобы предотвратить нападения на собственные китайские подводные лодки.

Это можно сделать, например, путем создания базы данных возмущений магнитного поля китайских подводных лодок. Все, что не имеет сигнатуры магнитного поля, классифицированного как дружественное, будет атаковано.

Такая противолодочная война с использованием беспилотников была бы особенно актуальна для Китая в относительно мелководном Тайваньском проливе. Китай будет использовать пролив для переброски войск на главный остров Тайвань с помощью десантных кораблей. Большие и медленные корабли станут легкой целью для скрытных подводных лодок и подводных беспилотников ВМС США или вооруженных сил Тайваня.