Модульная полезная нагрузка перспективных подводных лодок ВМС США

Янв., 2023 автор asgaardia

В настоящее время для пуска оружия и средств противодействия на ПЛ используются ТА и специальные устройства, которые жестко регламентируют как калибр, так и боезапас оружия.

К перспективным ПЛ предъявляется требование адаптивности и «гибкости» датчиков и систем оружия применительно к решаемым задачам. Очевидно, что выполнение этого требования возможно путем использования модульной полезной нагрузки.

Промышленностью накоплен определенный опыт использования модульных технических систем и систем оружия. В частности, NASA использует космическую систему «Shuttle» с различными модулями, выбор которых определяется поставленными задачами. В мировой практике кораблестроения также используются принципы модульности.

Например, ВМС Дании строят головной «гибкий» корабль STANFLEX. Его конфигурация может изменяться посредством замены стандартизированного сменного модуля-контейнера с габаритами 3,505 х 2,987 х 2,499 м, содержащего различные виды оружия и соответствующего оборудования. Разрабатываются восемь модулей для выполнения конкретных заданий — разведки, нанесения ударов, ПЛО , минных постановок, гидрографических и океанографических исследований, ПМО, контроля загрязнений окружающей среды. Модули будут снабжены интерфейсами для подсоединения к выведенным на палубу устройствам корабельных систем. Выбор конкретного типа контейнера определяется текущей угрозой, особенностями окружающей среды, данными разведки и т. д.

ВМС США ведут программу стандартизации корабельных технических средств SSES (Ship System Engineering Standards), целью которой является унификация стандартов для УВП и 127-мм АУ. Единые стандарты для УВП MK-41 распространяются на ЭМ УРО типов «Arleigh Burke», «Spruance» и «Kidd», а также КР УРО типа «Ticonderoga».

Использование концепции модульной полезной нагрузки должно значительно повысить боевую эффективность ПЛ.
Это будет обеспечиваться размещением требуемых для выполнения конкретного задания датчиков и систем оружия в специальных модулях, находящихся в междубортном пространстве и имеющих соответствующие габариты и «начинку».
Модули полезной нагрузки не будут оказывать влияния на такие характеристики ПЛ, как мощность ЭУ, маневренность, скорость хода, а также скрытность.

При использовании концепции модульной полезной нагрузки тип и количество сменных модулей могут изменяться в зависимости от развития технологий, а также от характера угрозы.

Концепция ПЛ с модульной полезной нагрузкой предусматривает необходимость меж- дубортного пространства большого объема. Размещаемые в нем модули с оборудованием обеспечат выполнение различных задач при минимальном количестве стандартных интерфейсов для связи с ПЛ-носителем.

Такая нетрадиционная секция ПЛ, предназначенная для размещения нескольких сменных модулей, получила наименование «модуль интерфейса полезной нагрузки».

Вариант сменной полезной нагрузки с тремя модулями

Модуль интерфейса является «критическим» узлом концепции модульности, поскольку он представляет собой связь между нагрузкой и носителем. Модуль интерфейса будет включать стандартные соединительные элементы, в том числе силовую шину электропитания, порт обмена информацией (например, оптоэлектронный) и стандартизированную подсистему крепления и отсоединения модуля. Модули полезной нагрузки будут загружаться с пирса внутрь модуля интерфейса.

Вариант с модулем интерфейса и размещенными внутри него тремя специализированными модулями

Каждый модуль будет разрабатываться специально для конкретной боевой нагрузки, которая и будет определять такие требования к модулю, как габариты, водонепроницаемость и способность противостоять забортному давлению (при необходимости) и т. д. При этом будут соблюдаться только ограничения по предельно допустимым значениям габаритов и массы отдельного модуля.

В качестве примера рассмотрены два возможных варианта модулей: модуль забортных датчиков для выполнения разведки, наблюдения, рекогносцировки и поиска целей ISRT (Intelligence, Surveillance, Reconnaissance, Targeting) и ударный модуль, содержащий четыре подмодуля оружия. Первый будет включать: УВП для запуска небольших БЛА; две специальные антенны; два среднегабаритных НПА класса UUV (Unmanned Undersea Vehicles). В состав ударного модуля войдут УВП для ракет (распределенные по четырем подмодулям) и необходимое пусковое оборудование.

Схема модуля интерфейса ПЛ:
1 - механизм фиксации и отдачи модуля; 2 - порт обмена информацией; 3 - шина электропитания

Использование концепции модульности полезной нагрузки позволит значительно ускорить внедрение на флот новых систем датчиков и оружия, а также сделать этот процесс менее дорогостоящим.

Поскольку совершенствование самих модулей будет происходить независимо от ПЛ- носителя, внедрение перспективных усовершенствованных технологий в системы датчиков и оружия не потребует разработки нового проекта ПЛ, а только модернизации находящейся в эксплуатации или проходящей ремонт ПЛ.

В качестве примера рассмотрена возможность совершенствования модуля УВП ракет. Существующие технологии УВП позволяют разместить 18 ПУ для современных КР в модуле сечением 6,096 х 6,096 м. Перспективные ракетные технологии позволят разместить в модуле такого же поперечного сечения 42 ПУ для КР меньшего диаметра. Ракетные технологии более отдаленной перспективы позволят разместить в таком же модуле 84 двухъярусные ПУ, а при использовании технологии «плотной упаковки» — до 312 ПУ.

Модульная полезная нагрузка позволит быстро адаптировать ПЛ к изменяющимся угрозам. Стандартизированные интерфейсы обеспечат использование разных наборов модулей с любой ПЛ-носителем. Работы по совершенствованию и промышленному выпуску интерфейсов могут быть рассредоточены по всему миру, в том числе распределены между государствами-союзниками.

В принципе также возможно создание единых интерфейсов как для ПЛ, так и для НК, однако это — самостоятельная, весьма сложная техническая задача.

По мнению авторов, оптимальное число модулей полезной нагрузки на ПЛ — три. Например, для обеспечения поддержки морской десантной операции потребуются модули: противоминных систем (с НПА); систем наблюдения ISRT; ударный.

В случае решения задачи борьбы с терроризмом в отдаленном регионе могут потребоваться модули с большим числом БЛА и широкой номенклатурой высокоточного оружия, предназначенного для поражения быстро перемещающихся целей.

Замена модулей конкретной ПЛ может быть выполнена в пределах нескольких суток.

Авторы доклада выполнили сопоставительный анализ перспективных подводных сил ВМС США до 2025 г. при использовании ПЛ традиционной конструкции и конструкции с модульной полезной нагрузкой Оценивались как боевая эффективность, так и техническая реализуемость ПЛ с модульной полезной нагрузкой.

Модули полезной нагрузки по своим габаритам должны соответствовать транспортным контейнерам международного стандарта ISO с целью обеспечения возможности их транспортировки и выполнения погрузочно-разгрузочных операций.
Реализация концепции модульной полезной нагрузки потребует дополнительных ассигнований на НИОКР, разработку, испытания и создание самих модулей, а также на разработку проекта ПЛ с нетрадиционной секцией, содержащей интерфейсы для связи с модулями. В то же время наличие единых интерфейсов и меньший объем невозвратных расходов на создание технических систем ПЛ-носителя позволит сократить расходы на создание серии ПЛ с модульной полезной нагрузкой после первоначальных увеличенных вложений.

В целом создание подводных сил на базе ПЛ с модульной полезной нагрузкой потребует меньших капиталовложений, чем на базе обычных ПЛ.

Создание ПЛ с модульной полезной нагрузкой потребует увеличения финансирования на первых этапах ее разработки, но отдача от этих дополнительных инвестиций будет гораздо выше (в сравнении с ПЛ традиционной конструкции) за счет появления дополнительных возможностей. Многократные совершенствования боевой нагрузки в течение жизненного цикла ПЛ-носителя эквивалентны повышенной отдаче первоначальных ассигнований. Однако в случае, когда потребность в изменении характеристик модулей в перспективе будет возникать редко, строительство серии ПЛ с модульной полезной нагрузкой становится нерентабельным.

В настоящее время ПЛ проектируются для отражения угроз, характер которых известен на момент разработки проекта. В последующем, уже в процессе эксплуатации ПЛ при изменении или появлении новых угроз требуется корректировка проекта и модернизация ПЛ; при каждой модернизации ПЛ требуются определенные ассигнования. В случае ПЛ с модульной полезной нагрузкой при изменении или появлении новых угроз потребуется только разработка и создание модуля с новыми датчиками или системами оружия; при этом ПЛ-носитель остается без изменений.

Ключевым условием успешной реализации любой модульной концепции является четкое взаимодействие модуля и его носителя. Управление процессом непрерывного и безотказного взаимодействия между модулями и ПЛ- носителем является одной из критических технологий при разработке ПЛ с модульной полезной нагрузкой. Разработка «гибкой» интегрированной АСБУ ПЛ-носителя также является важной.

Большое значение при разработке модульной системы имеет обеспечение взаимодействия с надводными силами ВМС.
Конструкция модуля интерфейса полезной нагрузки должна создаваться с соблюдением условия максимального использования полезного объема при минимальной массе конструкционных элементов. Может возникнуть потребность в создании новых конструкционных материалов с тем, чтобы обеспечить наиболее эффективные характеристики и минимальную массу модуля.

Разработано несколько предложений по конструкции ПЛ-носителя модулей.

ПЛ будет иметь «нетрадиционную» секцию, содержащую сменные модули полезной нагрузки. Вариант конструкций прочного корпуса и модуля полезной нагрузки приведен на рисунке.

Конструкция корпуса ПЛ в районе расположения модульной секции
I - модуль полезной нагрузки:
I - верхняя и нижняя палубы; 2 - механизм фиксации; 3 - легкий корпус; 4 - модуль полезной нагрузки;
II - прочный корпус ПЛ


Остаются нерешенными вопросы, связанные с созданием раскрывающегося легкого корпуса в районе размещения модулей, механизма фиксации его створок в походном положении, а также системы фиксации и отдачи модулей.

Сложность обеспечения герметичности ПЛ с традиционными кабельными разъемами заставляет переходить к беспроводным системам обмена информацией, которые, вероятно, будут основаны на использовании таких перспективных технологий как светоизлучающие диоды LEDs (Light Emitting Diodes). Герметичная система подачи электропитания к модулям может базироваться на принципах, которые используются в системах подзарядки АБ электромобилей. Эти системы, обеспечивающие быстрое подключение и отключение, безотказно работают в условиях забортной воды с высоким давлением.

Общим требованием к модульным ПЛ останется необходимость обеспечения взрывостойкости оборудования. Кроме того, должен быть предусмотрен легкий доступ личного состава к модулям полезной нагрузки, а также к береговому погрузочно-разгрузочному оборудованию с целью быстрой замены модулей.

Первый успешный опыт использования принципа модульной нагрузки на ПЛ относится к переоборудованию первых четырех ПЛАРБ типа «Ohio» в ПЛАРК, которые будут находиться в строю до 2023 — 2026 гг. (жизенный цикл увеличен с 30 до 42-х лет).
К двум приоритетным тактическим задачам вновь переоборудованных ПЛАРК относятся нанесение ударов по наземным целям (Land Attack/Strike Warfare) и поддержка ССО. Для решения этих задач в РШ БР будут устанавливаться модули различных типов: ПУ для КР «Tomahawk»; оборудование ССО (SOF — Special Operations Forces); дополнительная полезная нагрузка; специальные датчики.

(по материалам доклада John T. Leadmon and all «Submarine payload modularity for an uncertain future»)

Проекты

Заметки

Источники

  • International Symposium «Warship 2002, Naval Submarines 7», Papers, pp.51—58
  • Дайджест зарубежной прессы. Выпуск 37