Szonár

A szonár (angol rövidítés: sonar - „sound navigation and ranging”, jelentése = hanggal való navigáció és felderítés) vízalatti műveleteknél a legfontosabb érzékelő, felderítő, navigáló eszköz (kisebb részben kommunikációs célra is használható). Néha hangradarként is hivatkoznak rá.

Egy amerikai SH-3H Sea King helikopter AN/AQS-13 típusú szonárt ereszt a vízbe

Története

1942 elejére az USA partjaitól keletre a németek mintegy félmillió tonna vízkiszorítású amerikai és szövetséges hajót süllyesztettek el. Emiatt kezdődött a szonár, a víz alatti radar kifejlesztése amerikai és brit közreműködéssel. Akkori neve „Asdic” volt (Asdic: Allied Submarine Detection Investigating Committee = szövetséges tengeralattjáró-felderítő vizsgálóbizottság). A szonár alkalmazásával lehetővé vált a német tengeralattjárók korai felismerése, és az amerikai haditengerészet part menti hajói egyre javuló hatékonysággal szálltak szembe velük. 1943-ra kiegyenlítődtek az erőviszonyok: az elsüllyesztett német tengeralattjárók száma megegyezett a Szövetséges erők elsüllyedt hajóinak számával. Az Atlanti csata végére a németek 1175 tengeralattjáróból 781-et elvesztettek, ebből 191-et az amerikai haditengerészet süllyesztett el. A második világháború alatt a német tengeralattjárókon szolgáló tengerészek 75%-a meghalt.

Működési elve

A szonár hanghullámokat alkalmaz, amik vízben nagyobb sebességgel és nagyobb távolságra terjednek, mint levegőben.

A szonár elve bármely összenyomhatatlan folyadékban alkalmazható, jelen szócikk elsősorban a katonai alkalmazásokat tárgyalja, amik a sós vizű óceánokban valósulnak meg.

A hanghullámok levegőben 21 °C-on 344 m/s sebességgel terjednek és energiájukat gyorsan elveszítik. A hanghullám vízben való terjedési sebessége függ a víz hőmérsékletétől és sótartalmától. A vízben való terjedési sebesség jellemzően 1500 m/s. Míg a levegőben a csillapítás 50 dB/km, vízben ez 0,1 dB/km alatti érték (a frekvenciától függ). Így azonos energiát feltételezve a hanghullám vízben mintegy 500-szor akkora távolságot tesz meg, mint levegőben (sőt, még ennél nagyobb is lehet, ha különleges hatások állnak elő, például ha mélyvízi csatornákban való terjedésről van szó).

A radar és a szonár közötti különbség

Míg a radar rádióhullámok (3 MHz – 110 GHz frekvencia, 100 m – 2,7 mm hullámhossz) visszaverődésének érzékelése alapján működik, addig a szonár hanghullámokat alkalmaz.

Fajtái

A radarhoz hasonlóan létezik aktív és passzív szonár. Aktív szonár esetén a berendezés rövid idejű hangimpulzust hoz létre, majd a visszaverődő hanghullámokat érzékeli. Passzív szonár esetén csak érzékelés történik, kisugárzás nem.

A hanghullám energiájának elnyelődése nagyban függ a hullám frekvenciájától. Például egy 20 kHz-es hang 4-szer jobban elnyelődik, mint egy 10 kHz-es. Vagyis alacsonyabb frekvencia esetén nagyobb észlelési távolság érhető el. Ugyanakkor azonban nagyobb felbontási igény esetén nagyobb frekvencia alkalmazása szükséges. A pontossági igénynek és a szükséges távolságnak megfelelően választják meg az alkalmazott frekvenciát.

Az aktív szonár hallható hangot bocsát ki 5 és 20 kHz között, a kiadott impulzus 12,5-től 700 ezredmásodperc közötti. Az impulzust „ping”-nek nevezik, a folyamatot „pingelés”-nek vagy „pendítés”-nek. A torpedókban lévő szonár frekvenciája magasabb, 20–35 kHz körüli, a rövidebb távolság és a magasabb pontosságigény miatt.

A víz alatt nem csak a tengeralattjárók, hanem bálnák és egyéb élőlények is bocsátanak ki hangokat, illetve természeti folyamatok, például vulkánok vagy szeizmikus mozgások is.

Alkalmazása

Szonár megtalálható minden (katonai) tengeralattjáróban, de sok hajón is, sőt helikopterhez is csatlakoztatható speciális szonár (ami hosszú kábelen a vízbe lóg), repülőgépről pedig nagy számú, olcsó, passzív szonárt dobnak a vízre (angol nevük sonobuoy), amik a mélyben haladó tengeralattjárók hangját érzékelik és továbbítják a repülőgép felé.

A felszíni hajókon a szonár nagy számú hangsugárzóból és mikrofonból áll, amik elrendezése kör alakú, vagy egymásra merőleges egyenesekből áll.

A térképészetben és régészetben a szonár víz alatti területek háromdimenziós feltérképezésére használható.

Kisebb, kézben tartható méretben búvárok, vagy akár horgászok is alkalmazzák (ez utóbbi neve: „halradar”).

Felhasználása

Egy tengeralattjáró jellemzően passzív szonárt alkalmaz, vagyis „figyel”, begyűjti a hanghullámokat és speciális számítógépes programmal elemzi azokat. Aktív szonár alkalmazása csak indokolt esetben történhet, hiszen ilyenkor a kibocsátó a saját pozícióját felfedi az esetleges ellenség előtt.

A tengeralattjáró haladása valamilyen hajtóművel történik, ami általában propellert hajt meg. A propeller gyors mozgása során a vízben buborékok keletkezhetnek, amik a víznyomás hatására összeroppannak, vagyis kavitáció lép fel, ez pedig jellegzetes és viszonylag erős hanghatással jár. A hajó belsejében működő egyéb forgó, mechanikus szerkezetek is kelthetnek a hajótesten kívül is észlelhető hangot, sőt még a legénység hangja is hallható lehet. Ezek a hangok a vízben nagy távolságra eljutnak.

A hang terjedése a vízben nem egyenes vonalban történik, hanem a különböző tulajdonságú vízrétegek határán megtörik vagy visszaverődik, ezért ezeket a hatásokat számításba kell venni a hangforrás helyének meghatározásánál.

Érdekesség, hogy a nagyobb bálnák bizonyos hangjai összetéveszthetők a tengeralattjárók hangjaival, sőt egyes környezetvédők szerint a szonárok hangja megzavarja az állatok navigációját, ezért az állatok a sekély vízbe tévednek és ott megfulladnak (jellemzően bálnákról és delfinekről van szó).

A szonár alkalmazása mellett a katonai vízijárművek mágneses anomália-detektort is használnak az ellenséges tengeralattjárók felderítésére. Ennek működése azon alapszik, hogy a Föld mágneses terében haladó nagyméretű fémtest zavart kelt, ami megfelelő műszerekkel észlelhető.

Elhárítása

Szonár alkalmazása ellen kétféle megközelítés létezik: a beérkező hanghullámok elnyelése vagy szétszórása, illetve hangkeltő eszközök kibocsátása, amik megtévesztik az ellenséget.

Források

• T.-W. Lee: Military Technologies of the World Vol 1-2, Praeger Security International, 2009, ISBN 978-0-275-99535-5

Irodalom

• Hackmann, Willem D. Seek & Strike: Sonar, Anti-submarine Warfare, and the Royal Navy, 1914–54. (London: HMSO, 1984).
• Hackmann, Willem D. "Sonar Research and Naval Warfare 1914–1954: A Case Study of a Twentieth-Century Science". Historical Studies in the Physical and Biological Sciences 16#1 (1986) 83–110.
• Urick, R. J. Principles of Underwater Sound, 3rd edition. (Peninsula Publishing, Los Altos, 1983).