История маленькой толстенькой рыбки, которой страшились стальные акулы.
Наиболее эффективным средством поиска субмарин во время Второй Мировой была противолодочная авиация. Оснащенные радарами патрульные самолеты могли часами оставаться в воздухе, обшаривая огромные пространства океана, и при этом сами не подвергались подводной угрозе. Но вот с уничтожением обнаруженных подводных лодок дела обстояли намного хуже: самолеты, в отличие от кораблей, не могли использовать акустическую аппаратуру для поиска лодки в толще воды. Атаковать с воздуха было возможно только всплывшие субмарины, либо идущие на перископной глубине. Если же лодка, заметив самолет, ныряла (а большинство субмарин поступали именно так), то все, что оставалось летчикам – это вызвать в сектор противолодочные корабли, способные отыскать погрузившуюся субмарину. Которая, понятное дело, старалась возможно скорее покинуть место встречи.
Решением проблемы могло бы стать оружие, способное самостоятельно отыскать субмарину под водой. И таким оружием могла стать самонаводящаяся акустическая торпеда.
Еще в конце 1941 года, американский флот обратился к NDRC с просьбой оценить возможность создания торпеды, способной наводиться на шумы винтов подводных лодок. Возможность создания акустической торпеды рассматривалась американцами и раньше, но прежде – в контексте противокорабельной торпеды, запускаемой с подводной лодки по неприятельским надводным кораблям. И тут существовало серьёзное противоречие: торпеда, достаточно быстрая, чтобы поражать надводные корабли, оказывалась слишком шумной. Собственный шум торпеды заглушал бы на гидрофонах звук винтов цели.
Противолодочная торпеда позволяла обойти это противоречие. Скорость целей (погрузившихся подводных лодок) не превышала 5-8 узлов, что позволяло сделать охотящуюся на них торпеду медленной и тихой. С другой стороны, наведение на подводную лодку в толще воды требовало трехмерного наведения, в горизонтальной и вертикальной плоскости одновременно.
10 декабря 1941 года, в Лаборатории Подводной Акустики Гарвардского Университета (англ. Harvard (University) Underwater Sound Laboratory – HUSL) состоялось в высшей степени секретное совещание, на котором избранные представители научных кругов и промышленных концернов были ознакомлены с задачей. Им предстояло разработать компактную авиационную торпеду, самонаводящуюся на звук винтов погрузившейся подводной лодки. Программа получила название FIDO, предположительно, в честь собаки Фидо, принадлежавшей президенту Аврааму Линкольну.
Требования к разработчикам были оговорены весьма гибкие:
* Скорость торпеды определялась как “медленная” – чтобы ее собственный шум возможно меньше создавал помехи работе акустики. При этом, торпеда должна была быть достаточно быстрой, чтобы догонять субмарины в подводном положении. В результате, сошлись на скорости в 12 узлов: на треть быстрее, чем подводная скорость немецкой субмарины Type VII.
*Движитель – электрический (опять-таки по соображениям шумности) мотор, вращающий единственный винт. Соосные винты, вращающиеся в противоположных направлениях, были бы лучше, но механическая передача неминуемо стала бы источником дополнительного шума.
* Запас хода – на 10-15 минут.
* Боевая часть – 40,8 кг взрывчатки (90 фунтов). По торпедным меркам такой заряд был очень маленьким, но так как применять акустическую торпеду собирались против субмарин – не имевших ни брони, ни противоторпедных булей – то и его было достаточно при прямом попадании.
* Размеры – длина не более 2 метров (7 футов), диаметр не более 48 сантиметров (19 дюймов). Размеры были выбраны исходя из требований подвески торпеды на обычные бомбодержатели самолетов. По сути дела, FIDO должна была стать заменой обычным авиационным глубинным зарядам.
* Запуск предполагался с самолета: торпеда должна была выдерживать сброс с высоты 60-90 метров (100-300 футов), на скорости до 231 км/ч (125 узлов). Воздушный запуск накладывал дополнительные требования по ударостойкости электронной аппаратуры торпеды, но было сочтено, что применение с самолетов будет более эффективно, чем с надводных кораблей.
* Управление должно было быть двойным. В отсутствие акустических сигналов выше порогового уровня, FIDO переходила в режим поиска, и выписывала круг на заданной перед запуском глубине. Управление при этом осуществлялось гироскопом и гидростатом. Когда же уровень шума превосходил установленный порог, то включалось акустическое самонаведение, и торпеда начинала искать цель.
https://pbs.twimg.com/media/DeW-obfV0AAxW0r.jpg
Спустя буквально пару недель после совещания, HUSL представила концепт самонаводящейся торпеды, удовлетворяющей требованиям флота. Затем, спустя еще пару недель – в январе 1942, свою версию предложила фирма “Bell Telephone Lab”. Оба проекта различались в деталях системы наведения и управления, но оба подходили под заявленные требования. И, поскольку самонаводящаяся противолодочная торпеда требовалась срочно – флот решил разрабатывать оба проекта параллельно, таким образом, подстраховавшись на случай неудачи либо задержки одного из них.
В работе над программой Mark 24 участвовали:
* Harvard (University) Underwater Sound Laboratory – акустическое самонаведение и управление.
* Bell Telephone Lab – акустическое самонаведение и управление.
* Western Electric – разработка компактного ударостойкого 48-вольтного аккумулятора, способного обеспечить 110 ампер в течении 15 минут.
* General Electric – проектирование и создание электромотора, винта и органов управления.
* David Taylor Model Basin – этот крупнейший в мире на тот момент испытательный бассейн предоставил свои возможности для гидродинамических и акустических исследований.
Работы над проектом выявили непредвиденную ранее монументальность поставленной задачи. Многие аспекты подводной акустики к этому моменту были изучены чисто эмпирически: теория отставала от практики. Инженеры знали, что если они сделают А, то получат B, но почему именно – они могли в лучшем случае предполагать. Весь математический аппарат пришлось, по сути дела, создавать с самых основ, для чего к разработке акустической торпеды привлекались лучшие умы США. Рассматривались самые оригинальные концепты: в частности, одной из идей HUSL была вращающаяся (!) вокруг продольной оси торпеда, осуществляющая коническое сканирование единственным гидрофоном на боку.
Примечательно, и HUSL и Bell поддерживали постоянный контакт, обменивались идеями, экспериментальными данными и техническими новинками. Работавшие над конкурирующими проектами инженеры регулярно встречались с коллегами, и устраивали для них демонстрации и совместные семинары. Такая степень кооперации была необычна даже для американских разработчиков - в целом, существенно более "открытых" и склонных к обмену информацией, чем их коллеги в других странах.
Немаловажно также отметить, что программа FIDO пользовалась значительной поддержкой как командования флота, так и правительства США. Угроза подводных лодок в 1942 году из теоретической стала совершенно явной: немецкие субмарины пиратствовали у самых берегов США, потопив более 400 пароходов. Глава программы HUSL, Эрик Уокер, каждое утро вывешивал на стенде у входа в лабораторию газетные вырезки с названиями потопленных за ночь американских судов. Адмиралы и политики были готовы пойти на любые расходы, лишь бы преломить ход подводной войны. Как вспоминали участники проекта, “у нас были совещания по самым разным научным, техническим, организационным вопросам – но никогда не финансовым. Мы просто знали, что денег будет столько, сколько потребуется.”.
Поначалу, наиболее перспективным направлением для работы казалось адаптировать под самонаведение и электрический ход стандартную авиационную торпеду Mark-13. Однако, при этом возникли трения с Бюро Боеприпасов, которое считало Mark-13 “секретной” и упорно отказывалось допускать к ней гражданских инженеров. В конце концов, потерявшая терпение фирма Bell решила, что проще и дешевле будет разработать торпеду с нуля (как в дальнейшем выяснилось, именно это и было целью Бюро Боеприпасов, инженеры которого, хорошо знакомые с шумностью Mark-13, разумно полагали, что работая с ней акустики только потратят зря время).
Наиболее сложной задачей для HUSL и “Bell” оказалось снизить шумность торпеды до приемлемой. Основных источников шума было три:
* Шум двигателя и механизмов торпеды.
* Шум кавитации винта.
* Шум от обтекающего корпус водного потока при движении.
Первую проблему удалось решить, максимально амортизировав силовую установку и отделив моторное отделение от остальной торпеды толстым слоем резины. Вторую проблему – кавитацию – оказалось решить непросто, главным образом из-за слабого понимания теории процесса. Фирма “Bell” в итоге нашла решение, перепробовав несколько десятков вариантов винтов в опытном бассейне, и подобрав оптимальную форму лопастей. Третью проблему – шум от обтекающего потока – в итоге выяснилось, что можно и не решать, поскольку тщательные исследования показали, что при используемых скоростях эти шумы лежат вне предела чувствительности гидрофонов.
Система наведения от Гарвардской лаборатории использовала магнитострикционные гидрофоны и пропорциональное управление: рули торпеды отклонялись на величину, пропорциональную разнице между сигналами. По мысли разработчиков, такая система должна была быть более точной, чем обычное “все или ничего”, при котором рули отклонялись сразу до предела. Однако, испытания показали, что разработанная фирмой “Белл” система наведения, использующая пьезоэлектрические гидрофоны и простое управление “все или ничего” работает ничуть не хуже. В итоге, флот благоразумно счел, что простое решение – самое лучшее, и выбрал проект “Белл”. При этом персонал HUSL продолжал участвовать в работе над программой.
Испытания FIDO начались летом 1942 года в Бостоне. Первые образцы торпеды демонстрировали неприятную привычку тонуть и теряться, из-за чего HUSL разработала специальную акустическую “пищалку”, позволявшую отыскать затонувшую торпеду и поднять ее на поверхность. Благодаря этой идее, расход прототипов значимо уменьшился, и у конструкторов появилась возможность разобраться, что же пошло не так в каждом конкретном случае.
12 сентября, на испытания поступили первые две полностью комплектные торпеды из установочной партии. Первый прототип, обозначенный FX-1, оказался и первым блином комом: после сброса с воздуха, торпеда немедленно затонула, и найти ее так и не удалось.
Второй прототип, FX-2, имел куда более насыщенную сюрпризами жизнь. Во время первого же пуска, он погнался за учебной буксируемой целью с таким энтузиазмом, что проскочил под ней, врезался в дно и застрял в иле. Спустя пару дней, он неожиданно всплыл “опасно близко” от судоверфи, на которой строился новый авианосец. Приняв его за немецкую торпеду, охрана верфи решила отбуксировать FX-2 в море и затопить его, и инженеры лишь в самый последний момент успели отстоять свое детище.
