Компьютерное моделирование обещает сделать субмарины почти полностью невидимыми для сонаров Упрощенная математическая модель открывает путь к созданию нового поколения безэховых покрытий для подводных лодок — на порядки легче, тоньше и эффективнее.

Почти сразу с введением в строй сонаров, позволивших обнаруживать подводные лодки противника, возникли и технологии использования безэховых покрытий, частично поглощающих сигналы гидроакустических систем. Впервые такое покрытие появилось еще на подлодках Кригсмарине, и в честь предводителя Нибелунгов, имевшего магическую способность становиться невидимым, получило кодовое название «Альберих».

Оно представляло собой пластины из синтетического каучука площадью около 1 кв. м и толщиной 3 мм, которыми обклеивался корпус субмарины. Нанесенные на них отверстия диаметрами 4 и 2 мм удерживали пузырьки воздуха, которые мешали отражению гидроакустического сигнала станций противника, снижая его на 15%.

Немецкой технологией пользовались в годы Второй мировой и японцы, однако эффективность ее была не слишком велика, и в послевоенное время долгое время не применялась. Лишь в 1970-х советские подлодки стали получать резиновое безэховое покрытие — постепенное совершенствование позволяет снижать акустическую «видимость» современных российских субмарин на 90% и более. С 1980-х аналогичные решения применяются ВМФ Великобритании и США.

Сегодня самые большие надежды на создание совершенного «акустического камуфляжа» связываются с использованием метаматериалов, структура которых позволяет отклонять или подавлять акустические волны. Однако такие решения остаются делом будущего, и безэховые покрытия современных подлодок в целом повторяют идею «Альбериха» — это достаточно толстые, в несколько сантиметров, резиновые плиты с нанесенным на них массивом крошечных полостей. Достаточно массивные, они со временем начинают отслаиваться от корпуса и могут сделать субмарину «видимой» в самый неподходящий момент.

Частично решить эту проблему — по крайней мере, до появления подходящих метаматериалов — может работа, проделанная физиками французского Университета Париж Дидро. Она обещает существенно уменьшить размер и вес безэхового покрытия, а вместе с тем и снизить вероятность неожиданного отслоения: вместо плит сантиметровой толщины возможно использовать плиты в несколько миллиметров.

Идея состоит в использовании высокоэластичного материала, который под воздействием звуковой волны легко деформируется, так что размеры полостей в нем меняют размер, рассеивая энергию колебаний. Такие предложения появились еще несколько лет назад, однако практическая разработка подобного покрытия наталкивалась на почти непреодолимые трудности с обсчетом необходимых математических моделей. Французским ученым удалось резко оптимизировать этот подход: несколько приемлемых упрощений позволили сделать моделирование практически доступным.

Авторы работы, опубликованной в журнале Physical Review B, провели моделирование свойств силиконового покрытия толщиной 230 мкм, в 2–3 раза толще человеческого волоса. Для него были получены параметры массива полостей — цилиндров 13х24 мкм, разделенных расстоянием в 50 мкм. Затем подобное покрытие было сделано в лаборатории и прошло испытания на эффективность поглощения ультразвукового сигнала под водой — оно отражало менее 3%.

Для использования в качестве реального покрытия реальных субмарин материал потребуется посерьезнее. Ученые считают, что толщина его может достичь 4 мм, а размеры полостей — 2 мм. Зато в таком виде он сможет поглощать более 99% энергии колебаний, а отраженный гидроакустический сигнал будет ослабевать в десятки тысяч раз — на пару порядков заметнее, чем у существующих аналогов. Впрочем, авторы сами признают, что практическое изготовление и применение подобного покрытия в море может столкнуться с большими трудностями.