Szerintetek létezik még olyan hely a földön ahol nem bóklásznak mobiltelefonjukba bújt emberek, és nem bombáz minket több száz tv csatorna erőszakos reklámjai? Nem sok, de egy atom tengeralattjáró belseje az ilyen, legalábbis ha sokáig le van merülve a víz alá. Miért? Mert a rádióhullámok nagyon rosszul terjednek a vízben, a magasabb frekvenciák szinte sehogy. Kábelt meg nem húznak maguk után, legalábbis annyira hosszút. Hogyan kommunikálnak akkor a tengeralattjárók? Természetesen rádióval, meg műholdas kapcsolatot is tudnak létesíteni amíg a víz felszínén tartózkodnak, viszont amikor alámerülnek megváltozik a helyzet, de azért van rá megoldás.
Víz alatti rádió hírközlés
1917-ben Francia tudósok kezdték kutatni a víz alatti rádiókommunikációt. Kísérleteik során rájöttek, hogy bizonyos rádióhullámok részben képesek behatolni a vízbe. Legjobban a 15 kHz és 33,3 kHz közötti ún. VLF (Very Low Frequency) tartomány felel meg erre a célra. A 33KHz feletti frekvenciák pedig már szinte teljesen elnyelődnek. Az sem mindegy melyik tengerben próbálkozunk, mert a sós víz tovább ront a helyzeten. VLF sávban az első kísérletek során 16 tengeri mérföld távolságból sikerült kommunikálni egy tengeralattjáróval a víz alatt, amelyiken 10 méter hosszú antennát használtak.
Az első világháborúban a tengeralattjárók főleg az éj leple alatt tudtak rádiózni, mert akkor észrevétlenül tartózkodhattak a felszínen, ha nagyon távol voltak a parttól vagy egymástól akkor kereskedelmi hajók segítettek be a kommunikációba, és rajtuk keresztül érkeztek meg a fontos üzenetek a szárazföldre. Ilyen hajó volt például az "U-Deustchland" kereskedelmi tengeralattjáró. Lenti képen jól látszik a hatalmas keretantenna amit leszereltek alámerüléskor.
Mik voltak azok a gépadók? Amíg nem léteztek a nagy teljesítményű adócsövek addig gépadókat használtak. Ezeket villanymotor hajtású nagyfrekvenciás generátorokból építették úgy, hogy a generátorból kijövő nagyfrekvenciát hangolható rezgőkörökre, onnan pedig antennákra vezették és kisugározták.
A Németországi Nauenben állította fel a Telefunken társaság az első 100KW-os gépadót 1914-ben. Rájöttek hogy ennek az adónak a jeleit a víz alól is tudják venni igen nagy távolságokból. 1918-ra már 400Kw-ra emelték a teljesítményét, és elérték vele a rádió összeköttetések távolsági világrekordját, ami 19 300Km volt, ez azt jelentette hogy Új-Zélanddal is kapcsolatot tudtak teremteni. A dolog szépséghibáját a nagy hullámhossz miatti antennaméret okozta, ez konkrétan 2 db 260 méter magas toronyra kifeszített 2,4Km hosszú kábelt jelentett. Ez az adó egészen 1943-ig irányította a német tengeralattjárókat, persze kiegészült még párral, ami az elfoglalt területeken volt: Kootwijk (Hollandia), Lyon, Basse-Lande, Sainte-Assise (Franciaország). A kommunikáció egyirányú volt mivel az U hajókon ilyen adóteljesítményt és antenna méretet nem tudtak produkálni, ezért csak vették a parancsokat, ha válaszolni akartak azt csak vízfelszín felett tudták megtenni a rövidhullámú rádiójukkal. Igen, jól gondoljátok, az Enigma által titkosított távírójelek is így jutottak el a farkasfalkához. A távirat első része tartalmazta melyik hajónak szól a parancs. Természetesen a kétirányú kapcsolathoz szükséges rövidhullámú hálózatot is ki kellett építeni. Lenti képen jól láthatjuk egy U-995 tornyának tetején a rövidhullámú antennákat, a torony két széléről kifeszítve pedig a VLF sáv vételére szolgáló huzal antennát.
1943-ra megépült egy 1800KW teljesítményű hosszúhullámú adóállomás, a Góliát. Ennek a hatalmas adónak a segítségével működött a rádiókapcsolat a világtengereken úszó összes német hadihajóval és tengeralattjáróval, valamint a szövetséges államok állomásaival, többek között Japánnal. Csak a norvég fjordok között nem lehetett kommunikálni, mert ott speciális domborzati viszonyok vannak. Az Indiai-óceánon 14 méter, az Északi -tengeren 24 méter merülési mélységig tudták fogni a Góliátot. A fő cél az volt hogy kézi morze üzemben juttasson el üzeneteket az alámerült tengeralattjáróknak, de úgy tervezték hogy képes legyen 30KHz felett Hell írással (akkori képtávíró eljárás) is üzemelni. No persze a Bletchley Park rádiós szobájában is fogták ezeket az üzeneteket. Lenti képen a Góliát vezérlőtermét láthatjuk.
Lent jobbra egy tipikus U-hajó rádiós helység, a kezelő bal kezénél az Enigma, jobbjánál egy VLF vevőkészülék. Bal oldali képen az U-995 rádiós szobája, a két kerek katódsugárcsöves készülék a Fub M7 és M8 Naxos a világ első tengerészeti radarja.
Röviddel a háború vége előtt amerikai csapatok érkeztek Kalbe-ba, a Góliát szétrombolására. Sok részegységet tönkretettek, és a magas kerítés miatt a telephelyet hadifogoly tábornak használták. Később a területet átvették a szovjet megszálló egységek, és a gyártó C.Lorenz AG, és a Hein, Lehmann et Co. cégeknek megengedték hogy újraépítsék a berendezést. 1947-ben miután tesztelték a működést az adót szétszerelték, ládákba rakták, és 3000 ! vasúti kocsival Nyizsnyij Novgorod közelébe vitték, ahol újra felépítették, és a mai napig használja az Orosz flotta. Ezt láthatjuk a lenti képen.
A világháborúk után még születtek egészen érdekes ötletek a tengeralattjárókkal való kommunikációra. Ilyen például az akusztikus átvitel, amikor az ember által is hallható hangot sugároznak ki a víz alatt, természetesen kódolt formában. Ezzel a part közelében nagyjából 30 kilométeres sávban lehet kommunikálni, vagy az egymástól nem túl távol haladó hajók hallhatják egymást. Másik érdekes megoldás hogy sűrűn használt útvonalon, ahol tenger alatti kábel is fut, csatlakozási pontot építenek ki a tengeralattjáró számára.
A hidegháború évei alatt 1963-ban az amerikaiak az Ausztráliai Exmouth mellett építettek egy VLF adóállomást. A gigantikus létesítmény 12 darab 380 méter magas toronyból áll 12 km átmérőjű területen. A bázist 1999-ig üzemeltették, utána átadták az ausztrál kormánynak. Látnivalónak sem utolsó.
A technikai problémák és a költségek miatt jelenleg a világon csak három ország tart fent ilyen kommunikációs bázisokat: USA, Oroszország és India. A Brit Királyi Haditengerészet is szeretett volna építeni magának egyet Glengarry Forestben, Skócia partjainál, de a projektet törölték. Jelenleg az amerikai állomások irányítják az angol flottát a víz alatt. Legfrissebb projekt a lassan de biztosan növekvő indiai atom tengeralattjáró flotta VLF adója, amit 2014-ben adtak át. A Lenti képen látható ez a tengeralattjáró kommunikációs központ, melynek neve: INS Kattabomman. A legmagasabb antenna 471 méteres.
Az extrém alacsony frekvenciák birodalma
1954-től megjelentek a nukleáris meghajtású tengeralattjárók, ami azt jelentette hogy akár hónapokig tartózkodhatnak a víz alatt több száz méteres mélységben. Láthattuk hogy a VLF hullámok maximum 30-40 méterig hatásosak körülményektől függően. Hogyan lehet vajon kapcsolatba lépni akkor például a sarki jég alatt 200 méter mélyen lopakodó tengeralattjáróval? Nem egyszerű. Ahhoz hogy a rádióhullám behatoljon több száz méteres mélységekbe, akár a jégtakaró alá is, extrém alacsony frekvenciát (ELF) kell alkalmazni. Szinte hihetetlen hogy pl. 82 Hz-en is lehet jeleket adni. Számolgassunk kicsit, a 82 Hz hullámhossza 3658,5 km, ami azt jelenti, hogy ha erre a frekvenciára akarnánk egy félhullámú dipól antennát építeni annak 1829,25 km hosszúnak kéne lennie. Ez műszakilag kivitelezhetetlen feladat, mégis van rá megoldás, ráadásul itt fekszik a lábunk alatt.
A kilencvenes évek elején fedezték fel hogy Oroszországnak van egy ELF adója a Kola félszigeten, ez a ZEVS. A Stanford Egyetemen a rádió zavarjel mérők fogták a 82 Hz-es adást, és meghatározták a lehetséges forrást, aminek létezését később az Oroszok is megerősítették. Itt 2 darab 60 kilométeres ! vezeték van lefektetve a földbe, amin nagyjából 300 amperes áram folyik adás közben, ugyanis valójában a föld az antenna, a kábelek csak átadják a jelet. Ez a dolog olyan helyen működik ahol rossz a talaj vezetőképessége, mivel nem földelést szeretnénk készíteni.
A fenti képen egy olasz rádióamatőr által fogott ZEVS adás spektogramját láthatjuk. Az üzenet 16 percig tartott a 81 és 83,3 Hz közötti sávban fázismodulációval. Mire elég egy 2,3 Hertz sávszélességű adás? Nem sok mindenre, az egész időtartam alatt 3 betűt lehet elküldeni, ami maximum egy "gyere fel, mert üzeneted érkezett" kódolt utasítás leadására elegendő. Tehát mint láthatjuk gigantikus energiák és építmények szükségesek ahhoz hogy egyetlen rövid parancsot kiadjunk a több száz méter mélyen tartózkodó tengeralattjárónak.
A ZEVS amerikai megfelelője a Sanguine Projekt akart lenni, ami eredetileg egy 36 000 Km2 ! kiterjedésű antennarács lett volna Wisconsin államban, de a hatalmas költségek és a helyiek tiltakozása miatt lényegesen szolidabb formában valósult meg. Így sem lett annyira kicsi, mert az antenna egy kb. 130 km hosszú 1,5 cm vastag alumínium huzalból készült K betűre hasonlító idom, ami a föld felett fut, mint egy távvezeték és csak a végei hatolnak be a talajszint alá. A kép bal alsó részében láthatjuk a vezetéket. Az adó 76 Hz-en működött de a haditengerészet 2004-ben megszüntette, mert szerintük szükségtelen és elavult.
Mi lehet a jövő útja a víz alatti rádió távközlésben? Már régóta használnak un. kommunikációs bójákat, amiket kábelen keresztül a vízfelszínre juttatva már normál módon lehet rádiózni. Létezik még olyan verzió is hogy a csak ELF sávon elérhető tengeralattjáró bóját küld felsőbb rétegekbe, ahol már a VLF kommunikáció is lehetséges. A Lockheed Martin 2009-óta fejleszti un. feláldozható bójás rendszerét, ami azt jelenti hogy akár mérföldekre lehet a kommunikációs bója a tengeralattjárótól, és ha felfedezik vagy kilövik attól még a pozíció rejtve marad. Ráadásul alapból hármat javasolnak telepíteni.
Jelenleg az amerikai tengeralattjárók egy OE-538 kódjelű multifunkciós antennát használnak, aminek éppen mostanában folyik a frissítése. Ez az antenna a lenti felsorolásban szereplő sávokat és rendszereket támogatja:
- VLF / LF csak vétel (10-170 kHz)
- MF / HF adó-vevő (2-30 MHz)
- VHF adó-vevő (30-174 MHz) rálátás szükséges
- VHF / UHF adó-vevő (225-400 MHz)
- VHF / UHF SATCOM adó-vevő (240-400 MHz) műholdas kapcsolat
- IFF transponder (barát-ellenség felismerő rendszer)
- GPS
Erre jön még pluszba egy zavarójeleket kibocsájtó fejegység.
Források:
Internet - militaryaerospace.com, uboat.net, http://www.vlf.it/, australiaforeveryone.com, Wikipédia, indiannavy.nic.in -
Könyv - Balás B.Dénes: A távírótól a rádióig -
