ΑΝΑΛΥΣΗ: Τορπίλες για το ΠΝ (Π&Δ τεύχος Ιουλίου 2018), Μέρος 2o

Στις 25 Μάιου 2018 δημοσιεύτηκε στον ιστότοπο του Πολεμικού Ναυτικού η «πρόσκληση τεχνικού διαλόγου για την προμήθεια τορπιλών βαρέως τύπου και ολοκλήρωση αυτών στα οπλικά συστήματα ISUS 90-15 και ISUS 90-46 των Υ/Β Τ.214 και Υ/Β ΩΚΕΑΝΟΣ». Πρόκειται για πρόσκληση παροχής πληροφόρησης RFI (Request for Information) ως πρώτο βήμα μιας διαδικασίας με απώτερο σκοπό τη «νωχελική» επανεκκίνηση του πολύπαθου -πλην όμως εντελώς απαραίτητου- προγράμματος απόκτησης τορπιλών HWT (Heavy Weight Torpedo).
Μέρος 2ο
Του Βασίλη Παπακώστα
U214HN/U209AIP και αναερόβια πρόωση για το ΠΝ
Οι ρόλοι των σύγχρονων υποβρυχίων χωρίζονται σε δύο κατηγορίες:

αμυντικές επιχειρήσεις ή «άρνησης περιοχής» (Area Denial) και
επιθετικές επιχειρήσεις.

Ο σημαντικότερος περιορισμός των συμβατικών επιθετικών υποβρυχίων (SSΚ) που χρησιμοποιούν μηχανές ντίζελ είναι η περιορισμένη αυτονομία τους σε κατάδυση. Αυτό συμβαίνει λόγω της απαίτησης για ανάδυση σε βάθος που να μπορεί να γίνει χρήση του αναπνευστήρα (snorkel) ώστε το υποβρύχιο να κινηθεί με τους ντιζελοκινητήρες (οι οποίοι απαιτούν ατμοσφαιρικό οξυγόνο), αν και ταυτόχρονα οι τελευταίοι επαναφορτίζουν και τους συσσωρευτές. Με τη βοήθεια των συστοιχιών μπαταριών ενεργοποιείται ο ηλεκτροκινητήρας για να κινήσει την προπέλα του Υ/Β κατά την πορεία του σε κατάδυση (όταν οι ντιζελοκινητήρες δεν μπορούν να λειτουργήσουν).
O περιορισμός αυτός έχει αρθεί στα SSN που χρησιμοποιούν πυρηνικό αντιδραστήρα (χωρίς την ανάγκη ατμοσφαιρικού αέρα), κινώντας το υποβρύχιο για σχεδόν απεριόριστο χρόνο σε κατάδυση. Στην ουσία η αυτονομία του Υ/Β ταυτίζεται με τις αντοχές του πληρώματός του και φυσικά τα αναλώσιμα που μεταφέρει! Είναι χαρακτηριστικό ότι ακόμη και οι πρώιμοι πυρηνικοί αντιδραστήρες παρείχαν εμβέλεια που υπερέβαινε τα 120.000 ναυτικά μίλια (ανάμεσα σε διαδοχική ανάγκη ανεφοδιασμού τους με «πυρηνικά καύσιμα») και τις 3.500-4.000 χιλιάδες ώρες σε κατάδυση! Ωστόσο, πρόσβαση στην πυρηνική πρόωση δεν έχουν παρά ελάχιστες ναυτικές δυνάμεις, ενώ το κόστος απόκτησης και συντήρησής της είναι εξαιρετικά υψηλό. Τα συμβατικά υποβρύχια παρέχουν υψηλή ταχύτητα (όταν είναι σε κατάδυση για μικρό χρόνο) και το κόστος κτήσης και συντήρησής τους είναι χαμηλό.
Τη δεκαετία του 90 η τεχνολογία FC (Fuel Cells) ήταν πλέον ώριμη και τα Υ/Β U212A και U214HN χρησιμοποιούν σύστημα AIP–PEMFC (Air Independent Propulsion-Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cells, Αναερόβια Πρόωση Κυψελών Καυσίμου Μεμβράνης Πολυμερούς Ηλεκτρολύτη). Η σύγκριση με συμβατικό υποβρύχιο τύπου «209» με ηλεκτρικό σύστημα πρόωσης που χρησιμοποιεί diesel είναι καταλυτική:

Τα υποβρύχια «212» και «214» παρέχουν περίπου τετραπλάσια εμβέλεια ενώ βρίσκονται σε κατάδυση, επίδοση που επιτυγχάνεται για σκάφη με συγκρίσιμο εκτόπισμα και αριθμό προσωπικού.
Το υποβρύχιο «214» παρέχει μεγαλύτερο χρόνο αποστολής σε σχέση με το «209» και ταυτόχρονα αύξηση του επιχειρησιακού βάθους κατά 50%.

Οι τεχνικές απαιτήσεις για την επίτευξη ανάλογων επιδόσεων (που δεν ήταν δυνατές προηγουμένως παρά μόνο με χρήση της πυρηνικής τεχνολογίας) με την τεχνολογία AIP-PEMFC είναι οι ακόλουθες:
Το σύστημα AIP-PEMFC χρησιμοποιείται για τη μετατροπή ενέργειας σε συνεχές ρεύμα, το οποίο διοχετεύεται στις ράβδους του υβριδικού συστήματος πρόωσης. Συγκεκριμένα, πρόκειται για μια ηλεκτροχημική μετατροπή ανάστροφη της υδρόλυσης, όπου η χημική αντίδραση οξυγόνου και υδρογόνου έχει ως αποτέλεσμα την παραγωγή συνεχούς ρεύματος για χρήση στον ηλεκτροκινητήρα ή εναλλακτικά στη φόρτιση των συσσωρευτών (η οποία ωστόσο γίνεται κυρίως από τις μηχανές diesel) αλλά και παραγωγή πόσιμου νερού, που είναι το μόνο υποπαράγωγο της διαδικασίας.
Κατά την αντίστροφη διαδικασία της ηλεκτρόλυσης η χρήση συνεχούς ρεύματος και νερού έχει ως παράγωγο οξυγόνο και υδρογόνο. Η αντίδραση λαμβάνει χώρα σε σχετικά χαμηλή θερμοκρασία της τάξης των 80 βαθμών Κελσίου. Η σύνδεση του συστήματος AIP-PEMFC γίνεται σειριακά ή παράλληλα και η χρήση της τεχνολογίας έχει ως αποτέλεσμα την αποφυγή των απωλειών ενέργειας, της ηχητικής υπογραφής και του όγκου των συμβατικών ηλεκτρικών συστημάτων πρόωσης:
– Η μικρή ποσότητα θερμότητας που αποβάλλεται κατά τη διάρκεια της διαδικασίας χρησιμοποιείται για την εκφόρτιση του αποθηκευμένου οξυγόνου και υδρογόνου, τα οποία χρησιμοποιούνται για τον εφοδιασμό των FC.
– Η απουσία συστημάτων εξαγωγής αερίων, πιστονιών, βαλβίδων, γεννητριών κ.ά. έχει ως αποτέλεσμα τη μείωση του απαιτούμενου όγκου και των αναγκών συντήρησης. H αξιοπιστία των συστημάτων είναι υψηλή αλλά το κόστος κτήσης και το κόστος του καυσίμου αποδεικνύεται υψηλό.
Η τεχνολογία FC επιτρέπει στα υποβρύχια συμβατικής πρόωσης τη δυνατότητα παραμονής σε κατάδυση για μερικές εβδομάδες σε σχέση με μερικές ημέρες των υποβρυχίων με ηλεκτρικά συστήματα. Επίσης, η λειτουργία τους χαρακτηρίζεται από το χαμηλό επίπεδο θορύβου. Σε σχέση με τη χρήση της πυρηνικής τεχνολογίας η χρήση FC δεν παρέχει απεριόριστες δυνατότητες αποθήκευσης ενέργειας ή υψηλή ταχύτητα, αλλά προσφέρει ικανοποιητικές επιδόσεις με χαμηλότερο κόστος κτήσης και υποστήριξης χωρίς να απαιτείται η απόρριψη επικίνδυνων καταλοίπων. Η βασικότερη τεχνική απαίτηση για το σύστημα AIP-PEMFC αφορά το απαιτούμενο επίπεδο καθαρότητας του υδρογόνου και οξυγόνου που χρησιμοποιούνται στη μονάδα PEMFC που υπάρχει στα υποβρύχια «214» και «212». To αναγκαίο επίπεδο είναι ανάλογο με αυτό που έχει υιοθετηθεί σε εφαρμογές στην Ιατρική, τη Χημική Βιομηχανία κ.α.
Όπως προκύπτει από τα ανωτέρω, η χρήση του συστήματος PEMFC αφορά την κίνηση του Υ/Β σε κατάδυση και σε χαμηλές ταχύτητες μεταξύ 2 έως 6 κόμβων, εφόσον και η ισχύς του είναι σημαντικά μικρότερη του συμβατικού κινητήριου συστήματος, το οποίο συνυπάρχει στα Υ/Β U212A και U214HN, και για τον λόγο αυτό χαρακτηρίζονται «υβριδικά». Άρα, η αυτονομία του συστήματος AIP-PEMFC είναι πεπερασμένη και είναι συνάρτηση της δυνατότητας αποθήκευσης των «πρώτων υλών» του, οξυγόνο και υδρογόνο. Αυτό αποτελεί και το κυριότερο μειονέκτημα της τεχνολογίας πέραν του υψηλού κόστους κτήσης.To υδρογόνο αποθηκεύεται σε ειδικούς κυλίνδρους με τη μορφή μεταλλικού υβριδίου που παρέχει μεγαλύτερη ογκομετρική πυκνότητα σε σχέση με την υγρή κατάσταση. Αντίθετα το οξυγόνο αποθηκεύεται σε υγρή μορφή σε κρυογενικές δεξαμενές υγρού οξυγόνου (LOX).
Ωστόσο, χάρη στο ισχυρότερο συνολικά σύστημα πρόωσης το U214HN παρέχει καλύτερες επιδόσεις εμβέλειας σε κατάδυση σε σχέση με το U212A αλλά και διάρκειας αποστολής. Έτσι η αποστολή του U214HN φθάνει τις 84 ημέρες, του 209/1400 τις 50 ημέρες και του U212A τις 30 ημέρες. Η μονάδα PEMFC του U214HN έχει 320 κελιά και διαστάσεις 176x53x50 cm με βάρος 900 kg σε σχέση με την ανάλογη μονάδα του U212A που έχει 72 κελιά, διαστάσεις 47x47x143 cm και βάρος 650 κιλά, παρά τη σημαντική αύξηση της ισχύος. H μονάδα PEMFC του U214HN παρέχει απόδοση της τάξης του 68% (με φορτίο 20%) και 58% (με πλήρες φορτίο).
Ανάλογη διάταξη έχει χρησιμοποιηθεί και στο πρόγραμμα Neptune II με δύο μονάδες PEMFC των 120 kW. Στο μοναδικό υποβρύχιο, «209/1200», στο οποίο υλοποιήθηκε το πρόγραμμα, στο ΩΚΕΑΝΟΣ έχει προστεθεί ένα τμήμα μήκους 6,5 m που περιλαμβάνει όλο τον εξοπλισμό μαζί με τη δεξαμενή LOX, αλλά όχι τους κυλίνδρους μεταλλικού υβριδίου για την αποθήκευση του υδρογόνου που βρίσκεται σε ξεχωριστό διαμέρισμα για λόγους ευστάθειας. Η μοναδική δεξαμενή LOX τόσο στην κλάση U214HN όσο και στο ΩΚΕΑΝΟΣ βρίσκεται στο ανθεκτικό του σκάφους αντίθετα με την κλάση U212A όπου οι δύο δεξαμενές LOX βρίσκονται στο ανώτερο τμήμα του. Η τοποθέτηση της δεξαμενής LOX εντός του ανθεκτικού του σκάφους παρέχει μεγαλύτερη σχεδιαστική ευελιξία και μειώνει το κόστος.
Συνολικά το υβριδικό σύστημα πρόωσης του U214HN παρέχει μέγιστη διάρκεια αποστολής σε κατάδυση τριών εβδομάδων (!) και εμβέλεια 1.248 ναυτικών μιλίων με ταχύτητα τεσσάρων κόμβων. Το σύστημα ντιζελοκίνησης παρέχει μέγιστη εμβέλεια σε ανάδυση 12.000 ναυτικών μιλίων με ταχύτητα έξι κόμβων αλλά προσφέρει ταχύτητες 20 κόμβων. Με τη χρήση του συστήματος PEMFC σε κατάδυση η μέγιστη ταχύτητα δεν μπορεί να υπερβεί τους επτά κόμβους, αν και θα πρέπει να σημειωθεί ότι η συνήθης ταχύτητα περιπολίας σε κατάδυση είναι 2-8 κόμβοι, ώστε να υπάρχουν υψηλότερες πιθανότητες εντοπισμού στόχων στο σόναρ και εξοικονόμηση ενέργειας.
Συγκριτικά, η τουρκική κλάση Gur/Preveze παρέχει μέγιστη εμβέλεια σε κατάδυση 390 ναυτικά μίλια με ταχύτητα τεσσάρων κόμβων (230 ναυτικά μίλια με ταχύτητα οκτώ κόμβους), μέγιστη εμβέλεια στην επιφάνεια 15.000 ναυτικά μίλια με ταχύτητα τεσσάρων κόμβων και μέγιστη ταχύτητα σε κατάδυση 21,5 κόμβους. Η κλάση 209/1200 Atilay με εκτόπισμα 1.180 τόνους και τέσσερις κινητήρες MTU-12V-493 συνολικής ισχύος 1.790 kW έχει μέγιστη εμβέλεια σε κατάδυση 460 ναυτικά μίλια με ταχύτητα τεσσάρων κόμβων (μέγιστη διάρκεια αποστολής 50 ημέρες), μέγιστη εμβέλεια στην επιφάνεια 11.300 ναυτικά μίλια με ταχύτητα τεσσάρων κόμβων και μέγιστη ταχύτητα σε κατάδυση 22 κόμβους. Ανάλογες ήταν οι επιδόσεις του ΩΚΕΑΝΟΣ πριν την αναβάθμιση με το σύστημα AIP-PEMFC και αφορούν τα τρία ελληνικά «209-1200» στα οποία δεν εφαρμόστηκε το πρόγραμμα.
Σύμφωνα με την HDW, στα σκάφη κλάσης «209» η χρήση αναερόβιας πρόωσης παρέχει δυνατότητα έως και πενταπλασιασμού της εμβέλειας κατάδυσης με ταχύτητα τεσσάρων κόμβων. Ο χρόνος σε κατάδυση επιμηκύνεται σε 14 ημέρες με ταχύτητα τεσσάρων κόμβων και έως οκτώ ημέρες με ταχύτητα έξι κόμβων. Η μέγιστη ταχύτητα με χρήση του AIP-PEMFC φθάνει τους 6-7 κόμβους.
Το U214HN διαθέτει οκτώ τορπιλοσωλήνες (έναντι έξι της κλάσης U212A) των 533 mm (για HWT) με συνολικό απόθεμα 16 τορπίλες. Οι οκτώ επιπλέον τορπίλες έχουν τοποθετηθεί σε σημείο που προσφέρεται για γρήγορη αναχορηγία. Οι τέσσερις τορπιλοσωλήνες μπορούν να χρησιμοποιηθούν για βλήματα UGM-84D Block 1C με εμβέλεια που υπερβαίνει τα 120 km. Η χρήση του παρέχει σημαντικές δυνατότητες επίτευξης πλήγματος εναντίον σκαφών επιφανείας σε αποστάσεις που δεν είναι δυνατό με τη χρήση τορπιλών. Από την άλλη, είναι γνωστό ότι το ΠΝ θεωρεί επικίνδυνη τη χρήση του UGM-84 σε κλειστές θάλασσες όπως το Αιγαίο λόγω της δυνατότητας των εναέριων μέσων να εντοπίσουν τη θέση του Υ/Β από τα καυσαέρια του βλήματος, όταν αποβάλλει πάνω από την επιφάνεια της θάλασσας την ειδική κάψουλα. Ανάλογη θέση έχει λάβει και το Ναυτικό των ΗΠΑ και έχει αποσύρει τα βλήματα UGM-84 από τα υποβρύχιά του, διατηρώντας για τα πλήγματα εναντίον σκαφών επιφανείας ως προσφορότερο μέσο την τορπίλη. Επίσης, εκτιμάται ότι το πλήγμα της τορπίλης μπορεί να επιφέρει πολύ πιο καταστροφικό αποτέλεσμα σε σχέση με την κεφαλή του κατευθυνόμενου βλήματος Sub-Harpoon.
Η «καρδιά» του U214HN είναι το ολοκληρωμένο σύστημα ISUS 90-15 (Integrated Submarine Underwater System) της STN-ATLAS. Αποτελεί εξέλιξη του ISUS-83 που αναπτύχθηκε στη δεκαετία του 80 και χρησιμοποιείται στην κλάση «209». Το ISUS 90-15 ολοκληρώνει το σύνολο των αισθητήρων (σόναρ, περισκόπια), το σύστημα ESM/ELINT, τη ζεύξη δεδομένων, τα ραντάρ και το σύστημα πλοήγησης. Στις λειτουργίες του περιλαμβάνεται η διαχείριση ιχνών, η ανάλυση των απειλών και η «συγχώνευση» της εικόνας των αισθητήρων (multi-sensor fusion).
Η διαμόρφωση για το U214HN περιλαμβάνει πέντε διπλές κονσόλες πολλαπλών λειτουργιών με επίπεδες οθόνες 20 ιντσών, από τις οποίες οι τρεις χρησιμοποιούνται για τα σόναρ και οι δύο για τους τακτικούς αισθητήρες. Ο κύριος αισθητήρας τού ISUS 90-15 είναι αναμφισβήτητα το ενεργό/παθητικό σόναρ CSU-90, το οποίο χρησιμοποιείται επίσης στα U212A αλλά κωδικοποιείται ως DBQS-40FTC.
Το CSU-90 περιλαμβάνει:

Κυλινδρική διάταξη υδρόφωνων (CAH) στο πρωραίο τμήμα που λειτουργεί παθητικά στη συχνότητα 1,10 KHz για τον εντοπισμό και ταξινόμηση των δεδομένων του στόχου.
Κυλινδρική διάταξη μετατροπέων (CTA) που λειτουργεί ενεργά για την εξαγωγή δεδομένων στόχου.
Παθητικό σόναρ μέτρησης απόστασης PRS-3-15 για τον υπολογισμό του διαχωρισμού του στόχου από τη θέση του Υ/Β, της ταχύτητας και της πορείας του.
Κυλινδρική Διάταξη Υποκλοπής (CIA) για την υποκλοπή σημάτων σόναρ.
Σόναρ Αποφυγής Ναρκών (MAS).
Σόναρ πλευρικής διάταξης FAS 3-1 για τον παθητικό εντοπισμό στόχων.

To σόναρ συρόμενης διάταξης TAS (Towed Array Sonar) χαμηλών συχνοτήτων ήταν προαίρεση της σύμβασης, που δεν φαίνεται να ενεργοποιήθηκε παρά τις σποραδικές αναφορές για την ύπαρξή της στα ελληνικά υποβρύχια, αλλά και στον ιστότοπο του ΠΝ δεν υπάρχει σχετική αναφορά στη χρήση του. H προσθήκη της παρ’ όλα αυτά θα ήταν εξαιρετικά χρήσιμη, καθώς ο εντοπισμός στις χαμηλές συχνότητες συνδέεται με το μήκος της διάταξης, που για τις TAS δεν περιορίζεται από τον κύριο όγκο του Υ/Β και μπορεί να φθάσει σε μήκος τις μερικές εκατοντάδες μέτρα.
Επιπλέον, τα U214HN εφοδιάστηκαν με ένα σύγχρονο σύστημα ESM/ELINT που είναι το TIMNEX II της Elbit. Εκτός των διαδικασιών συλλογής πληροφοριών (ELINT) σημειώνουμε τη δυνατότητα του Υ/Β να παρέχει δεδομένα στόχου (target data relay) σε άλλη μονάδα επιφανείας ή Υ/Β ή εναέριο μέσο, όπως τα ελικόπτερα S-70B-6. Το TIMNEX II είναι ένα σύστημα που καλύπτει τις συχνότητες 2-18GHz με δυνατότητα επέκτασης στα 0,5-40 GHz.
Το σύστημα διαθέτει δέκτη IFM (Instantaneous Frequency Measurement), παρέχει πιθανότητα αναχαίτισης σήματος 100%, ακρίβεια αζιμούθιου μικρότερη των δύο μοιρών και ακρίβεια μέτρησης συχνότητας της τάξεως των 1,5 MHz. Το U214HN έχει εφοδιαστεί και με το ηλεκτροοπτικό συγκρότημα ιστού OMS-100 (Optronic Mast System) της Zeiss Optronik που περιλαμβάνει πτυσσόμενη και περιστρεφόμενη περισκοπική διάταξη με χειρισμό από απόσταση μέσω της κονσόλας του συστήματος ISUS 90-15 και όχι τοπικά-χειροκίνητα. Ο ιστός περιλαμβάνει θερμική κάμερα και αποστασιόμετρο λέιζερ και ενσωματώνει περισκόπιο SERO-400 το οποίο χρησιμοποιεί τηλεοπτική κάμερα χαμηλού επιπέδου φωτισμού (LLTV) ή θερμική.
Στο ΩΚΕΑΝΟΣ χρησιμοποιούνται αρκετά υποσυστήματα που συναντούμε και στο U214HN: τακτικό σύστημα ISUS 90-46, ηλεκτροοπτικό συγκρότημα ιστού OMS-100, σύστημα παραπλάνησης τορπιλών CIRCE, Link 11 κ.ά. Με την εξαίρεση της διατήρησης του επιχειρησιακού βάθους στα 250 m, το ΩΚΕΑΝΟΣ δεν υπολείπεται σημαντικά σε επιδόσεις και εξοπλισμό από τα U214HN!
Τα πλέον σύγχρονα Υ/Β του Τουρκικού Ναυτικού (TDK) είναι σήμερα τα οκτώ σκάφη κλάσης U209T1/1400 Preveze και U209T2/1400 Gur .Τα τελευταία είναι σχεδόν πανομοιότυπα με την κλάση Preveze με κυριότερη διαφορά την υιοθέτηση του τακτικού συστήματος ISUS 90-33 έναντι του «προγόνου» του ISUS 83-2 και του σόναρ CSU-90 έναντι του CSU-83/1, ενώ διαθέτουν και σόναρ συρόμενης διάταξης TAS-3. Ως γνωστόν το TDK θα αποκτήσει έξι U214TN με αναμενόμενη παράδοση του πρώτου («Pire Reis») το 2021.
Το πρόγραμμα συνάντησε σημαντικές δυσκολίες και καθυστερήσεις λόγω οικονομικών προβλημάτων αλλά και της τουρκικής απαίτησης για ενσωμάτωση πληθώρας υποσυστημάτων εγχώριας σχεδίασης και προέλευσης: του ESM ARES-2N, του ραντάρ LPI Alper, του λογισμικού για το σύστημα SATCOM, της θερμικής κάμερας του περισκοπίου, του λογισμικού για τις ζεύξεις Link 11/22, του συστήματος αντιμέτρων για τορπίλες Sea Crypsis και του SEDA (Sonar Integration and Control System) της Havelsan που θα ολοκληρωθεί στο ISUS 90-72.
Διαβάστε επίσης