Systemy dla okrętów obrony przeciwminowej - domena polskiej nauki i przemysłu

Za początek tego procesu należy uznać działalność Ośrodka Badawczego Marynarki Wojennej (OBMW), która do dnia dzisiejszego jest kontynuowana na Oksywiu przez AMW, CTM oraz w PG. Główna tematyka prac prowadzonych najpierw w OBMW, a później w strukturach Wyższej Szkoły Marynarki Wojennej (WSMW) dotyczyła pól fizycznych okrętów oraz systemów uzbrojenia broni podwodnej. W pierwszej z wymienionych dziedzin prace objęły zagadnienia dotyczące badań poznawczych pól okrętów oraz aplikacji wyników badań w procesie konstrukcji uzbrojenia morskiego, natomiast w drugiej dziedzinie trałów kontaktowych oraz niekontaktowych trałów elektromagnetycznych.

Wraz z rozwojem elektroniki, metod przetwarzania sygnałów, metod badawczych pól fizycznych okrętów, sprzętu wykorzystywanego do pomiarów, podejmowano ambitne prace badawczo-rozwojowe i wdrożeniowe w zakresie analizy pól fizycznych i ochrony pasywnej okrętów (pól magnetycznych i demagnetyzacji, pól hydroakustycznych i odporności udarowej, pól elektrycznych i ochrony przed korozją, pól cieplnych i radiolokacyjnych) oraz systemów broni podwodnej (min morskich, systemów zwalczania min oraz sonarów itd.). Mając na uwadze potrzebę doskonalenia zarówno okrętowych systemów dowodzenia MW jak i problematyki ich automatyzacji, stosunkowo wcześnie w CTM podjęte zostały prace ukierunkowane na rozwijanie technik i technologii z zakresu zbierania, dystrybucji, zobrazowania i archiwizacji informacji przetwarzanych w tych systemach.

Obchodzona w dniu 5 kwietnia 2016 roku 70. rocznica utworzenia 13 Dywizjonu Trałowców imienia admirała floty Andrzeja Karwety jest doskonałą okazją do podkreślenia roli jaką odegrały AMW, CTM oraz PG, wyposażając okręty Dywizjonu w opracowane przez te organizacje systemy i urządzenia.  W obecnej chwili w strukturze organizacyjnej dywizjonu znajdują się dwie klasy okrętów: trałowce bazowe (jeden trałowiec projektu 207 DM - ORP „Gopło” i cztery trałowce projektu 207 M: ORP „Mamry”, ORP „Śniardwy”, ORP „Wigry”, ORP „Wdzydze”) oraz niszczyciele min wywodzące się z gruntownie przebudowanych i zmodernizowanych trałowców bazowych projektu 206F (trzy niszczyciele min projektu 206 FM: ORP „Czajka”, ORP „Flaming”, ORP „Mewa”).

Znajdujące się na pokładzie wyżej wymienionych okrętów systemy, w większości są efektem kilkudziesięcioletniej współpracy podjętej przez wyżej wspomniane ośrodki naukowe i przedsiębiorstwa. Jednym z nich jest istniejący od ponad trzydziestu lat CTM, który opracował, wdrożył i dostarczył na wspomniane klasy okrętów swoje rozwiązania przede wszystkim z zakresu systemów obrony biernej, systemów broni podwodnej oraz systemów dowodzenia i kierowania środkami walki.

Działalność badawczo-rozwojowa i techniczna CTM w dziedzinie obrony biernej ma swoje początki w OBMW, a w późniejszym czasie w WSMW (Zakład Pól Fizycznych Okrętów w Instytucie Elektroniki i Elektrotechniki oraz Instytut Broni Podwodnej). Budowa trałowców projektu 207 z kadłubami małomagnetycznymi spowodowała radykalne obniżenie ich pola magnetycznego od namagnesowania stałego i indukowanego. Niestety, ujawniła nowe problemy związane z występowaniem pól rozproszonych, magnetycznych i elektromagnetycznych. Powyższe determinowało potrzebę opracowania nowych rozwiązań z zakresu demagnetyzacji uzwojeniowej, badań i minimalizacji pól magnetycznych rozproszonych oraz skonstruowanie systemów kontrolno-pomiarowych pola magnetycznego. Specjaliści z CTM dostarczyli wówczas wiele oryginalnych, chronionych patentami metod i środków technicznych do minimalizacji wspomnianych pól. Wśród nich wymienić należy metody kształtowania namagnesowania trwałego mechanizmów okrętowych, system lokalnych uzwojeń kompensacyjnych urządzeń okrętowych oraz ekrany magnetyczne dla urządzeń prądu stałego i zmiennego.

Zachowując chronologię zrealizowanych w gdyńskim Ośrodku, najważniejszych prac w dziedzinie pola magnetycznego i demagnetyzacji, które znalazły zastosowanie na okrętach projektu 206F, 207 oraz 206 FM, na pierwszym miejscu należy wymienić pracę o kryptonimie „Świergotek”. W jej ramach opracowano metodę demagnetyzacji i kształtowania pola okrętów, w tym trałowców bazowych projektów 206F i 207. Kolejny projekt noszący nazwę „Piegża” miał na celu zaprojektowanie i budowę maszyn i urządzeń elektrycznych o zminimalizowanych polach zewnętrznego rozproszenia, która znalazły się na wyposażeniu trałowców projektu 207. W kolejnych latach zrealizowano projekty koncepcyjne, wstępne i techniczne systemów demagnetyzacyjnych oraz kompensacji uzwojeniowej mechanizmów m.in. dla serii trałowców małomagnetycznych oraz niszczycieli min.

Mając na uwadze bieżące i perspektywiczne potrzeby MW w zakresie projektowania nowych systemów obrony pasywnej okrętów i uzbrojenia broni podwodnej w CTM w latach 1986-1991 zbudowano zespół unikalnych laboratoriów badawczych posiadających akredytacje PCA. Laboratoria te zabezpieczają prowadzenie prac rozwojowych i wdrożeniowych dla nowo projektowanych i modernizowanych okrętów, głównie obrony przeciwminowej (OPM). Laboratoria wykorzystywano do wykonania prac w zakresie rozmagnesowania zespołów napędu głównego, agregatów prądotwórczych oraz armat okrętów projektu 207 i wtedy też wyznaczono również optymalne parametry pracy kompensacji uzwojeniowej.

Przeprowadzona „obróbka magnetyczna” mechanizmów przed ich instalacją na trałowcach bazowych projektu 207, zapewniła właściwe ukształtowanie pola od namagnesowania stałego oraz jego stabilizację. Podobnie jak w przypadku pól magnetycznych okrętów również zagadnienia dotyczące minimalizacji pól hydroakustycznych posiadają tradycje sięgające okresu przed powstaniem CTM. Zagadnienia te były przedmiotem prac realizowanych w OBMW w okresie obejmującym przygotowanie prac teoretycznych i doświadczalnych, do procesu projektowania trałowców o małomagnetycznym kadłubie.

Rezultatem podjętych prac było określenia głównych źródeł szumów podwodnych generowanych przez okręt. W zakresie zagadnień związanych z minimalizacją pól hydroakustycznych, w związku z realizacją przez ekspertów z CTM kolejnego tematu, między innymi opracowano i wdrożono szereg elementów podatnych (tzw. amortyzatorów). Spełniały one zadania izolacji drgań przenoszonych z silników napędu głównego i agregatów prądotwórczych oraz kompensacji obciążeń udarowych mechanizmów okrętowych, spowodowanych wybuchami podwodnymi. Co istotne zastosowanie amortyzatorów do kompleksowego posadowienia mechanizmów okrętowych spowodowało ponad 20-krotne obniżenie obciążeń udarowych tych mechanizmów.

Wartym podkreślenia jest również fakt, że pracownicy CTM ściśle współpracując z polskim przemysłem okrętowym i instytucjami naukowymi opracowali i wdrożyli wiele systemów antykorozyjnej ochrony katodowej także z funkcją minimalizacji pola elektrycznego okrętu, w tym na okrętach 13 Dywizjonu Trałowców. Początkowo w systemach stosowano anody ołowiano-srebrne (systemy zainstalowane na jednostkach projektu 207). Natomiast opracowana  z udziałem Politechniki Śląskiej technologia wykonywania anod z tytanu pokrywanego tlenkiem irydu, znalazła zastosowanie na niszczycielach min, w postaci anod polaryzacyjnych.

Działalność badawczo-naukowa i rozwojowa CTM w zakresie systemów broni podwodnej zakończona wdrożeniami  uzbrojenia i wyposażenia okrętów, została zainicjowana w  połowie lat osiemdziesiątych. Wówczas to podjęto prace nad nową odmianą trałowca bazowego, noszącego oznaczenie 207 M. Zmodernizowano wtedy pierwotny projekt okrętu typu 207P, zastępując radzieckie stacje hydrolokacyjne MG-79 i MG-89, służące do wykrywania min dennych i kotwicznych, krajową stacją hydrolokacyjną SHL-100. Stacja ta jest efektem współpracy rozpoczętej w 1983 roku pomiędzy CTM i PG. Prace badawczo-rozwojowe trwały od 1992 roku, a już dwa lata później stacja przeszła badania kwalifikacyjne, lecz mimo to nie weszła na uzbrojenie MW.

Dopiero jej zmodernizowana wersja SHL-100 M, została zamontowana w 1995 roku na trałowcu o nr burtowym 646. Kolejna modernizacja polegająca na zastosowaniu skaningu nadawczego i budowie nowej konsoli operatora, miała miejsce w latach 1995-1997. Obecnie w stacje hydrolokacyjne SHL-100 AM wyposażonych jest sześć okrętów MW RP. SHL-100 AM jest sonarem jedno częstotliwościowym, rezonansowym, działającym w zakresie niskich częstotliwości, zapewniających dalekie zasięgi wykrycia min dennych i kotwicznych oraz innych obiektów podwodnych. Do nadawania i odbioru sygnałów akustycznych stacja wykorzystuje jeden nadawczo-odbiorczy przetwornik hydroakustyczny. Realizowane zadania to detekcja i klasyfikacja minopodobnych obiektów podwodnych oraz archiwizacja danych i ich zobrazowanie. Sonar może śledzić równocześnie, w trybie automatycznym do 10 celów.  Zmieniające się scenariusze operacji przeciwminowych oraz nowe zagrożenia wymusiły konieczność ciągłego unowocześniania systemów sonarowych.

W odpowiedzi na to na przestrzeni lat 2000-2006 w CTM skonstruowano trójczęstotliwościową, szerokopasmową, podkadłubową stację hydrolokacyjną SHL-101/T. Jest ona przeznaczona do detekcji i klasyfikacji min dennych i kotwicznych, w tym min trudno wykrywalnych. Stacja wyposażona jest w nowoczesne przetworniki hydroakustyczne wyprodukowane przez francuską firmę Thales Underwater Systems, natomiast zastosowanie sygnałów FM umożliwiło wprowadzenie kompresji impulsu, prowadzącej do znacznego wzrostu stosunku sygnału do szumu oraz uzyskania kilkucentymetrowej rozdzielczości wgłębnej. Ta cecha znacząco zwiększyła osiągi w zakresie detekcji i klasyfikacji min wykonanych w technologii stealth, w akwenach o wysokim poziomie szumów.

Realizowane przez SHL-101/T zadania, to przede wszystkim poszukiwanie min w wodach płytkich i głębokich o silnym uwarstwieniu toni wodnej i wysokim poziomie zakłóceń do stanu morza 4 i prędkości okrętu do 6 węzłów, tryby pracy: LF (detekcja dalekiego zasięgu, klasyfikacja głębokościowa), HF (detekcja wysokiej rozdzielczości) oraz VHF (klasyfikacja metodą cienia akustycznego), detekcja i klasyfikacja obiektów podwodnych leżących na dnie akwenu (min dennych), min pływających, podwieszonych i kotwicznych, śledzenie obiektów podwodnych oraz archiwizacja i odtwarzanie zobrazowań wyników sondażu. Prototyp urządzenia zainstalowano na ostatnim z serii trałowcu proj. 207M - ORP „Wdzydze” w 2006. Jeszcze w grudniu 2006 r. odbyły się pierwsze próby morskie na Zatoce Gdańskiej, w trakcie których sonar wykrył postawione miny kotwiczne oraz minę denną. Do dnia dzisiejszego stacja hydrolokacyjna SHL-101/T znajduje się na wyposażeniu trałowca ORP „Wdzydze”.

Poza systemami detekcji i klasyfikacji min morskich na okrętach Dywizjonu zastosowano opracowane w CTM systemy neutralizacji min morskich. Są to m.in. zdalnie odpalane ładunki wybuchowe do niszczenia min „Toczek”. Zastosowano w nich oryginalną metodę aktywacji zapalników za pomocą kodowanych sygnałów hydroakustycznych. Ładunki „Toczek A” i „Toczek B” są przenoszone przez produkowany przez PG pojazd podwodny „Ukwiał”, sterowany kablem światłowodowym z konsoli okrętowej. Natomiast ładunek typu „C” przenoszony jest przez płetwonurka. Wartym zauważenia jest fakt, że okręty projektu 206 FM obok posiadanych stacji hydrolokacyjnych, pojazdów podwodnych, ładunków do niszczenia min charakterystyczne dla klasy niszczycieli min, zachowały również swoje uzbrojenie trałowe charakterystyczne dla klasy trałowców.

Na ich wyposażeniu znajdują się trały kontaktowe z przecinakami mechanicznymi i wybuchowymi MT-2W, oraz elektromagnetyczne pętlowe – TEM-PE-2MA, które zostały opracowane w gdyńskim Ośrodku. Ponadto okręty Dywizjonu przystosowane są do wykorzystania opracowanego w CTM i wdrożonego do produkcji, wzbudnikowego trału akustyczno-magnetycznego „PROMIENICA”. Trał zwalcza miny morskie z niekontaktowymi zapalnikami, reagującymi na pola akustyczne i magnetyczne, w płytkich akwenach morskich o głębokości od 5 do 40 metrów. Głównymi podzespołami trału są elementarne wzbudniki pola magnetycznego, generator pola akustycznego i układ kontrolno-sterujący. Najważniejszą cechą trału jest precyzyjne oddziaływanie na minę poprzez generowanie/symulowanie pól fizycznych na podstawie znanych i rozpoznanych rozkładów przestrzennych pola magnetycznego oraz widma amplitudo-częstotliwościowego pola hydroakustycznego wybranego okrętu.

W zakresie systemów uzbrojenia minowego prace badawczo-rozwojowe, jak i wdrożeniowe, których efektem są wprowadzane na uzbrojenie MW RP zmodernizowane i zupełnie nowe systemy, pierwotnie realizowane były w OBMW, następnie zaś w WSMW, AMW i CTM. Wymieniając je w porządku chronologicznym, należy zacząć od Morskiej Miny Dennej (MMD-1). Jest to pierwsza mina morska zaprojektowana i wykonana w Polsce. Mina ta wyposażona jest w niekontaktowy, trójkanałowy (akustyczny, magnetyczny, ciśnieniowy) zapalnik o parametrach zadziałania nastawianych mechanicznymi przełącznikami. Jej udoskonaloną wersją jest Morska Mina Denna (MMD-2), która jest również wyposażona w niekontaktowy zapalnik trójkanałowy. Posiada jednak większą masę ładunku wybuchowego oraz wyposażona jest w programator parametrów zadziałania zapalnika. Obydwa typy min mogą być stawiane zarówno z pokładu okrętu typu 206FM jak i 207M.

Podążając za światowymi trendami aby podnieść efektywność wykorzystania okrętów i zainstalowanych na nich systemów, specjaliści z CTM zaczęli integrować uzbrojenie i sprzęt  we wspólny, wielofunkcyjny okrętowy system walki. Budowę pierwszego polskiego zautomatyzowanego systemu dowodzenia i kierowania uzbrojeniem broni podwodnej dla okrętów obrony przeciwminowej rozpoczęto w CTM w 1991 roku w ramach pracy badawczo-rozwojowej i wdrożeniowej. Badania kwalifikacyjne miały miejsce w 1996 roku, natomiast prace wdrożeniowe trwały do 1999 roku. Rok później CTM rozpoczął produkcję seryjną systemu „Pstrokosz”, w ramach którego wykonano i zamontowano na okrętach wchodzących w skład 13 Dywizjonu Trałowców cztery instalacje systemu.

Podstawowym przeznaczeniem systemu dowodzenia i kierowania uzbrojeniem broni podwodnej jest zintegrowanie podsystemów okrętowych w jedno spójne środowisko wspomagania dowodzenia okrętem. Elementami systemu są podsystemy wspomagania dowodzenia, zintegrowany podsystem nawigacyjny, zintegrowany podsystem łączności oraz sensory i efektory jak stacja hydroakustyczna, pojazd podwodny, trały oraz systemy neutralizacji min. Elementem integrującym zainstalowane na okręcie systemy, podsystemy i urządzenia jest system wspomagania decyzyjnego, pracujący w oparciu o wielofunkcyjne konsole operatorskie. Zapewniają one syntetyczne zobrazowanie sytuacji taktycznej wokół okrętu umożliwiając jednocześnie wykorzystanie zasobów okrętu, stosownie do realizowanego zadania i uprawnień operatora. Budowę kolejnej generacji systemu funkcjonującego pod nazwą „Bełtwa” odpowiedzialnego za kierowanie bronią podwodną rozpoczęto w CTM w 2002 roku.

Dwa lata później przeprowadzono badania kwalifikacyjne prototypu i jego instalację na okręcie przeciwminowym projektu 207. Egzemplarz partii próbnej systemu został zainstalowany na okręcie projektu 206FM w 2006 roku. System przeznaczony jest do wspomagania procesu planowania typowych misji przeciwminowych i minowych okrętu. Wspomaga proces decyzyjny w zakresie wykorzystania środków technicznych i uzbrojenia oraz manewrowania okrętem, podczas wykonywania zadań bojowych związanych z poszukiwaniem, niszczeniem i stawianiem min morskich. Zasadniczymi elementami systemu są: oprogramowanie podsystemu wspomagania dowodzenia, konsola operatorska, okrętowa lokalna sieć komputerowa oraz sieciowe interfejsy sprzętowo-programowe umożliwiające wymianę danych pomiędzy systemem „Bełtwa”, a integrowanymi urządzeniami okrętu.

Dostarczone przez CTM wyspecjalizowane systemy dedykowane dla okrętów przeciwminowych stały się szczególnie istotne dla jednostek wchodzących w skład 13 Dywizjonu Trałowców, wraz z wejściem Polski do struktur NATO. Wtedy bowiem postawiono siłom morskim nowe zadania związane z ich przygotowaniami do udziału w ćwiczeniach sojuszniczych oraz wydzielania okrętów do komponentów morskich sojuszu.

Odtąd okręty 13. Dywizjonu Trałowców stale biorą udział w ćwiczeniach na Morzu Bałtyckim i Morzu Północnym takich jak: „SANDY COAST”, „PASSEX”, „BALTOPS”, „BLUE GAME” (MARINER), „STRONG RESOLVE”, „ANGLER", „NORTHERN LIGHT”, „NORTHERN COASTS”, „SQNEX”, „MCOPLAT”, „DANEX”, „JOINT WARRIOR” oraz „OPEN SPIRIT”. Dodatkowo od 2002 roku okręty projektu 206FM były dziewięciokrotnie wydzielane do udziału w Stałym Zespole Sił Obrony Przeciwminowej NATO (SNMCMG-1, dawniej MCMFN), będącymi najbardziej elitarnymi międzynarodowymi zespołami okrętów przeciwminowych na świecie. 

Dotychczasowa współpraca polskich podmiotów przemysłowych i naukowych w dziedzinie rozwoju uzbrojenia i systemów przeciwminowych, ma wielkie szanse na osiągnięcie w najbliższym czasie kolejnego sukcesu. Na koniec 2016 roku zaplanowano dostawę dla MW, z przeznaczeniem do służby w strukturze organizacyjnej 13 Dywizjonu Trałowców, nowoczesnego niszczyciela min ORP „Kormoran”.

Jego budowa realizowana jest od września 2013 roku. Ośrodek opracował i wdraża na nim Okrętowy System Dowodzenia i Kierowania Środkami Walki oraz dostarcza także na ten okręt system obrony pasywnej (minimalizacji pól fizycznych), szereg wyspecjalizowanych sensorów (m. in. stacji hydrolokacyjnej SHL-101/TM i SHL-300) oraz efektorów (m. in. ładunków do niszczenia min morskich „Toczek”). Co istotne CTM pełni również rolę integratora wszystkich komponentów wchodzących w skład tzw. „systemu walki” tego okrętu.

Hubert Jando, OBR CTM S.A.