Phương hướng phát triển các phương tiện thông tin liên lạc cho tàu ngầm (Phần 1)

Một trong những yếu tố chính để góp phần vào tác chiến thành công trên biển là liên lạc bằng giọng nói và trao đổi dữ liệu số (bao gồm cả truyền hình ảnh và thông tin video).

Trong điều kiện hiện đại, việc sử dụng hiệu quả tàu ngầm (SS) trong một không gian thông tin và liên lạc duy nhất (UICS) đòi hỏi liên lạc hai chiều đáng tin cậy với các tàu nổi (NS), hàng không và các trung tâm kiểm soát ven biển.

Đồng thời, để giảm nguy cơ bị đối phương phát hiện tàu ngầm khi truyền đi lượng dữ liệu cần thiết, thời gian của phiên liên lạc phải được đảm bảo trong giới hạn nhất định.

Việc thực hiện yêu cầu này là một trong những hướng quan trọng trong việc phát triển các hệ thống và phương tiện thông tin liên lạc, cùng với việc đảm bảo hiệu quả cao, bí mật và khả năng chống ồn.

Có các hình thức liên lạc chính sau đây với tàu ngầm: liên lạc bằng âm thanh, quang học và vô tuyến. Máy thu hoạt động trong dải sóng siêu dài (VLF) cung cấp khả năng liên lạc một chiều với tàu ngầm đang ở vị trí chìm (ở độ sâu kính tiềm vọng hoặc sử dụng ăng-ten paravane kéo theo).

Để liên lạc 2 chiều, tất cả các tàu ngầm hiện đại đều được trang bị bộ thu phát sóng hoạt động ở dải tần truyền thống HF (10–100 m), VHF (1–10 m) và decimet (0,1–1 m).

Để hoạt động trong dải tần số vô tuyến, hầu hết chúng cũng được trang bị thiết bị đầu cuối cho hệ thống thông tin vệ tinh.

Hoạt động đẩy mạnh nghiên cứu đang được thực hiện ở một số quốc gia nhằm tạo ra các phương tiện thông tin liên lạc âm thanh, quang học tiên tiến hơn và đánh giá triển vọng của các phương pháp liên lạc dưới nước mới (cảm ứng từ, siêu âm và các phương tiện khác), cũng như phát triển và thực hiện phương pháp phần mềm - phần cứng để tối ưu hóa các phương tiện này.

Phương tiện thông tin liên lạc vô tuyến. Được thiết kế để nhận tin nhắn với tốc độ truyền thấp (khoảng 450 tin nhắn văn bản mỗi phút) từ các trung tâm ven biển, đối với tàu ngầm ở vị trí chìm dưới nước, các dải tần số được sử dụng: VLF (SLF, 30–300 Hz), VLF (VLF, 3– 30 kHz) và ELF (ELF, 3–30 Hz).

Với sự phát triển của công nghệ truyền thông, máy phát VLF bắt đầu được sử dụng, tín hiệu xuyên sâu xuống biển với khoảng cách lên đến 40 m.

Ở châu Âu, các máy phát này được sử dụng ở Anh, Đức và Na Uy và được sử dụng vì lợi ích của lực lượng hải quân các nước Tổ chức Hiệp ước Bắc Đại Tây Dương (NATO).

Hải quân Mỹ cũng có các sở chỉ huy trên không được thiết lập trên máy bay E-6B Mercury, được trang bị máy phát VLF với ăng-ten lưỡng cực kéo dài khoảng 8,5 km.

Để đảm bảo liên lạc 2 chiều giữa tàu ngầm và tàu vũ trụ (SC), tàu nổi, trung tâm hàng không và ven biển, sóng vô tuyến từ HF đến dải decimet được sử dụng, mang lại tốc độ truyền dữ liệu cao trên một khoảng cách xa.

Nhược điểm chính của loại hình liên lạc này là cần tàu phải nổi lên mặt nước để nhận tín hiệu ở độ sâu kính tiềm vọng hoặc thả một ăng-ten kéo (dài hơn 100 m) xuống độ sâu dưới 100 m.

Để giảm nhiễu, cũng như tăng khả năng chống nhiễu của tín hiệu, các phương pháp phần mềm và phần cứng khác nhau được sử dụng (công nghệ nén dữ liệu, phương pháp điều chế kỹ thuật số mới và các phương pháp khác), cũng như tối ưu hóa cấu trúc liên kết của mạng truyền thông.

Trong hầu hết các mạng hiện có, để tổ chức một phiên liên lạc với tàu ngầm, phương pháp "máy khách-máy chủ" được sử dụng, khi liên hệ giữa các thuê bao được thiết lập trước, điều này làm tăng tổng thời gian phiên liên lạc.

Tổi ưu nhất là tổ chức một phiên liên lạc gọi là lưu trữ trung gian (lưu trữ và chuyển tiếp). Một ví dụ về mạng dựa trên nguyên tắc này là mạng liên lạc tự động tích hợp Rifan-2 do công ty Airbus phát triển, được trang bị tất cả 4 tàu ngầm hạt nhân mang tên lửa đạn đạo (SSBN) loại Triumfan và sáu SSBN lớp Rubis, cũng như các tàu nổi thuộc các lớp chính của Hải quân Pháp.

Tính năng quan trọng là khả năng trao đổi dữ liệu trong băng tần HF và VHF thông qua giao thức Internet tốc độ cao (HT IP) với tốc độ 32–128 Mbps.

Hoạt động của mạng Rifan-2 liên quan đến việc truyền dữ liệu đến một thuê bao "chuyển tuyến" (ví dụ, một tàu nổi trong phạm vi tầm nhìn) với việc truyền lại sau đó tới người nhận địa chỉ cuối cùng.

Trong trường hợp này, dữ liệu được truyền ngay sau khi tàu ngầm lên độ sâu kính tiềm vọng và nâng ăng-ten lên và chỉ mất hàng chục giây, không giống như hệ thống liên lạc vệ tinh Syracuse (SCC) cần hàng chục phút để tổ chức liên lạc.

Thuật toán vận hành mạng Rifan-2 cung cấp việc phân bổ mức độ ưu tiên cho một chiếc thuyền nhất định trong toàn bộ băng tần có sẵn và sự lựa chọn tuyến đường tối ưu trong trao đổi dữ liệu mạng của một số người dùng.

Phương tiện liên lạc vệ tinh. Trong gần 40 năm, Hải quân Mỹ đã sử dụng hệ thống phụ vệ tinh để trao đổi thông tin với tàu ngầm (SSIXS - Submarine Satellite Information Exchange Sub-System) như một phần của hệ thống liên lạc vệ tinh hàng hải UHF cho các hoạt động của tàu ngầm trong UICS.

Với việc thay thế thiết bị bằng thiết bị thương mại và sử dụng giao thức Internet, các thiết bị đầu cuối cũng có thể hoạt động với Muos SCC (MUOS - Hệ thống Mục tiêu Người dùng Di động) được thông qua vào năm 2019.

Khả năng của một mạng cho phép trao đổi dữ liệu thoại, dữ liệu kỹ thuật số và video với tốc độ lên đến 384 kbaud (kbps) với gần 120 người tham gia di động dưới sự điều khiển của trung tâm thu phát trên bờ, xác định phương thức và thông số liên lạc giữa một số nhóm.

Năm 2012, Bộ Tư lệnh Tác chiến Không gian và Hải quân (Space and Naval Warfare Command-SPAWAR) (từ năm 2019 đổi tên thành Bộ Tư lệnh tác chiến Thông tin Hải quân - Naval Information Warfare Systems Command - NAVWAR) của Hải quân Mỹ đã chấp thuận yêu cầu đề xuất phát triển, tạo và hỗ trợ kỹ thuật cho phần mềm hợp nhất của dự án “Vô tuyến tàu ngầm chung” (CSRR).

Hệ thống này ban đầu được thiết kế để trang bị cho các SSBN chiến lược lớp Ohio, và sau đó một quyết định đã được phê duyệt để lắp đặt chúng trên các SSBN đa năng Virginia, Seawolf và Los Angeles.

Tổ hợp phương tiện CSRR bao gồm: Hệ thống mạng kỹ thuật số tự động (ADNS – Automated Digital Network System); máy thu phát kỹ thuật số (DMR - Digital Modular Radio); các thiết bị đầu cuối của hệ thống phát sóng toàn cầu (GBS - Global Broadcasting System); hệ thống nhắn tin đơn cho tàu ngầm (SSMS - Submarine Single Messaging System) và các thiết bị khác. Các công cụ này cho phép trao đổi thông tin được mã hóa cả trong cơ sở hạ tầng của Bộ Quốc phòng Mỹ và với các nước đồng minh.

Đặc biệt, mạng ADNS cung cấp thông tin liên lạc của nhiều phương tiện khác nhau qua giao thức Internet với tốc độ cao (lên đến 25 Mbps cho tàu ngầm và lên đến 50 Mbps cho tàu nổi).

DMR AN / USC-61, tích hợp với hệ thống thông tin vệ tinh "Muos", hoạt động trong dải tần 2 MHz-2 GHz và hỗ trợ tiêu chuẩn thông tin di động 3G (WCDMA).

Trên các tàu ngầm Virginia, các thiết bị đầu cuối vệ tinh WSC-6 và USC-38 được lắp đặt trước đây đang được thay thế bằng thiết bị đầu cuối đa băng tần (NMT – Navy Multi-band Terminal) do Raytheon sản xuất.

Sự hiện diện của hai ăng-ten giúp nó có thể trao đổi dữ liệu với tốc độ lên đến 256 kbps đồng thời trong băng tần vi ba (3–30 GHz) và EHF (30–300 GHz) với tất cả các hệ thống thông tin vệ tinh chính. Khi hoạt động trong dải vi ba (ở tần số 12-18 GHz), tốc độ đường truyền tăng lên, đảm bảo việc trao đổi dữ liệu thoại và dữ liệu kỹ thuật số, hình ảnh và video.

Từ năm 2005-2017, tập đoàn quốc tế Thales đã phát triển mạng truyền thông tích hợp Akvilon (AQUILON), lần đầu tiên được xây dựng hoàn chỉnh trên cơ sở giao thức Internet.

Phương tiện thông tin liên lạc dưới nước. Một trong những công việc quan trọng nhất trong lĩnh vực này là cải tiến các phương tiện liên lạc âm thanh, hoặc âm thanh dưới nước (ZPS). Ưu điểm chính là không cần tàu ngầm phải nổi lên mặt nước để thực hiện một phiên liên lạc.

Tuy nhiên, chất lượng của kiểu liên lạc này phụ thuộc vào một số thông số môi trường tại một thời điểm cụ thể (mật độ, nhiệt độ, độ mặn và cấu hình vận tốc âm thanh), đòi hỏi các phương pháp phần cứng và phần mềm bổ sung từ các công cụ EPS để cải thiện nó.

Các thiết bị hiện có của mạng ZPS, chẳng hạn như các thiết bị dòng UT-2200/3000 được sử dụng rộng rãi ở các nước NATO (do công ty L3 ELAC Nautik của Đức sản xuất), có khả năng lựa chọn tối ưu từ cơ sở dữ liệu máy tính trên bo mạch các tùy chọn khác nhau cho các chương trình và thông số truyền thông, có tính đến vị trí của người đăng ký và điều kiện môi trường (bao gồm cả loại điều chế và mã hóa ở cấp độ phần cứng, phần mềm).

Mạng âm thanh dưới nước UT-3000 sử dụng tần số hoạt động trong dải từ 1-60 kHz (trong các bước 50 Hz) với băng thông 300 Hz-3 kHz cho điện thoại, 800 Hz cho điện báo và 4-30 kHz cho kỹ thuật số dữ liệu.

Tốc độ dữ liệu lên đến 1 kbaud, nhưng thông qua việc sử dụng các phương pháp dịch pha vuông góc (QPSK) và điều chế tần số đa cấp (MFSK), nó có thể được tăng lên 4-9 kbaud.

Phạm vi liên lạc có thể đạt được phụ thuộc vào tốc độ truyền và thay đổi từ 17 (với tốc độ lên đến 1 kbaud) đến hơn 35 km (50 baud). Dữ liệu đã cho thu được trong điều kiện biển lặng.

Để nhận và truyền thông tin, nhiều loại bộ chuyển đổi khác nhau được sử dụng: tích hợp sẵn như WB54 - cho tàu nổi và WB55 - cho tàu nổi và tàu ngầm. UT-3000 cũng tương thích với các bộ chuyển đổi cũ hơn được sử dụng với UT-12/2000.

(Còn tiếp)

Hạ Thảo (lược dịch)

Không quân Mỹ rút các máy bay F-15 khỏi Nhật Bản và thay thế bằng F-22

Không quân Mỹ đang rút các máy bay F-15 khỏi đảo Okinawa của Nhật Bản và thay thế bằng máy bay chiến đấu F-22.

Nga có thể sử dụng vi mạch từ các thiết bị gia dụng để sản xuất vũ khí?

Liệu Nga có thể sử dụng vi mạch từ các thiết bị gia dụng để sản xuất vũ khí?

Nhật Bản lập bộ chỉ huy chung mới để quản lý các lực lượng vũ trang

Nhật Bản đang tiến hành thiết lập một bộ chỉ huy chung mới và một vị trí sĩ quan chỉ huy mới để giám sát 3 đơn vị Lực lượng Phòng vệ Nhật Bản (SDF) và phối hợp tốt hơn với quân đội Mỹ trong những trường hợp khẩn cấp.