(Октябрь 2001)
Подводные коммуникации – дело крайне непростое. Инженеры многие десятилетия бьются над созданием надежных и дальнодействующих систем связи для подводников, однако вплоть до нынешнего времени для приема и передачи сообщений на глубине чаще всего продолжают использовать несложные устройства под названием гидрофоны.
Но звуковые волны в океане имеют тенденцию разбегаться во всех направлениях, многократно отражаясь от дна и поверхности воды, плюс активно интерферируя с собственными отражениями. Поэтому даже на сравнительно небольших расстояниях акустический сигнал от одного гидрофона до другого доходит зачастую в чудовищно искаженном виде, слабо поддающемся восстановлению и пониманию.
Так что более-менее приличные результаты связи эта техника дает лишь на больших глубинах, а для дальней связи с берегом или другими кораблями подлодкам приходится либо всплывать, либо использовать плавающую на поверхности антенну. И тот, и другой метод, ясное дело, плохо подходят для тайных операций, которые так любят возлагать на субмарины.
Новая оригинальная идея недавно пришла в голову Джефу Эдельману (www.geoffreyedelmann.com) и его коллегам по Институту океанографии в Сан-Диего. Они решили воспользоваться для связи специфической методикой эхолокации, обычно применяемой на флоте при поиске вражеских подводных лодок и именуемой «акустическое обращение времени».
Для проверки своей идеи в 10 километрах от берега за борт лодки ученые опустили трос длиной 80 метров, на котором были закреплены 32 гидрофона. Бетонный блок-якорь на одном конце троса и буй на другом обеспечили стабильное расположение этой вертикальной гирлянды датчиков в воде.
А затем с помощью гидрофона, опущенного в воду около берега и имитирующего в эксперименте субмарину, был издан контрольный сигнал-свисток. Звук этого свистка, всячески искаженный отражениями и интерференцией волн, был записан каждым из гидрофонов на «стойке», расположенной далеко в море. Сигналы регистрировались так, чтобы их было можно воспроизвести в обратном порядке. И именно в таком виде «задом наперед» эти сигналы были вновь одновременно воспроизведены в ответной передаче для гидрофона у берега. Поскольку волны сигналов путешествовали точно в той же среде, то отражение и интерференция волн вновь восстановили форму первоначального контрольного свистка точно в том месте, откуда он был послан – т.е. в гидрофоне у берега.
Когда концептуально возможность надежной передачи сигнала была подтверждена, исследователи приступили к манипуляциям с записанными звуками, чтобы обеспечить коммуникационный канал для передачи информации. Для начала был реализован простейший двоичный код: отправление простого обращенного во времени сигнала-свистка означало цифровую «1», а инверсия фона, записанного накануне фиксации свистка – цифровой «0». С помощью такой системы удалось осуществить качественную передачу информации с частотой 1 килогерц.
Но наибольший интерес вызывает даже не столько новый способ передачи информации на глубине, а то, что он по самой своей природе оказывается защищенным от перехвата третьей стороной. Воссоздать первоначальную форму сигнала можно лишь в уникальной точке пространства – в той, для которой передача предназначена. Во всех остальных точках приема сигнал представляет собой бессмысленную мешанину звуков.
Основной источник:
Reversed broadcasts key to underwater secrecy, New Scientist, 2001.10.22
#
Другие материалы по теме транскоммуникаций между средами с разными физическими свойствами:
BackDoor, или нелинейная магия ультразвука
Тайны шпионов на благо народа
kiwi arXiv 