Voda klade pohybujícím se tělesům osmsetkrát větší odpor než vzduch, což pod hladinou po desetiletí drželo rychlostní rekordy zkrátka. Sovětští inženýři však fyzikální bariéru obešli tím, že kolem zbraně vytvořili vlastní obal z horkého plynu.
Když se v dobách studené války plánovaly podmořské operace, jak dokládají odtajněné historické svazky v americkém národním archivu NARA i souhrnné záznamy v britském národním archivu The National Archives, hlavním měřítkem byla nenápadnost a dosah konvenčních zbraní. Standardní torpéda poháněná elektromotory nebo paroplynovými turbínami dosahovala rychlostí nanejvýš kolem padesáti uzlů, což odpovídá necelým sto kilometrům v hodině. Jakýkoliv pokus o vyšší rychlost okamžitě narazil na neúprosné hydrodynamické tření vody o trup. Sovětský konstruktérský tým vedený Michailem Merkulovem ve vědeckém ústavu NII24 se však rozhodl vydat zcela jinou cestou a vyvinul superkavitační torpédo VA111 Škval, které pod hladinou překonalo hranici tří set sedmdesáti kilometrů v hodině.
Co je to superkavitace a jak vzniká plynový štít
Pro pochopení této nevídané rychlosti je nutné nahlédnout do fyziky tekutin. Voda klade pohybujícímu se tělesu zhruba osmsetkrát větší odpor než vzduch. Tento odpor roste se čtvercem rychlosti, což znamená, že zdvojnásobení rychlosti vyžaduje čtyřnásobek energie. Pokud se však těleso pohybuje vodou dostatečně rychle, dojde na jeho ostrých hranách k prudkému poklesu tlaku. Podle Bernoulliho principu klesne místní tlak kapaliny pod tlak nasycených par a voda začne při dané teplotě okamžitě vařit. Kolem tělesa se vytvoří mikroskopické bublinky páry, což je jev známý jako běžná kavitace.
Zatímco u lodních šroubů kavitace způsobuje erozi kovu a ztrátu tahu, sovětští vědci ji obrátili ve svůj prospěch. Vytvořili takzvanou superkavitaci, kdy jediná obrovská bublina obklopí celý trup zbraně. Na samotné špici torpéda Škval se nachází speciálně tvarovaný tupý disk zvaný kavitátor. Když se torpédo rozjede, kavitátor rozráží vodu takovou silou, že se proud kapaliny odtrhne od povrchu a vytvoří protáhlou plynovou dutinu. Trup torpéda se tak vůbec nedotýká okolní vody a pohybuje se uvnitř bubliny s minimálním třením, podobně jako raketa letící vzduchem.
Aby bublina nezkolabovala vlivem obrovského hydrostatického tlaku v hloubce desítek metrů, inženýři systém vylepšili o umělé dotování plynem. Za kavitátorem na přídi jsou umístěny speciální trysky vyvíječe plynu. Tyto trysky pumpují do vznikající kaverny horké spaliny z raketového generátoru. Plynová bublina se tím stabilizuje, prodlouží a udrží si stálý tvar po celou dobu běhu motoru, což umožňuje zbrani dosahovat neuvěřitelné rychlosti přes dvě stě uzlů.
Raketový pohon a tah desítek tun pod vodou
Běžný lodní šroub by v plynné bublině okamžitě ztratil jakoukoliv účinnost, protože by točil naprázdno. Konstruktéři proto museli Škval vybavit plnohodnotným raketovým pohonem. Zbraň opouští standardní torpédomet ráže pět set třicet tři milimetrů pomocí pomocného startovacího motoru na tuhé palivo, který ji urychlí na počáteční rychlost kolem padesáti uzlů. V této fázi se otevře kavitátor na špici a začne se tvořit ochranná kaverna.
Následně se zažehne hlavní maršový raketový motor. Ten spaluje tuhé palivo v kombinaci s kapalinou na bázi hydroreaktivního hliníku a lithia, které jako okysličovadlo využívají mořskou vodu nasávanou speciálními vstupy. Tento chemický proces uvolňuje obrovské množství energie a vytváří tah přesahující sto padesát kilonewtonů. Celá zbraň o hmotnosti dvou tun a sedmi metrů délky dosáhne maximální rychlosti během několika málo sekund.
Fyzikální daň: Slepý a hluchý podmořský projektil
Ohromující rychlost si však vyžádala drtivé kompromisy v ovladatelnosti a navádění. Prvním zásadním problémem je akustika. Zvuk pod vodou je hlavním smyslem každé ponorky i moderního torpéda. Škval však během letu vytváří nepředstavitelný hluk. Zvuk raketového motoru o tahu desítek tun společně s praskáním kolabující plynné bubliny spolehlivě ohluší jakýkoliv akustický senzor. Torpédo nemůže mít na špici umístěný sonar, protože tam sedí rozžhavený ocelový disk chrlící plyny.
Škval je proto během celého svého letu zcela slepý a hluchý. Nemůže vyhledávat manévrující cíle ani reagovat na změnu kurzu nepřátelské ponorky. Zbraň se spoléhá výhradně na předem nastavený inerciální naváděcí systém s gyroskopy, který byl do řídicího počítače nahrán těsně před odpalem. Letí po předem vypočtené balistické dráze jako neřízená podmořská střela.
Druhým oříškem bylo samotné kormidlování. Vzhledem k tomu, že se tělo torpéda vznáší uvnitř plynové bubliny, běžná kormidla by se pohybovala v řídkém plynu a neměla by žádný účinek. Inženýři tento rébus vyřešili pomocí čtyř vyklápěcích lyžin na zádi. Tyto stabilizátory se rozevřou, prorazí stěnu plynové bubliny a dotýkají se okolní husté vody. Změnou jejich sklonu se torpédo opírá o stěnu kaverny a dokáže korigovat směr letu, i když jakýkoliv prudký manévr hrozí protržením bubliny a okamžitým zničením zbraně.
Srovnání parametrů podmořských zbraní
Rozdíly mezi superkavitačním torpédem a klasickými naváděnými zbraněmi té doby nejlépe vyniknou v přímém technickém srovnání. Zatímco západní doktrína sázela na tichost a precizní navádění na velkou vzdálenost, sovětská odpověď vsadila na brutální kinetickou rychlost, proti které neexistovala obrana.
| Technický parametr | VA111 Škval (SSSR) | Mark 48 Mod 7 (USA) | Typ 5365KE (SSSR) |
|---|---|---|---|
| Maximální rychlost pod vodou | přes tři sta sedmdesát kilometrů v hodině | přibližně sto kilometrů v hodině | přibližně osmdesát kilometrů v hodině |
| Princip pohonu | raketový motor na tuhé a kapalné palivo | pístový motor s palivem Otto Fuel II | plynová turbína na kerosin a peroxid |
| Typ odporu prostředí | let v plynové bublině bez tření vody | plné hydrodynamické tření vody o trup | plné hydrodynamické tření vody o trup |
| Bojový dosah zbraně | sedm až třináct kilometrů | až padesát kilometrů | až devatenáct kilometrů |
| Způsob navádění na cíl | inerciální autopilot bez aktivního sonaru | vlastní aktivní sonar i navádění po kabelu | akustické samonavádění za brázdou lodě |
Taktické určení a špionážní skandál v Moskvě
K čemu vlastně byla zbraň se sedmikilometrovým dosahem a bez navádění určena? Hlavní rolí Škvalu nebyl útočný lov nepřátelských plavidel, ale obranná reakce v situaci ohrožení. Pokud sovětská ponorka zaznamenala hydroakustický signál nepřátelského odpalu, posádka neměla čas na dlouhé manévrování. Kapitán mohl okamžitě vypálit Škval po přibližném vektoru přicházející hrozby.
Torpédo řítící se rychlostí sto metrů za sekundu dorazilo do prostoru nepřátelské ponorky za necelou minutu. Americký kapitán, který torpédo odpálil a naváděl ho po tenkém kabelu, musel v okamžiku detekce přilétajícího Škvalu okamžitě přestřihnout naváděcí kabel a zahájit úhybný manévr plnou parou. Tím bylo útočící torpédo zbaveno řízení a sovětská ponorka získala drahocenný čas k úniku.
Existence této zbraně byla dlouhá léta přísně střeženým vojenským tajemstvím. Západní rozvědky měly o superkavitačních zkouškách jen mlhavé povědomí až do konce devadesátých let. V roce dva tisíce pak v Moskvě vypukl velký mezinárodní skandál. Ruská kontrarozvědka FSB zatkla amerického podnikatele a bývalého námořního důstojníka Edmonda Popea. Pope byl obviněn z pokusu o nákup utajovaných konstrukčních plánů a výsledků zkoušek torpéda Škval od profesora Baumanské státní technické univerzity Anatolije Babkina. Pope byl odsouzen ke dvaceti letům vězení, ale záhy dostal prezidentskou milost.
Odkaz Škvalu a budoucnost podmořského létání
Příběh torpéda Škval ukázal, že fyzikální zákony lze překonat důvtipným inženýrským řešením. Přestože původní verze trpěla krátkým dosahem a nemožností samonavádění, položila základy novému odvětví hydrodynamiky. Na sovětský vývoj později navázaly další námořní mocnosti. Německá společnost Diehl BGT Defence představila technologický demonstrátor Barracuda, který dosahuje podobných rychlostí a zkouší využití moderních senzorů pro aktivní manévrování.
Americké výzkumné agentury zkoumají superkavitaci nejen pro podmořské projektily k ničení min, ale také pro malé ponorné čluny schopné bleskového přesunu. Zbraň, která se zrodila ze strachu před americkými tichými ponorkami v hlubinách studené války, tak dodnes zůstává fascinující ukázkou toho, co se stane, když se raketový motor ponoří do vody a obalí se vlastní bublinou.
