ハクソク

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超低周波数

22時間前原文(computer.rip)

概要

  • 潜水艦技術は意外にも古く、初期は非常に原始的な形態だった。
  • 第一次世界大戦で潜水艦の軍事利用が本格化し、通信の課題が明らかに。
  • 無線通信の発展とともに、潜水艦向けの長波（VLF）無線技術が確立。
  • 米海軍は巨大なVLF送信所を建設し、潜水艦運用の中核に据えた。
  • VLF通信は今なお現役で、現代の潜水艦通信インフラを支える。

潜水艦技術の起源と第一次世界大戦

  • 潜水艦の発想自体は 非常に単純 で、密閉された船体で水中に潜る仕組み。
  • 実用化は難しく、 米南北戦争 で初めて戦闘利用。
  • 当初の潜水艦は 航続距離・航法能力が極めて限定的、ほぼ「使い捨ての魚雷」。
  • 19世紀の実験機を経て、 ドイツのUボート が第一次世界大戦で大きな軍事的影響。
  • 英国・米国も同様の進歩 を遂げ、潜水艦戦が確立。

潜水艦の通信課題

  • 潜水艦の最大の利点は 水中で隠密行動ができる点。
  • 当時の潜水艦は ディーゼル・ガソリンエンジン で、水中航続時間は電池次第。
  • 水中での 無線通信は困難、海水が電波をほぼ遮断。
  • HF（短波）無線 は数メートルしか海水を透過できず、通信には浮上が必要。
  • 1887年から 海水伝導を利用した通信 も試みられたが実用化せず。

初期の海軍無線通信実験

  • 1899年に Marconi が米海軍に無線を実演、1903年に初の無線装置導入。
  • C級・D級潜水艦 （1909年進水）で無線機器評価が開始。
  • 機器の故障や不具合 が続出、実験は難航。
  • Stingray は受信機の動作を確認、 Narwhal は水中伝導通信を試すも失敗。
  • 翌年の Grayling で改良型実験、最大60cmの水深で通信成功。

長波（VLF）通信技術の確立

  • National Bureau of Standards（NBS） のJohn Willoughbyが偶然、低周波コイルアンテナの水中受信を発見。
  • Percival Lowell と地下室で実験、30kHz以下の長波が海水で減衰しにくいことを確認。
  • 1918年、 NavyのNew London基地 で実地試験、D-1潜水艦で水中通信成功。
  • コイルアンテナ の潜水艦組み込みが容易、長波通信が標準技術に。
  • 長波は 水上・水中の両方で伝播、潜水艦通信の基盤技術に。

高出力無線局の建設と発展

  • 1913年、 NAA（Arlington, Virginia） に最初の高出力局建設、以後米欧に拡大。
  • Poulson arc送信機 の導入で効率向上、長波運用に最適化。
  • LtCdr Albert Taylor も浅い水中アンテナで同様の成果、浮上せず通信可能な設計案。
  • 1918年、 NSS（Annapolis, Maryland） で長波専用局建設、500kW送信機・巨大アンテナ。
  • 1920年代、 NSSが潜水艦司令通信の中核 となり、1996年まで稼働。

世界各地のVLF送信所

  • Cutler（Maine）、 Jim Creek（Washington）、 Lualualei（Hawaii）、 LaMoure（North Dakota）、 Aguada（Puerto Rico） などにVLF局建設。
  • Aguada のVLFアンテナ塔はカリブ海で最も高い構造物。
  • LaMoure はOmega航法システム用から潜水艦通信に転用。
  • Jim Creek は1952年、世界最強の送信所として稼働開始、山谷にまたがるアンテナ設計。

Cutler VLF送信所の特徴

  • Cutler はCold War期のVLFシステム拡張の一環、1961年運用開始。
  • 二重冗長の 巨大アンテナ、中央1000フィート、外周12本900フィートの塔、全体で2km超。
  • アンテナは 巨大なキャパシタ構造、地中グラウンドプレーンと組み合わせ。
  • 厳冬期は氷除去のため 3MWヒーターとして運用、塔の安全確保。
  • Continental Electronics製11MW発電所とAN/FRT-31送信機、最大1.8MW出力。
  • Cutlerは「世界最強の無線局」とされ、現在も稼働中。

VLF通信の意義と現状

  • 1910～20年代のVLF局は多くが退役したが、 VLF通信自体は今も現役。
  • 潜水艦の 隠密性と長距離指揮通信 を両立する唯一の手段。
  • 現代の軍事通信インフラにおける 不可欠な基盤技術。

Hackerたちの意見

素晴らしい記事だね。カトラーアレイのもう少しわかりやすい図を見つけたよ: https://en.wikipedia.org/wiki/VLF_Transmitter_Cutler#Antenna

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オーストラリアにこんなのがあるなんて知らなかった、海軍通信所ハロルド・E・ホルト。 https://en.wikipedia.org/wiki/Naval_Communication_Station_Ha...

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したがって、アンテナケーブルは除氷システムに接続されている。使用時には、60 Hzの電流を流してワイヤーを加熱する。合理的な時間内に一つのアレイを除氷するのに必要な電力は3 MW以上で、送信機の出力電力よりかなり高い。アンテナアレイを電力網に接続して3メガワットをワイヤーに送ることで除氷するなんて、すごいね。

1917年の夏、彼はチェサピーク湾の受信テストサイトで様々なタイプのコイルアンテナを配置していたとき、うっかりそのうちの一つを水に落としてしまった。奇妙なことに、そのアンテナに接続されたラジオ受信機は、湾に沈んでいく間も良好な受信を続けていた。この発見は意図的だったのかな :)

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「科学で最もエキサイティングなフレーズは‘ユリカ!’ではなく‘それは面白い’だ」(アイザック・アシモフにしばしば帰属されるが、出所は不明)

祖父が1950年代後半から1960年代にかけて言及された機密実験に関わっていたと思う。彼は海軍士官学校を卒業し、電気工学の学位を持っていて、数年間潜水艦に乗っていた。その後、50年代後半から60年代にかけてペンタゴンで数年間働いていた（母は72年にベセスダで生まれた）。彼はその秘密を墓場まで持っていった。彼が何をしていたのか、機密のことは決して聞き出せなかったけど、地下室でソナーや無線通信に関する本や研究論文をいくつか見つけた… とにかく、祖父が何をしていたのか少し理解できる良い記事だった。

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彼はおそらく、人々に直接害を及ぼすような機密の「実験」に関わってたんじゃないかな。予期せずに、戦争犯罪や拷問に使われた可能性もあるしね。君のおじいさんは良い人じゃなかったと思うよ。「アメリカを守ってる」と洗脳されてたかもしれないけど。

ELFはネルソン・デミルの小説「ワイルドファイア」でプロットツールとして使われている。

なんか無意識に読み始めて止まらなくなるトピックだね。これに関連する本を誰かおすすめしてくれないかな？

このトピックに興味がある人が通りかかったら、スウェーデンのグリメトン無線局をぜひ訪れてみてほしい。まだ運営されてるからね。

記事にちょっと触れられてたジムクリークVLF局、シアトルの北に約1時間のところにあるけど、今も稼働してるよ。この建物は、かなりのメガトンの先進的な武器システムに狙われてるんじゃないかな。

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最近は、近くの小屋に隠れてるドローンが100機くらいあるんじゃないかな。

人間の聴覚範囲内のラジオ周波数を使ってるなんて、すごいよね… 音とRFは違うけど、「高い」音が「低い」周波数だってことを考えると面白い ;)

極端な低い周波数は約7Hzくらいで、ラジオ信号の波長が地球の周囲に一致するんだ。これは初心者の数字だね。まあ、同じじゃないけど、見出しを見てNANOGravを思い出したよ。これはパルサーのタイミングの微小な変化を使ってナノHz範囲の重力波を検出するんだ。投稿は潜水艦についてだったけど、かなり興味深かったよ。ELFシステムは、ちらつく電球から幻の電話の鳴る音まで、いろんな問題を引き起こすことがわかったし、海軍は公共のインフラに追加の接地とフィルタリングを自費で設置したんだ。顧客の苦情に関する管理費用も補償してたしね。これで確かにいくつかの幽霊話や妄想を生んだだろうね。

我々（業界として）は、この技術を「掘削中の電磁測定」というテレメトリーに再利用してるよ。現代のドリルストリングを「ギャップサブ」で壊すんだけど、これは基本的にセラミック絶縁のスレッドが付いた鉄の塊なんだ。それを「クソみたいなダイポール」にして、2-30Wの電力をクラスDアンプを通して加えると、地下5マイル以上から地表まで信号を送れるんだ。送信周波数は一般的に2-10Hzで、時には32Hz以上も出ることがあるよ。この技術の使い方は面白いね。この業界での仕事に興味があれば、気軽に連絡してね。ken at erdosmiller dot com。