Tecnología naval: Drones cazasubmarinos y comunicación entre buques de superficie y submarinos

Finalmente: los drones pueden cazar submarinos, los barcos pueden comunicarse con submarinos sumergidos

Autor: Jaime Karremann || Navies Worldwide

Sin agua no habría vida y, peor aún, no habría barcos. Pero el agua no siempre es nuestra amiga: incluso los submarinos gigantes son muy difíciles de encontrar y la comunicación con los submarinos es casi imposible. La empresa canadiense Geospectrum Technologies ha dado con una solución a estos problemas.

HNLMS Zeeleeuw, foto de archivo. (Foto: Ministerio de Defensa holandés)

Se ordena a una fragata de guerra antisubmarina de la OTAN en el Océano Atlántico que busque un submarino nuclear que, según las observaciones de varios sensores, se sospecha que se está acercando rápidamente a una posición dentro del alcance de la fragata. La fragata está diseñada para combatir submarinos: el último sonar (sonar montado en el casco) está montado debajo de la proa y el sonar de baja frecuencia que se puede remolcar detrás del barco permite detectar submarinos desde una gran distancia. Además, el buque cuenta con un helicóptero de guerra antisubmarina y dos vehículos de superficie no tripulados (USV). Estos USV están equipados con el sonar activo / pasivo remolcable remolcado (TRAPS): un sistema que utiliza un sonar pasivo y activo.

“Es poco probable que un solo barco sobreviva a una confrontación con un submarino”, dice Sean Kelly, un ex oficial de guerra antisubmarina en la Marina canadiense que ahora trabaja en Geospectrum. “Pero si un grupo de barcos se enfrenta a un submarino, el submarino está en desventaja”.

“Al hacer que un helicóptero y USV busquen ese submarino específico, complementando así las capacidades a bordo de la fragata, en realidad estamos creando nuestro propio grupo de tareas. Una gran ventaja táctica y útil en tiempos en que las armadas occidentales se enfrentan a una flota cada vez más pequeña”.

Tanto los USV como el helicóptero están desplegados a gran distancia del buque. “Los sonares propios de una fragata en realidad deberían permanecer fuera del alcance del submarino”, dice Kelly.

Un Seagull USV con TRAPS. (Foto: Elbit)

Nuestra fragata avanza hacia la posición donde puede comenzar la búsqueda del submarino hostil. Los USV y el helicóptero están preparados para el despliegue. “Digamos que el alcance del sonar ese día es de 30 millas náuticas”, continúa Kelly. Por lo tanto, el barco puede detectar submarinos hasta un alcance máximo de 30 millas con su propio sonar, pero también lo puede hacer el USV. “Entonces, si envía su USV 30 millas hacia adelante y el helicóptero también, puede buscar desde una distancia mayor. Ahora puede aumentar el alcance de su sonda a 60 millas náuticas o más de una sola vez. ”

Operando como un piquete ASW, la embarcación no tripulada baja el sonar activo de baja frecuencia al agua y comienza a hacer ping con fuerza. La señal de sonido se propaga a través del frío Océano Atlántico y rebota en los objetos, pero no solo de vuelta al USV. Kelly: "Haces ping en una ubicación, recibes en otra ubicación". En este caso, los ecos llegan al sonar remolcado detrás de la fragata y las señales recibidas son procesadas por el software a bordo de la fragata.

“En aguas como el Atlántico, el Pacífico o el Mar de China Meridional, quiero un sonar con la frecuencia más baja posible”, dice Kelly, “porque te da un rango enorme. Pero no todas las operaciones ASW tienen lugar en aguas tan profundas. ”

La posición del submarino enemigo en nuestra historia resulta ser más hacia las aguas costeras. Nuestra fragata recupera los USV y el helicóptero y navega hacia la nueva posición especificada. A bordo se hace un plan de cómo se puede ubicar el submarino en aguas poco profundas. “Los sonares de baja frecuencia son menos efectivos en las aguas costeras”, dice Kelly. “Aquí necesitamos un sonar de frecuencia media”.

Casi todos los sonares navales operan en una sola frecuencia. Sin embargo, este no es el caso con TRAPS. Kelly: “Los USV se han recuperado y solo necesitamos reemplazar una pequeña parte para poder desplegar un sonar de frecuencia media. Media hora más tarde, el USV está de vuelta en el mar y el USV puede buscar el submarino nuevamente. Si no puede cambiar esa frecuencia, perderá el submarino en poco tiempo. Si puedes adaptarte rápidamente, tienes una gran ventaja táctica. ”

TRAPS con sonares pasivos y activos visibles. La parte negra del transmisor debe cambiarse si se necesita otra frecuencia. (Foto: Geospectrum)

TRAMPAS

El nombre del sistema TRAPS se mencionó anteriormente en artículos en Marineschepen.nl y Naviesworldwide.com. Concretamente en el artículo sobre el buque de superficie no tripulado Seagull, que fue desarrollado por Elbit Systems y está siendo construido en Holanda por De Haas Maassluis.

Como acabamos de ver en el ejemplo, una adición importante a ese USV específico es TRAPS: un conjunto de sonar que consiste en una matriz larga equipada con hidrófonos para escuchar, y la parte activa está formada por un transmisor.

TRAPS es el producto estrella de Geospectrum, que se centra en la acústica submarina para aplicaciones navales y civiles. El sistema ha estado en desarrollo durante algún tiempo y recientemente se ha instalado en varios barcos de la Armada canadiense. TRAPS también se puede utilizar como un complemento de sonda para patrulleras, por ejemplo. Sin embargo, en este artículo nos centraremos en la versión destinada a los USV. Esta última versión es extraordinaria, ya que actualmente, según Geospectrum, no hay ningún sonar para barcos no tripulados que esté operativo en este nivel.

El aspecto exacto de TRAPS en la práctica depende completamente de los requisitos del cliente. “Tenemos cientos de opciones”, dice Kelly. “Cada marina opera en circunstancias ligeramente diferentes, por lo que no hay un sonar que funcione para todas ellas. Y durante las operaciones, las condiciones a menudo también cambian para los buques de guerra. Por lo tanto, TRAPS también es altamente modular y, por lo tanto, puede adaptarse a la situación en curso”.

Otra ventaja de que el sistema sea modular es el hecho de que no tiene que regresar a puerto cuando hay un mal funcionamiento, sino que puede reemplazar fácilmente la pieza rota.

El sonar activo puede hacer ping en frecuencias entre 2 kHz y 10 kHz, simplemente cambiando la parte de transmisión. Por lo tanto, TRAPS es adecuado para operaciones biestáticas (transmisión y recepción en diferentes ubicaciones). También se pueden acomodar formas de onda complejas, asegura Kelly. Con el sonar pasivo, es la longitud del conjunto de sonar lo que determina la frecuencia más baja (y cuanto más baja es la frecuencia, mayor es el alcance que se puede lograr).

Los cambios en el diseño de las fragatas ASW belgas y holandesas han afectado los tamaños de los USV .

Integración de TRAPS con pequeños USV

Esto es bueno y todo, pero ¿también es útil para las armadas de los Países Bajos y Bélgica? Después de todo, hace aproximadamente un año, se aprobó un cambio de diseño que condujo a una reducción del espacio para acomodar embarcaciones no tripuladas a bordo de las futuras fragatas ASW holandesas y belgas. En lugar de USV de 12 m, estos futuros buques tendrán una longitud máxima de 7 metros.

Esto significa que la versión estándar del Seagull ya no se puede facilitar en estos barcos. Una versión más pequeña tendrá un alcance reducido y no se puede usar en ciertos estados del mar. ¿Cómo afecta esto a las TRAMPAS?

TRAPS no está hecho para un tamaño de USV específico. “Cuando nos enfrentemos a menos espacio, haremos que la parte pasiva de TRAPS sea más pequeña. Esto significa que si la embarcación se vuelve más pequeña, las capacidades pasivas se reducirán”, explica Kelly. Sin embargo, “consideramos que la parte activa es la más importante, nunca cambiaremos eso”.

¿Significa todo esto que podemos respirar aliviados? No. “Un USV de 7 metros será muy difícil”, señala Kelly. “Definitivamente lo investigaremos, pero el peso es el problema. No tanto la eslora del barco. Coincidentemente, otra marina decidió recientemente extender la longitud de sus USV en relación con TRAPS”, agrega Kelly con esperanza.

El buque de defensa costera canadiense HMCS Shawinigan (clase Kingston) opera con una versión TRAPS en contenedores. (Foto: Geospectrum)

Ventas

TRAPS ya ha sido vendido a la Marina Canadiense. Y recientemente, una armada en "Asia" adquirió varios sistemas TRAPS. “Desafortunadamente, no podemos decir qué armada es”, dice Kelly. “También estamos negociando con una armada en el Medio Oriente y esperamos más ventas en el futuro cercano”.

Comunicación con submarinos

Si bien TRAPS está destinado a detectar submarinos, Geospectrum ha desarrollado LRAM para comunicarse con submarinos sumergidos.

La comunicación submarina es extremadamente difícil debido a las difíciles propiedades del agua de mar. ¿Cómo puede un submarino recibir mensajes de su cuartel general cuando está realizando una operación encubierta a miles de kilómetros de distancia? Imposible si el barco está navegando en aguas muy profundas. Cada vez más submarinos tienen comunicación por satélite. Sin embargo, para usar esto, el barco tiene que ir a la profundidad del periscopio, y en ese momento hay una mayor probabilidad de detección.

En el pasado, los submarinos usaban el llamado procedimiento de buzón: un avión de patrulla marítima volaba desde, por ejemplo, Keflavik (Islandia) a una posición predeterminada en el Mar de Noruega con el submarino de la OTAN instalando su antena, después de lo cual ambos podían transmitir mensajes. a corto alcance. Sin embargo, como resultado, las unidades rusas pudieron rastrear el avión y detectar el submarino.

Otra opción más eran las comunicaciones de frecuencia extremadamente baja (ELF). Durante la Guerra Fría, varias torres de telefonía móvil gigantes en los EE. UU., Gran Bretaña y Noruega emitían frecuencias extremadamente bajas con una potencia tremenda. Por lo tanto, los mensajes podrían enviarse a submarinos sumergidos que operaban lejos del puerto, pero el costo de mantener una estación de transmisión tan grande era enorme. Por lo tanto, ya no están en uso.

Geospectrum ahora ha desarrollado una solución: el módem acústico de largo alcance o LRAM. Cualquier transmisor se puede vincular a LRAM, por ejemplo, TRAPS para rangos más cortos, o el sistema C-BASS de muy baja frecuencia, otro producto de Geospectrum, para lograr comunicaciones de largo alcance.

Con LRAM y C-BASS, un barco puede enviar un mensaje a un submarino sumergido que opera a 1000 millas náuticas (1852 km) de distancia. (Foto: Google Maps, texto agregado por Naviesworldwide.com)

De largo alcance

Hablando de largo alcance nos referimos a un alcance realmente largo: 1000 millas náuticas. “Pero también se puede hacer a una distancia extremadamente corta: 10 yardas”, dice Sean Kelly. “LRAM permite la comunicación con buzos, vehículos submarinos no tripulados y submarinos”.

Gracias a LRAM es posible enviar mensajes a submarinos desde tierra, pero también desde barcos. Esto significa que un comandante de un grupo de trabajo que incluye un submarino también puede enviar mensajes. “Si un submarino es parte de un grupo de trabajo, ese submarino específico todavía opera principalmente por sí solo y recibe mensajes tal vez una vez al día o cada pocos días”, dice Kelly. “Sin embargo, puede haber un cambio significativo en un día o en unas pocas horas”.

Se destacará una transmisión LRAM usando C-BASS, sin embargo, las grandes distancias que se cubren en todas las direcciones tienen la ventaja de que esto es de poca utilidad para un oponente: el área con un radio de 1000 millas náuticas es simplemente demasiado grande para buscar un submarino.

Familia C-BASS. (Foto: Geospectrum)

C-BASS

Para poder comunicarse a tan grandes distancias se necesita un transductor submarino que trabaje a muy baja frecuencia y tenga mucha potencia. “Cuando comenzamos el proyecto, había un sistema similar”, recuerda Sean Kelly. “Sin embargo, ese sistema tenía el tamaño de una camioneta de reparto grande y pesaba 3 toneladas. Totalmente inadecuado para buques de guerra.

“Prometimos construir un pequeño sistema que pudiera transmitir a 40 Hz, que es extremadamente bajo, con una potencia de 200 dB. Algunos expertos dijeron que no podíamos hacerlo y dijeron que podríamos traer el sistema una vez que estuviera terminado y ellos explicarían por qué no funcionó”, dice Kelly.

“Entonces comenzamos a desarrollarlo y se convirtió en un dispositivo con un diámetro de un metro, un peso de 300 kg que transmite a 40 Hz. La potencia era de más de 200 dB. Se lo mostramos a los expertos mencionados anteriormente e inmediatamente compraron dos. Es un gran avance en la acústica submarina. ”

Luego estaban las pruebas en el mar. Fueron un éxito, el pequeño dispositivo podía enviar y recibir mensajes a una distancia de 1.000 millas náuticas.

Transmisor C-BASS en sistema LRAM puesto en el agua por un barco. (Foto: Geospectrum)

Mensajes de texto

Sin embargo, los submarinos aún no pueden transmitir videos; solo son posibles mensajes de texto muy cortos. “Es más como código Morse codificado”, explica Kelly. “Tenemos 16.000 mensajes preprogramados en el sistema, entre los cuales el remitente puede elegir. También hay un método para crear tus propios mensajes, pero en realidad no está diseñado para eso. ”

Por lo tanto, el ancho de banda es limitado, pero aún mucho más que el utilizado durante la transmisión submarina de la Guerra Fría, dice Kelly. “Una estación de transmisión ELF cuesta miles de millones de dólares, sus antenas de radiofrecuencia deben tener millas de largo. LRAM cuesta solo una fracción, se puede poner en un barco, es altamente móvil y tiene mucho más ancho de banda”.

Además, el sistema está diseñado para ser confiable, porque normalmente el remitente no recibe un mensaje de respuesta del submarino.

A menos que el submarino esté en peligro. Kelly: “Algunas armadas también están interesadas en LRAM desde una perspectiva de seguridad. Un submarino en peligro o tirado en el fondo del mar puede enviar un mensaje sobre su estado y su posición. ”

El mar seguirá siendo un entorno desafiante durante mucho tiempo. Sin embargo, debido a los últimos avances en la guerra antisubmarina utilizando embarcaciones no tripuladas y comunicaciones submarinas, las cosas realmente cambiarán bajo el agua.