Tecnología naval: ¿Cómo funciona el AIP?

Explicado: ¡Cómo funciona la propulsión independiente del aire (AIP)!

INTRODUCCIÓN

Desde que los submarinos se convirtieron en el arma principal de la guerra naval, los diseñadores se han centrado en hacerlos más silenciosos y aumentar su resistencia bajo el agua. Los submarinos diésel-eléctricos tradicionales necesitan salir a la superficie con frecuencia para cargar sus baterías y tienen una resistencia bajo el agua de sólo unos pocos días. A medida que mejoró la tecnología de las baterías, la resistencia de estos submarinos aumentó proporcionalmente. Pero no fue suficiente para durar más de una semana. La introducción de la propulsión independiente del aire (AIP) mejoró enormemente la resistencia bajo el agua de estos submarinos y les dio una clara ventaja.

Esa es la razón por la que vemos un gran número de armadas haciendo cola para comprar o construir submarinos con sistemas AIP. La mejor parte es que la tecnología AIP se puede instalar en submarinos existentes de generaciones anteriores insertando una nueva sección del casco durante una modernización. Este artículo abordará el funcionamiento, las ventajas, las desventajas y la aplicación del AIP en los submarinos modernos.

Submarinos diésel-eléctricos

Como su nombre indica, los submarinos diésel-eléctricos funcionan con diésel y electricidad. Disponen de una amplia red de baterías que se cargan mediante el generador diésel. Hacen  snorkel , es decir, viajan justo debajo de la superficie del agua con el periscopio y el tubo de escape del generador diésel por encima de la superficie del agua. Una vez que cargan sus baterías, se sumergen en el océano y funcionan silenciosamente con la energía de la batería con los generadores diésel apagados. Después de funcionar durante unos días bajo el agua, la batería se agota y estos submarinos tienen que salir a la superficie nuevamente para recargar sus baterías. Los submarinos diésel-eléctricos también se conocen como SSK (Sub Surface Hunter-Killer) por la designación naval de los EE. UU. o popularmente se les llama diésel.
  Un submarino diésel-eléctrico emergido

Un submarino diésel-eléctrico para hacer snorkel

¿Por qué necesitamos AIP?

Mientras están bajo el agua, las baterías a bordo alimentan la hélice y otros sistemas eléctricos a bordo del submarino. Estas baterías se agotan en 4-5 días y el submarino necesita recargarlas. Esto se hace haciendo snorkel , lo que los expone a la detección de radares enemigos y los convierte en un blanco fácil para los activos antisubmarinos hostiles. Aunque los snorkels modernos están recubiertos con pintura que absorbe los radares y tienen una forma discreta, siguen siendo detectables por radares de alta resolución. También hay sensores llamados rastreadores diésel que pueden detectar las emisiones de escape de los generadores diésel del submarino mientras se practica snorkel. Un submarino que necesita salir a la superficie todos los días pierde su elemento sorpresa y aumenta su vulnerabilidad frente a los activos antisubmarinos hostiles.

Por lo tanto, necesitamos un sistema que permita a los submarinos diésel-eléctricos recargar sus baterías sin hacer funcionar sus motores. Esto les permitirá seguir navegando bajo el agua y conservar el elemento sorpresa al pasar desapercibidos. El sistema también debería permitir que los SSK conserven su nivel de ruido extremadamente bajo y no debería comprometer el rendimiento del submarino. El sistema que permite todo esto es la Propulsión Independiente del Aire (AIP).

Aunque los submarinos nucleares ofrecen resistencia y velocidad mucho mejores, no son adecuados para las aguas litorales poco profundas y la mayoría de las armadas no pueden permitirse el lujo de construirlos y mantenerlos porque son muy caros. Además, los submarinos diésel tienen la ventaja de poder apagar completamente sus motores y permanecer al acecho, a diferencia de los submarinos nucleares cuyos reactores no se pueden apagar a voluntad. Esto, combinado con la naturaleza ultra silenciosa de los submarinos diésel modernos, ha convertido a los submarinos diésel equipados con AIP en una alternativa muy atractiva para muchos países. Muchos países están operando submarinos de propulsión nuclear y diésel por sus respectivas ventajas. Las armadas que desean operar submarinos no nucleares con carga útil de armas grandes y de largo alcance ahora tienen la opción de grandes submarinos diésel equipados con AIP, que brindan la alternativa más cercana a los submarinos de propulsión nuclear. Algunos ejemplos son la clase Soryu de Japón, el Tipo 216 desarrollado por Alemania y el Shortfin Barracuda de Francia que será operado por Australia.

LABORAL

Antes de que podamos comprender el funcionamiento de los sistemas AIP, debemos comprender el significado de algunos términos de ingeniería.

Motor de ciclo cerrado : motor térmico en el que la sustancia de trabajo circula continuamente y no necesita reposición.

Turbina de vapor : tipo de turbina en la que se utiliza un chorro de vapor de alta velocidad para hacer girar las palas de la turbina, que a su vez hace girar el eje. El eje se puede conectar a un alternador para generar electricidad o a una hélice para mover un barco/submarino.

Fluido de trabajo : Es un gas o fluido presurizado que se utiliza para absorber/transmitir energía en un sistema termodinámico.

Depuración : El proceso de eliminar ciertos gases del escape mediante el uso de productos químicos apropiados en un depurador.

Los tipos de sistemas AIP son

• Motores diésel de ciclo cerrado
• Turbinas de vapor de ciclo cerrado
• Motores de ciclo esterlina
• Celdas de combustible

Motores diésel de ciclo cerrado

Esta tecnología implica almacenar un suministro de oxígeno en el submarino para hacer funcionar un motor diésel mientras está sumergido. El oxígeno líquido (LOX) se almacena en tanques a bordo del submarino y se envía al motor diésel para su combustión. Dado que necesitan simular la concentración de oxígeno atmosférico para que los motores funcionen de forma segura sin sufrir daños, el oxígeno se mezcla con un gas inerte (normalmente argón) y luego se envía al motor. Los gases de escape se enfrían y se lavan para extraer el oxígeno y el argón sobrantes y los gases restantes se descargan al mar después de mezclarlos con agua de mar. El argón que se extrae del escape se envía nuevamente al motor diésel después de mezclarlo con oxígeno.

El principal desafío  de esta tecnología es el almacenamiento seguro de oxígeno líquido a bordo de los submarinos. Los submarinos soviéticos que utilizaron esta tecnología durante la década de 1960 descubrieron que eran muy propensos a sufrir incendios y posteriormente dejaron de utilizarlos. Por lo tanto, el AIP diésel de ciclo cerrado no es el preferido para los submarinos modernos, aunque es comparativamente más barato y simplifica la logística mediante el uso de combustible diésel estándar.

Turbinas de vapor de ciclo cerrado

Las turbinas de vapor utilizan una fuente de energía para calentar agua y convertirla en vapor para hacer funcionar la turbina. En los submarinos de propulsión nuclear, los reactores proporcionan calor para convertir el agua en vapor. Pero en la propulsión a vapor de ciclo cerrado convencional, se utiliza una fuente de energía no nuclear para hacer lo mismo. El MESMA francés (Module d'Energie Sous-Marine Autonome / Módulo de energía submarina autónoma) es el único sistema de este tipo disponible y utiliza etanol y oxígeno como fuentes de energía. La combustión de etanol y oxígeno a alta presión se utiliza para generar vapor . El vapor generado es el fluido de trabajo y se utiliza para hacer funcionar la turbina . La combustión a alta presión permite expulsar el dióxido de carbono de escape al mar a cualquier profundidad sin necesidad de utilizar un compresor.

 
MESMA AIP

La ventaja de MESMA es su mayor potencia de salida en comparación con las alternativas que permiten mayores velocidades bajo el agua, pero su principal inconveniente es su menor eficiencia . También se dice que la tasa de consumo de oxígeno es muy alta y estos sistemas son muy complejos. Estos inconvenientes hacen que varias armadas opten por alternativas de ciclo de libra esterlina y pilas de combustible.

Motores de ciclo Sterling

Un motor Sterling es un motor de ciclo cerrado con un fluido de trabajo contenido permanentemente en el sistema. Se utiliza una fuente de energía para calentar este fluido de trabajo, que a su vez mueve los pistones y hace funcionar el motor. El motor está acoplado a un generador, que genera electricidad y carga la batería. La fuente de energía utilizada aquí suele ser LOX como oxidante y combustible diésel , que se quema para generar calor para el fluido de trabajo. Luego, los gases de escape se lavan y se liberan al agua de mar.



AIP Sterling de Saab
  Un motor Sterling (derecha) y el módulo de complemento que se adaptará a los subs existentes (izquierda)

La ventaja de utilizar motores Sterling es la fácil disponibilidad de combustible diésel y los bajos costes de repostaje en comparación con las pilas de combustible. También son más silenciosos que MESMA y, por lo tanto, los prefieren los japoneses para su clase S oryu , Suecia para su clase Gotland y  Västergötland y China para su clase Yuan .

El principal inconveniente es que son relativamente ruidosas en comparación con las pilas de combustible debido a la presencia de una gran cantidad de piezas móviles. También son voluminosos en comparación con las pilas de combustible. La profundidad operativa de un submarino que utiliza Sterling AIP está limitada a 200 m cuando AIP está activado.

Celdas de combustible

Una pila de combustible es un dispositivo que convierte la energía química en electricidad . Esto se hace usando un combustible y un oxidante. Una pila de combustible típica convierte hidrógeno (combustible) y oxígeno (oxidante) en electricidad, liberando agua y calor como subproductos. Esto se realiza mediante una celda electrolítica que consta de dos electrodos, uno positivo (ánodo) y otro negativo (cátodo), separados por una barrera electrolítica. La reacción entre el cátodo y el ánodo produce una corriente eléctrica que se utiliza para cargar las baterías. Se utiliza un catalizador químico para acelerar las reacciones.

 
Una pila de combustible PEM de Siemens

Las pilas de combustible de ácido fosfórico (PAFC) y las pilas de combustible de membrana de intercambio de protones (PEMFC) se utilizan actualmente en submarinos. Se dice que Alemania es el líder mundial en el desarrollo y la implantación de este tipo de AIP, lo que está respaldado por el gran número de pedidos de exportación que ha recibido. Francia está desarrollando un AIP de pila de combustible de nueva generación como sucesor de su MESMA. India es otro país que está desarrollando un AIP de pila de combustible para integrarlo en sus submarinos.


 
Funcionamiento de una pila de combustible PEM

Las pilas de combustible son la tecnología AIP más avanzada y preferida en la actualidad. Esto se debe a las principales ventajas que ofrecen en cuanto a sigilo y generación de energía. Contribuyen al sigilo del submarino ya que las pilas de combustible casi no tienen partes móviles, lo que reduce significativamente la firma acústica del submarino. Las pilas de combustible pueden alcanzar una eficiencia superior al 80% en determinadas circunstancias. También se pueden escalar fácilmente a tamaños grandes o pequeños dependiendo del desplazamiento del submarino. Esto es más fácil que desarrollar diferentes sistemas para cada clase de submarino. Las pilas de combustible de hidrógeno también son muy respetuosas con el medio ambiente, ya que no generan gases de escape, lo que a su vez elimina la necesidad de contar con maquinaria especial de eliminación y depuración de gases de escape. El único inconveniente es que son caros y complejos.

VENTAJAS DEL AIP

El uso de AIP en un submarino diesel-eléctrico aumenta en gran medida su resistencia bajo el agua, permitiéndoles permanecer sumergidos continuamente durante semanas sin salir a la superficie. Aunque el submarino eventualmente necesita salir a la superficie para cargar sus baterías y su resistencia no está a la par con la de los submarinos de propulsión nuclear, el gran aumento en la resistencia que ofrece el AIP les da una ventaja sobre los submarinos diésel-eléctricos que no están equipados con AIP. Sin embargo, el AIP no ofrece ninguna ventaja más que una mayor ventaja submarina y no se debe suponer que los submarinos equipados con AIP siempre derrotarán a sus homólogos que no estén equipados con AIP.

En abril de 2006, un submarino de la Armada alemana U-32, equipado con una pila de combustible  de hidrógeno comprimido AIP con membrana de intercambio de protones (PEM) de Siemens , realizó un viaje submarino ininterrumpido de 2.800 km sin salir a la superficie ni hacer snorkel. Esto contrasta marcadamente con los submarinos que no están equipados con AIP, que pueden cubrir sólo entre 500 y 800 kilómetros antes de tener que salir a la superficie y recargar sus baterías haciendo funcionar ruidosos generadores diésel. Comparativamente, ¡un submarino de propulsión nuclear tiene   una resistencia submarina ilimitada!

  Unterseeboot U-32 de la Armada Alemana

Nuevamente en 2013 , el U-32 estableció un récord al viajar bajo el agua continuamente durante 18 días sin salir a la superficie. Comparativamente, un submarino diésel que no es AIP tiene una resistencia bajo el agua de sólo 4 a 6 días antes de salir a la superficie. Esto demuestra que los submarinos diésel-eléctricos equipados con AIP son mucho más capaces que sus homólogos no equipados con AIP en lo que respecta a la resistencia.

Uso de AIP en todo el mundo 

A partir de 2016, los siguientes países han desarrollado sus propios sistemas AIP para instalarlos en submarinos.

•  Alemania – Pila de combustible
•  Suecia – Stirling
•  Japón – Stirling
•  Francia – MESMA
•  España – Pila de Combustible
•  India – Pila de combustible
•  Rusia – Pila de combustible
•  República Popular China – Stirling

 

LIMITACIONES DE AIP

• Además de las pilas de combustible, las tres tecnologías restantes tienen muchas piezas móviles que generan ruido. Esto no es deseable ya que el silencio es esencial para todos los submarinos. Entonces, al utilizar los sistemas Stirling, MESMA y CCD AIP, los submarinos sacrificarán parte de su sigilo para obtener una resistencia adicional.
• Aunque Fuel Cell AIP tiene muchas ventajas, es extremadamente costoso adquirirlas y mantenerlas.
• Los submarinos que utilizan AIP necesitan navegar a velocidades inferiores a 10 nudos para lograr una resistencia excepcional de 14 a 18 días, como se anuncia. En comparación, un  submarino de propulsión nuclear puede viajar una distancia ilimitada a 30-35 nudos sin sacrificar la resistencia. Por lo tanto, los submarinos equipados con AIP no pueden reemplazar a los submarinos nucleares cuando se trata de aguas azules u operaciones de período prolongado.

ESCENARIO DE COMBATE

La ventaja que ofrece una mayor resistencia bajo el agua se puede utilizar para "tender una emboscada" a una flota que se aproxima. En uno de esos escenarios, un submarino equipado con AIP puede deambular cerca de un estrecho, esperando que se acerque su objetivo. El submarino funcionará a velocidades ultra silenciosas de 2 a 4 nudos durante varias semanas y luego atacará al objetivo cuando aparezca, utilizando sus torpedos. Aunque un submarino que no esté equipado con AIP puede hacer lo mismo, su período de espera, que es muy esencial para una emboscada submarina, es significativamente menor.

En otro escenario, un submarino equipado con AIP puede vagar cerca del territorio enemigo durante mucho más tiempo en comparación con un submarino sin AIP. Así, en esta situación en la que se reúne información de inteligencia y se realizan misiones de espionaje, AIP da a estos silenciosos submarinos diésel una ventaja al permitirles merodear durante semanas sin necesidad de salir a la superficie.

CONCLUSIÓN

Lo que hay que recordar sobre AIP es que sólo porque un submarino esté equipado con esa tecnología, no necesariamente la utilizará en cada despliegue. Durante las patrullas regulares o en territorio amigo, un submarino equipado con AIP hará snorkel con frecuencia para recargar sus baterías. Sólo cuando esté desplegado operativamente hará uso del AIP para aumentar su resistencia bajo el agua. Esto se debe a que la mayoría de los combustibles, oxidantes y otros consumibles utilizados en AIP son bastante caros y no sería económico reponerlos mensualmente.

La capacidad y confiabilidad de las baterías está aumentando debido a las extensas investigaciones que se están llevando a cabo en ese campo. Las diversas tecnologías AIP mencionadas también verán mejoras a gran escala en sus capacidades. Estas dos tecnologías combinadas permitirán que los submarinos del futuro equipados con AIP permanezcan bajo el agua durante meses y los conviertan en submarinos pseudonucleares. Esta tecnología tiene un futuro brillante y veremos armadas más modernas adoptándola para sus flotas de submarinos diésel-eléctricos.

Torpederas del siglo 19

Torpederos del Siglo 19

Naval History

1863 - CSS David

             El CSS David fue el primer barco diseñado explícitamente desde la quilla hacia arriba como un barco torpedero, y el primero en la historia naval en hacer explotar un torpedo contra el costado de un barco enemigo. En esa noche del 5 de octubre de 1863, el USS New Ironsides quedó fuera de combate durante casi dos años.

1864 - CSS HL Hunley

             El primer hundimiento exitoso de un barco enemigo por un submarino se llevó a cabo en una noche fría y de luna llena en febrero de 1864. La nave que logró esta hazaña extraordinaria fue el CSS H.L. Hunley. Apenas cinco minutos después de que el torpedo explotara contra su costado, el USS Housatonic, una balandra de guerra a vapor de 1.240 toneladas y 207 pies, descansaba en el fondo del océano. La guerra naval nunca volvería a ser la misma.

     1864 - CSS Squib

             En la noche del 9 de abril de 1864, el teniente Hunter Davidson, CSN, y una tripulación de seis hombres en una pequeña lancha blindada, atacaron con éxito al USS Minnesota de 265 pies y 47 cañones en Hampton Roads, Virginia. El pequeño torpedo de 53 libras montado en una plataforma elevada golpeó al Minnesota en medio del barco creando caos y desesperación entre la tripulación del Minnesota. Si bien Minnesota no sufrió daños graves, la amenaza de los barcos pequeños y rápidos con su mortífero cargamento de torpedos quedó firmemente establecida.

     1864 - USS Spuyten Duyvil

             El Spuyten Duyvil era un verdadero buque de guerra blindado a diferencia del CSS David más pequeño, el primer barco torpedero del Sur. Mientras que el David solo podía desplegarse durante varias horas, el Spuyten Duyvil podía funcionar durante ocho días con comida y agua adecuadas para nueve hombres. Podría llevar varios torpedos que le permitieran realizar múltiples ataques. La característica más notable del barco era la capacidad, mediante bombas de motor accionadas por separado, de subir y bajar en el agua. ¿Podría cambiar su borrador por un total de 3? 5-1/2.? Este diseño también aseguró la completa insonorización del barco. La única acción de combate de Spuyten Duyvil fue la batalla de Trent's Reach en los últimos días de la Guerra Civil.

        

        

         1887 - Barco torpedero SMS S.33

    

     

         1889 - Barco torpedero HM T.85

     

     

         1897 - USS Winslow (Torpedo Boat No. 5)

             El USS Winslow se construyó en Baltimore, Maryland, y se puso en servicio el 29 de diciembre de 1897 en Norfolk Navy Yard. Fue nombrada en honor a John Ancrum Winslow, capitán del USS Kearsarge durante su batalla con el asaltante confederado Alabama. En 1898 Estados Unidos y España estaban en guerra. El 11 de mayo, Winslow, que patrullaba la costa norte de Cuba, se dirigió a Cárdenas. Allí, el oficial al mando del USS Wilmington llevó su barco, escoltado por Winslow y el cúter de ingresos estadounidenses Hudson, al puerto en busca de cañoneras españolas. Al entrar en el puerto, Winslow estaba investigando un pequeño barco de vapor español cuando un disparo del cañón de proa del enemigo señaló el comienzo del combate. Winslow respondió con sus cañones de 1 libra, pero las baterías enemigas en tierra abrieron fuego. El primer disparo que alcanzó a Winslow destruyó su mecanismo de dirección. Otro disparo dejó fuera de servicio el motor principal de babor. Maniobró con el motor que le quedaba y mantuvo el fuego de respuesta. En este punto, el fuego de Wilmington y Hudson dejó fuera de combate a la cañonera española y silenció las baterías de la costa. Hudson remolcó al discapacitado Winslow fuera de peligro. Uno de los últimos proyectiles españoles que golpeó el barco torpedero mató al alférez Worth Bagley, el primer oficial naval muerto en la Guerra Hispanoamericana. El oficial al mando de Winslow y varios otros miembros de su tripulación resultaron heridos. Winslow fue puesto fuera de servicio en Boston en 1909.

SGM: Portaaviones japoneses botados luego de Midway

Portaaviones de la IJN posteriores a Midway

Mitch Williamson || Alternative Forces of WWII

La impresionante pérdida en Midway de cuatro portaaviones, dos tercios de la Primera Flota Aérea, conmocionó a las autoridades navales japonesas y les hizo cambiar radicalmente la política de construcción. La batalla no solo había demostrado positivamente que el portaaviones era la nueva arma principal de la guerra marítima, sino que también había dejado a Japón tristemente privado de esa misma arma crucial. Se autorizó a nuevos transportistas a sumarse a los que ya se estaban construyendo, pero pasarían meses o años antes de que apareciera alguno de estos. Los astilleros ya estaban abarrotados de embarcaciones que necesitaban reparaciones, y pronto se sentiría la escasez de materiales y mano de obra. Un recurso provisional que podría ofrecer plataformas de aeronaves con relativa rapidez fue la conversión de embarcaciones que ya estaban a flote o en las existencias, y tales propuestas se adelantaron incluso antes de fines de junio de 1942.

La desesperación con la que la IJN se esforzó por reconstruir su fuerza de portaaviones después del desastre de Midway queda demostrada por la rapidez con la que se concibió el programa de conversión. A fines de agosto de 1942, el Departamento Técnico Naval (Kaigun Kanseihonbu), impulsado enérgicamente por el Departamento de Aviación Naval (Kaigun Kokuhonbu), había elaborado planes para la conversión del súper acorazado incompleto Shinano, tercera unidad de la clase Yamato. en un portaaviones. Otros barcos destinados a la conversión incluyeron el crucero incompleto Ibuki, dos de las grandes ofertas de hidroaviones, siete barcos mercantes y tres buques de guerra existentes que se convertirían en híbridos: el crucero Mogami y los acorazados Ise y Hyuga.

Hyuga e Ise reconstruidos durante 1943, con cubierta de aviones y otras instalaciones de aviación en la popa, catapultas en medio del barco y conservando cuatro torretas de 14 pulgadas.

Se conservaron la superestructura de popa y el palo mayor. Paralelamente a ellos había dos catapultas de 85 pies, una en cada viga, elevadas sobre altos pedestales al nivel de la cubierta del avión. Las catapultas superpusieron la torreta n.° 4 y las bocas de los cañones de la torreta n.° 3, lo que restringió severamente los arcos de entrenamiento de ambas.

El armamento secundario se revisó radicalmente mediante la eliminación de los dieciséis cañones de casamatas de 5,5 pulgadas (un número ya reducido de los veinte originales durante la reconstrucción en la década de 1930) y su reemplazo por ocho cañones AA más de 5 pulgadas en monturas gemelas, elevando la batería AA pesada a un dieciséis barriles respetables. El armamento AA ligero se incrementó a cincuenta y siete cañones de 25 mm en monturas triples.

La conversión de Ise comenzó en Kure el 15 de marzo de 1943 y se completó el 8 de octubre; Hyuga se convirtió en Sasebo entre el 1 de agosto y el 30 de noviembre de 1943.

El rediseño de los Ise implicó la eliminación de un peso superior considerable; las dos torretas traseras pesaban 864 toneladas cada una, y sus barbetas representaban una reducción de unas 800 toneladas adicionales más o menos. Los arquitectos navales japoneses se habían vuelto particularmente asustadizos con respecto a la estabilidad como resultado de los problemas anteriores a la guerra, que culminaron con el naufragio del torpedero Tomodzuru en 1934; en consecuencia, les preocupaba que la pérdida de tanto peso superior en los Ise aumentara la altura metacéntrica hasta un punto en el que el balanceo se volviera demasiado rápido, una cualidad indeseable tanto para las operaciones aéreas como para la buena artillería. En consecuencia, se agregó una capa de hormigón de 8 pulgadas a la cubierta del avión. Aparentemente, esto tuvo el efecto deseado, ya que el desplazamiento total de los barcos se redujo solo en unas 600 toneladas y el calado en 6 pulgadas.

Ise y Hyuga a menudo se han denominado "portaaviones", pero esta no era la intención de los diseñadores. Las veintidós máquinas originalmente iban a ser aviones bombarderos en picado Yokosuka D4Y Suisei (Comet) (nombre en clave aliado Judy). El diseño de la aeronave se basó en un Heinkel He 118V4 alemán importado en 1938. Comenzó como un avión de reconocimiento de alta velocidad basado en portaaviones, ya que la IJN finalmente llegó a la conclusión de que sus portaaviones necesitaban algunos exploradores aéreos propios. Fue desarrollado, con varias variantes, en un bombardero en picado para reemplazar al cada vez más obsoleto Aichi D3A, el bombardero en picado principal desde el comienzo de la guerra.

La mayoría de las referencias dan los complementos de los acorazados híbridos como doce Suiseis y diez Zuiuns, pero el almirante Matsuda les dijo a los interrogadores estadounidenses durante un interrogatorio de posguerra que había once de cada tipo por barco, la mitad transportados en el hangar y la otra mitad en la cubierta, con una mezcla de tipos en ambos lugares.

Diseño: El Shinano se estableció como un acorazado de la clase Yamato pero se convirtió, a partir de mediados de 1942, en un portaaviones. El plan original era desplegar el Shinano como un buque de reabastecimiento y apoyo para las fuerzas especiales de los portaaviones, pero se modificó para incluir un grupo aéreo operativo de 40 a 50 aviones, además de un gran número de máquinas de reabastecimiento para otros portaaviones. Había un solo hangar abierto de 550 pies de largo construido sobre el casco del acorazado existente y que soportaba una cubierta de vuelo blindada de 3,1 pulgadas servida por dos ascensores. Se instaló una iteración muy ampliada de la estructura de la isla de Taiho.

Servicio: El Shinano se completó para pruebas el 19 de noviembre de 1944, pero nunca se puso en servicio. Mientras estaba en tránsito de Yokosuka a Kure para el equipamiento final, fue golpeado por cuatro torpedos disparados por el submarino Archerfish el 29 de noviembre de 1944. Las puertas estancas para su extensa subdivisión interna y gran parte de la maquinaria de bombeo aún no se habían instalado, por lo que se hundió en siete horas debido a una inundación incontrolada.

Híbrido: además de la conversión del acorazado incompleto Shinano en un portaaviones, la IJN estudió esquemas de conversión para los diez acorazados más antiguos: los cuatro ex-cruceros de batalla de la clase Kongo y las clases de dos barcos Fuso, Ise y Nagato. Todo se había completado entre 1913 y 1921, y todo había sido objeto de al menos una reconstrucción importante y varios reacondicionamientos extensos. Nadie, excepto los Kongos, había disparado un tiro con ira desde el comienzo de la guerra, y con el repentino nuevo dominio del portaaviones, algunos oficiales dudaron de que alguna vez lo hicieran.

Las conversiones de acorazados habrían sido radicales: toda la superestructura, las baterías principales y los cañones secundarios acasamatados serían reemplazados por cubiertas de vuelo de cuerpo entero, superestructuras en islas, embudos descentrados y una batería compuesta exclusivamente por cañones AA. La capacidad de las aeronaves de cada uno se estimó en alrededor de cincuenta y cuatro.

Los Kongos, con sus 30,5 nudos de velocidad, habrían sido la mejor apuesta para tal remodelación. Eran los únicos cascos de acorazados que podían seguir el ritmo de los portaaviones existentes o futuros. Sin embargo, esa velocidad los hizo valiosos como los únicos escoltas de transporte de armas grandes, un papel que habían desempeñado desde la operación Pearl Harbor, y probablemente fue esa cualidad única lo que los eliminó de la consideración.

La velocidad, o la falta de ella, era el talón de Aquiles de los demás acorazados. Aunque sus modernizaciones habían elevado su velocidad media a unos 25 nudos, seguía siendo demasiado lenta para las operaciones de portaaviones. Y en el caso de los Nagatos, hubo renuencia a privar a la flota de sus cañones de 16 pulgadas, solo superados por los cañones de 18,1 pulgadas de los Yamatos en alcance y potencia de impacto. Todavía había una posibilidad persistente, aunque remota, de que se produjera una acción en la línea de batalla.

Después de una discusión considerable, se autorizó la conversión de Shinano, pero el resto del proyecto fracasó, principalmente por factores de tiempo y recursos. Se estimó que la conversión completa de los barcos más antiguos podría llevar hasta veinticuatro meses, y la marina necesitaba portaaviones antes de eso. Además, el enorme alcance del trabajo desviaría la mano de obra y el material de la finalización de los transportadores que ya se están construyendo y pospondría la instalación de otros.

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.