Tecnología naval: Nuevos sonares ven a submarinos desde el cielo

Un nuevo sonar "ve" submarinos desde el aire y promete transformar la guerra antisubmarina

El Snorkel




Un dron volador detecta objetivos submarinos utilizando el sonar PASS: pulsos de láser producen ondas sonoras

Investigadores de la Universidad de Stanford han desarrollado un nuevo tipo de sonar para superar el problema antes insuperable de ver bajo el agua desde el aire. El sonido no viaja fácilmente entre el aire y el agua: hay una pérdida de 65 decibelios, lo que significa una disminución de aproximadamente un millón de veces en la intensidad, lo que hace que sea virtualmente imposible captar reflejos de sonido del aire. La nueva tecnología puede mapear el lecho marino y potencialmente detectar minas, submarinos y otros objetivos submarinos desde aviones.

Actualmente, las únicas formas de utilizar el sonar desde un avión son las boyas de sonar (sonoboyas) que se lanzan al agua o el sonar de inmersión que se baja a la superficie del mar desde un helicóptero en vuelo estacionario. El helicóptero no puede moverse mientras usa el sonar de inmersión, por lo que tiene que comprobar un punto, subir el sonar, volar a otro lugar, volver a bajar el sonar, etc.

Por el contrario, el nuevo sistema de sonda fotoacústica aerotransportada o PASS, desarrollado en Stanford con fondos de la Marina de los EE. UU., funcionará desde un avión en movimiento.

“Nuestra visión de la tecnología propuesta es capturar imágenes continuamente mientras el vehículo en el aire vuela sobre el agua”, dijo a Forbes el investigador de Stanford Aidan Fitzpatrick. "Similar a cómo funcionan los sistemas de radar de apertura sintética o los sistemas de sonar de apertura sintética en el agua".

PASS combina dos tecnologías avanzadas para lograr esta hazaña: sonido generado por láser y sensores de sonido novedosos.

Un dron volador detecta objetivos submarinos utilizando el sonar PASS: pulsos de láser producen ondas sonoras 

Un pulso de láser corto calienta la superficie del agua, lo que hace que se expanda rápidamente y produzca una onda de sonido. El sonido se irradia y se refleja desde el lecho marino o los objetos sumergidos, como una fuente de sonar convencional. Esto elimina la pérdida de intensidad al pasar del aire al agua.

PASS necesita una detección de sonido extremadamente sensible; todavía tiene que hacer frente a la pérdida de sonido en el retorno del agua al aire. La mayoría de los sensores de sonido actuales son piezoeléctricos, basados ​​en cerámica que generan un potencial eléctrico cuando el sonido los golpea. PASS utiliza diferentes sensores conocidos como transductores ultrasónicos capacitivos micromecanizados (CMUT). Estos son diminutos condensadores micro-mecanizados que constan de dos placas paralelas delgadas una cerca de la otra. Cualquier perturbación de las placas, como la vibración de una onda de sonido, cambia las propiedades eléctricas del condensador que se pueden detectar fácilmente.

Fitzpatrick dice que sus CMUT son mucho más eficientes para esta función que los transductores piezoeléctricos.

“Dado que los CMUT son dispositivos mecánicos que convierten ondas sonoras en señales eléctricas a través de la vibración de una placa muy delgada cuando las ondas sonoras inciden en la placa, tienen un coeficiente de acoplamiento muy alto, lo que significa que son capaces de convertir una gran mayoría del incidente. energía del sonido a energía eléctrica ”, dice Fitzpatrick.

Las CMUT son, como sucede, una invención de Stanford, desarrollada por el profesor Butrus Khuri-Yakub a mediados de la década de 1990 . Han madurado rápidamente y empresas como Hitachi y Phillips las utilizan cada vez más para la ecografía médica. Una ventaja de la tecnología es el bajo costo; La producción en masa significa que son posibles conjuntos grandes y altamente sensibles de CMUT, el equivalente a los conjuntos AESA en los radares de aviones modernos .

El equipo examinó enfoques alternativos de detección de sonido desde el aire, incluida la vibrometría láser que usa un láser para detectar vibraciones de sonido en la superficie del agua. Esto resultó ser menos efectivo y, en particular, sufrió la dificultad de distinguir la señal del ruido de fondo. Debido a que los CMUT están sintonizados para resonar a la frecuencia exacta del pulso de sonido del pulso láser, reciben la señal de manera clara y eficiente para eliminar el ruido extraño.

Experimento de imágenes de sonda

En una demostración, el sensor PASS creó una imagen de un objetivo submarino en forma de S (Universidad de Stanford)

El prototipo PASS está optimizado para el mapeo de los fondos marinos de alta resolución, creando un mapa tridimensional detallado. Actualmente, estos estudios deben ser realizados por barcos o submarinos no tripulados, un proceso lento y laborioso. La medición desde el aire podría cubrir áreas mucho más grandes con mayor rapidez.

La primera demostración de PASS se llevó a cabo a una escala modesta, con un objetivo en un contenedor del tamaño de una pecera escaneado por un sonar a solo unos centímetros de la superficie del agua. Pero los desarrolladores no ven problemas particulares al escalarlo al menos al tamaño de un dron que vuela a unas decenas de metros sobre el agua y mira objetos a profundidades de cientos de metros. El sonar PASS podría ser un dispositivo de bajo costo que pesa solo unos pocos kilos, lo que permite equipar una flota de drones que rozan el mar.

Fitzpatrick señala que si el único requisito para el sistema actual fuera la detección (en lugar de la obtención de imágenes), que es lo que proporciona el sonar de inmersión, podrían usar frecuencias acústicas más bajas y operar desde altitudes mucho más altas.

Los investigadores ahora están trabajando en pruebas en entornos más grandes, con el objetivo de poder demostrar PASS en un entorno de aguas abiertas. La investigación está patrocinada por la Oficina de Investigación Naval de los Estados Unidos, pero se necesitará una asociación corporativa para convertir el prototipo de laboratorio en un producto terminado. Dado el potencial de PASS para transformar la guerra antisubmarina, eso podría suceder con bastante rapidez.

Autor: David Hambling

Autor de 'Swarm Troopers: Cómo pequeños drones conquistarán el mundo', siguiendo tecnología militar de vanguardia en general y sistemas no tripulados en particular. Nueva colección de ciencia ficción 'Time Loopers: Four Tales From a Time War' disponible ahora en rústica y Kindle