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.

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US Navy: Los portaaviones de propulsión nuclear

Portaaviones de propulsión nuclear

Weapons and Warfare




Este primer portaaviones de propulsión nuclear para la marina estadounidense fue comisionado en noviembre de 1961 como USS Enterprise (CVAN-65), con la letra "N" dentro del código de designación de sufijo de la letra que representa el hecho de que fue propulsada por energía nuclear. Originalmente se imaginó que el USS Enterprise sería el líder en una clase de seis barcos.

La idea de un portaaviones de propulsión nuclear había sido considerada por la armada estadounidense desde principios de 1949. Para 1952, el secretario de Marina Dan A. Kimball dijo que esperaba que el próximo portaaviones tuviera propulsión nuclear. La Comisión de Energía Atómica y el Departamento de Defensa (DOD) anunciaron conjuntamente en 1954 planes "para el desarrollo de propulsión nuclear para grandes buques de guerra".

Con los portaaviones de energía nuclear, los reactores a bordo calientan el agua a presión y la convierten en vapor a alta presión. Este vapor de alta presión se emplea para alimentar los motores de turbina de propulsión principales de un barco, que son mecánicos, generadores de turbina y maquinaria auxiliar. También proporciona el vapor requerido por las catapultas del barco.

A diferencia de los portaaviones de propulsión convencional que deben reabastecerse de combustible cada pocos miles de millas, los portaaviones de propulsión nuclear tienen la capacidad de vapor a alta velocidad por hasta un millón de millas. Sin embargo, al igual que los portaaviones con propulsión convencional, los portaaviones con propulsión nuclear deben reponerse constantemente con combustible de aviación y municiones para sus aeronaves, además de alimentos y otros suministros para sus tripulaciones.

Como los reactores nucleares producen una gran cantidad de radiación, las áreas de un barco en el que se encuentran deben estar fuertemente protegidas para proteger a la tripulación de ingeniería. El nivel de capacitación requerido entre la tripulación de ingeniería de los portaaviones de energía nuclear es mucho más alto que el de sus contrapartes de energía convencional. Dado que los reactores nucleares no producen los gases de escape de los barcos que funcionan con calderas de combustible, los barcos que funcionan con combustible nuclear no requieren pilas, lo que libera una cierta cantidad de espacio en la isla de un portaaviones.

El primer portaaviones de la Marina estadounidense

En 1956, el Congreso autorizó la construcción del primer portaaviones nuclear. El 4 de febrero de 1958, al mismo tiempo que se colocaba la quilla del nuevo barco, el Secretario de la Armada William B. Franke anunció que se le asignaría el orgulloso nombre de Enterprise para perpetuar el famoso portaaviones USS de la Segunda Guerra Mundial. Enterprise (CV-6) y sus cinco predecesores navales.

Este primer portaaviones de propulsión nuclear para la marina estadounidense fue comisionado en noviembre de 1961 como USS Enterprise (CVAN-65), con la letra "N" dentro del código de designación de sufijo de la letra que representa el hecho de que fue propulsado por energía nuclear. Originalmente se imaginó que el USS Enterprise sería el líder en una clase de seis barcos.

El primer comandante del USS Enterprise fue el Capitán (más tarde Vicealmirante) Vincent de Poix. A principios de 1962 describió algunas de las habilidades de su nueva nave:

Hay cuatro timones, uno casi directamente a popa de cada hélice. Esto proporciona una excelente maniobrabilidad a todas las velocidades, así como diámetros tácticos en turnos que se compara con barcos mucho más pequeños ...

Su capacidad para lanzar un ataque contra el enemigo desde una posición, recuperarse y lanzar otras 24 horas más tarde desde una posición impredecible a más de 800 millas de distancia de su posición de ataque anterior, será un factor constante que hará que el enemigo utilice fuerzas protectoras que podrían ser desplegado en otro lugar.

Si se requiere una demostración de fuerza, Enterprise puede estar en una estación distante en un período de tiempo más corto que cualquier otro barco de la flota.

Descripción del barco

En el momento de su construcción, el USS Enterprise era el barco más grande jamás construido con una longitud de 1,123 pies y un desplazamiento de carga completa de 89,600 toneladas. La forma y dimensiones generales de la nave se basaron en el diseño de los portaaviones de la clase Kitty Hawk. El Enterprise típicamente transportaba 100 aviones.

Al igual que la clase Kitty Hawk anterior, el USS Enterprise tenía cuatro catapultas a vapor y cuatro elevadores de borde de cubierta. Su característica externa más distintiva fue el diseño en forma de caja de la parte superior de su isla, que tenía grandes antenas de panel plano en fase montadas en lugar de las antenas de radar giratorias más convencionales. El diseño original del radar en el Enterprise fue finalmente eliminado y reemplazado por radares rotativos más convencionales.

Durante sus muchas décadas de servicio, el USS Enterprise pasó por una serie de programas de modernización. En 1975, la marina de los Estados Unidos rediseñó el código de sufijo de letra para el barco de CVAN a CVN, cuando recibió su propio inventario de aviones ASW.

Debido al costo de construir el Enterprise, la armada estadounidense decidió no construir ningún ejemplo adicional del barco. Fue desactivado en diciembre de 2012 debido al alto costo de repostar los ocho reactores nucleares a bordo del barco. Sin embargo, no será dado de baja formalmente hasta que esté completamente desactivado, lo que llevará hasta 2015 o más.


Una comparación de los buques de guerra capitales del siglo XX.

Portaaviones de la clase Nimitz

A pesar de algunos problemas iniciales con el USS Enterprise, centrados principalmente en su sistema de radar de matriz en fases, el Secretario de Defensa y el Congreso generalmente estaban muy satisfechos con su desempeño operativo. Esto dio como resultado que el Congreso autorizara la construcción de una nueva clase de portaaviones de propulsión nuclear más asequible, denominada clase Nimitz. Se basarían en el diseño de los portaaviones de la clase Kitty Hawk, que a su vez se basaron en el USS cancelado de los Estados Unidos (CVA-58).

El primer barco de la clase Nimitz fue el USS Nimitz (CVAN-68) que se estableció en junio de 1968 pero no se puso en servicio hasta mayo de 1975. Este largo período de gestación retrasó la fecha de puesta en servicio planificada de los siguientes portaaviones de la clase Nimitz, resultando en un aumento dramático en su costo. El presidente Jimmy Carter respondió a este gasto adicional sugiriendo audazmente que la armada estadounidense cancele la clase Nimitz y cree una clase de portaaviones más pequeños y asequibles. Como era de esperar, la mayoría de los altos dirigentes de la marina de los EE. UU. reaccionaron muy mal a la opinión del presidente sobre lo que era mejor para el servicio y con sus partidarios del Congreso superó sus objeciones. El Congreso autorizaría fondos para la construcción de portaaviones adicionales de clase Nimitz.

Algunos miembros de la marina de los EE. UU. y la administración anterior del presidente Gerald Ford también habían creído que los portaaviones más pequeños no propulsados ​​por energía nuclear podrían ser una solución al alto costo de los buques propulsados ​​por energía nuclear y habían realizado varios estudios sobre el tema a partir de la década de 1970. Sin embargo, ninguno llegó a buen término. Estos portaaviones propuestos más pequeños, no propulsados ​​por energía nuclear, tenían diferentes nombres: Sea Control Ship (SCS), carrier mediano (CVV) y VSTOL Support Ship (VSS), el acrónimo 'VSTOL' que significa Toma vertical / corta. Apagado y aterrizaje.

Portaaviones adicionales de clase Nimitz autorizados

El USS Nimitz fue seguido por el USS Dwight D. Eisenhower (CVAN-69). En junio de 1975, ambos barcos se reclasificaron con el código de designación de sufijo de letra CVN, ya que tenían su propio avión ASW dedicado, lo que los convertía en portaaviones de varias misiones.

A los siguientes ocho portaaviones de clase Nimitz se les asignó el código de designación de sufijo de letra CVN desde su fecha de puesta en servicio: USS Carl Vinson (CVN-70), USS Theodore Roosevelt (CVN-71), USS Abraham Lincoln (CVN-72), USS George Washington (CVN-73), USS John C. Stennis (CVN-74), USS Harry S. Truman (CVN-75), USS Ronald Reagan (CVN-76) y USS George HW Bush (CVN-77). El último se encargó en enero de 2009, treinta y cuatro años después del primero de su clase. Los diez portaaviones de clase Nimitz continúan en servicio hasta el día de hoy y siguen siendo la punta de lanza en la proyección militar de Estados Unidos en todo el mundo.

Descripción de clase

Los portaaviones de clase Nimitz tienen veinticuatro pisos de altura y requieren más de 900 millas de cable y cableado, 60,000 toneladas de acero estructural y casi un millón de libras de aluminio. Las cuatro hélices de bronce que las empujan a través del mar tienen 21 pies de ancho y pesan 66,220 libras cada una. Hay casi 30,000 lámparas y 2,000 teléfonos a bordo de un operador de clase Nimitz. Una planta de destilación produce 400,000 galones de agua dulce por día para cada barco y su tripulación. Eso es suficiente para 2,000 hogares suburbanos todos los días. Las cocinas a bordo de los barcos preparan 18.150 comidas por día.

Los portaaviones de la clase Nimitz tienen una longitud total de 1,094 pies con un desplazamiento de carga completa de casi 100,000 toneladas en las últimas unidades construidas. Pueden transportar hasta noventa aviones en una emergencia, con un número típico hoy en día alrededor de cincuenta y seis aviones.

Al igual que con la clase Kitty Hawk anterior, los portaaviones de la clase Nimitz tienen cuatro catapultas a vapor y cuatro elevadores de borde de cubierta. A diferencia del USS Enterprise (CVAN-65) que tenía ocho reactores nucleares A2W, los barcos de la clase Nimitz solo tienen dos de los reactores nucleares A4W de última generación, y el espacio adicional se emplea para muchos otros propósitos, como el almacenamiento de combustible de aviación y municiones. .

Los méritos de los portaaviones de energía nuclear

La preferencia de la armada de los EE. UU. por los portaaviones nucleares sobre sus equivalentes convencionales se abordó en un informe de la Oficina de Contabilidad del Gobierno (GAO) de agosto de 1998 titulado ‘EE. UU. Portaaviones de la Armada: rentabilidad de los portaaviones convencionales y de propulsión nuclear ". El siguiente extracto resume en parte las conclusiones de la GAO:

Cada tipo de portaaviones ofrece ciertas ventajas. Por ejemplo, los portaaviones con motores convencionales pasan menos tiempo en mantenimiento y, como resultado, pueden proporcionar una mayor cobertura de presencia directa. Del mismo modo, los portaaviones nucleares pueden almacenar grandes cantidades de combustible de aviación y municiones y, como resultado, dependen menos de la reposición en el mar. Hubo poca diferencia en la efectividad operativa de los portaaviones nucleares y convencionales en la Guerra del Golfo Pérsico ...


En la foto, aún en dique seco durante su ceremonia de lanzamiento, se encuentra el USS Gerald R. Ford (CVN-78) inacabado. Es el primer barco de la nueva clase de superportaaviones Gerald R. Ford. Tiene una nueva sección de proa inferior bulbosa vista aquí que mejora la eficiencia del casco al agregar flotabilidad al extremo delantero de la nave. Se espera que el costo total del barco cuando se complete sea de $ 14 mil millones. Fue comisionada en 2017.


El segundo barco en la nueva clase de portaaviones Ford será el USS John F. Kennedy (CVN-79), visto aquí en forma de modelo. La construcción de la embarcación comenzó en febrero de 2011 y se espera que se complete para 2020. La isla en la clase de superportaavioones Ford solo tendrá un gran antepecho grande que se proyectará desde el techo en lugar de los dos mástiles separados vistos en los portaaviones de clase Nimitz

Portaaviones de repuesto de clase Nimitz

Con el tiempo extremadamente largo entre la autorización de un portaaviones moderno y su puesta en marcha, la marina de los EE. UU. comenzó a pensar en el reemplazo de los portaaviones de la clase Nimitz desde principios de la década de 1990. El primer barco en esta nueva clase propuesta de portaaviones sería un prototipo denominado CVX.

En 1998, un portavoz de la marina de los EE. UU. Declaró que el prototipo CVX se diseñaría con una 'hoja de papel limpia', sugiriendo que no sería una mejora evolutiva con respecto a los portaaviones de la clase Nimitz anterior, sino una mejora revolucionaria con un aumento dramático en las capacidades operativas . También estaba implícito el hecho de que el CVX podría no funcionar con energía nuclear y sería más asequible y menos costoso de operar que la clase Nimitz anterior.

A pesar del pronunciamiento de 1998 por parte de la marina estadounidense sobre lo que visualizaron para el prototipo CVX, la financiación necesaria para la implementación del buque revolucionario nunca se materializó. En cambio, en 2001, el nuevo Secretario de Defensa, Donald Rumsfeld, propuso que se construyera un prototipo de portaaviones como una mejora evolutiva con respecto a los portaaviones anteriores de la clase Nimitz y se etiquetara como CVX-1. Sería seguido a la producción mediante la construcción de un portaaviones mejorado de clase Nimitz más revolucionario designado como el CVX-2.

La armada estadounidense decidió fusionar el concepto de CVX-1 y CVX-2 en un solo barco inicialmente denominado CVN-21, con los números en el código de designación que representan el siglo XXI. La construcción del nuevo portaaviones, llamado Gerald R. Ford y con el código de designación CVN-78, comenzó en 2007 con una fecha de puesta en servicio de 2017. Como lo indica el código de designación del sufijo de la carta del barco, el Gerald R. Ford funciona con energía nuclear .

El reemplazo previsto para el "legado" McDonnell Douglas F / A-18 Hornet, y para complementar el Boeing F / A-18 Super Hornet en la clase de portaaviones Nimitz y Ford, es el avión de misiones múltiples Lockheed Martin F-35C visto aquí. El F-35C monomotor y monoplaza es una variante del F-35 estándar, originalmente conocido como Joint Strike Fighter (JSF), y tiene características de sigilo. Entró en servicio por primera vez con la marina de los EE. UU. En 2013 y puede representar la última generación de aviones tripulados empleados por el servicio.


En el horizonte para su uso en la clase de portaaviones Nimitz y Ford hay vehículos aéreos de combate no tripulados, el posible futuro de la aviación de portaaviones. En la imagen, en la cubierta de vuelo de un portaaviones de clase Nimitz, se encuentra un dron de demostración Northrop Grumman sin cola, designado X-47B. Fue lanzado con éxito y recuperado de los superportaaviones de la clase Nimitz en 2013. Tiene una envergadura de 62 pies y dos compartimentos para armas, además de características de furtividad.

Descripción del portaaviones

La PCU (Unidad de precomisionamiento) Gerald R. Ford mide 1.106 pies de largo y cuando se pone en servicio se estima que tendrá un desplazamiento de carga completa de más de 100,000 toneladas. Transportará aproximadamente setenta y cinco aviones que serán lanzados por cuatro catapultas. La aeronave se moverá entre la cubierta de vuelo y la cubierta del hangar mediante tres elevadores de borde de la cubierta en lugar de los cuatro de los portaaviones anteriores de la clase Nimitz.

La isla en Gerald R. Ford es más pequeña y se encuentra más atrás de lo que se ve en los portaaviones anteriores de la clase Nimitz. Para aumentar el número de misiones (salidas) que el avión del barco puede realizar y al mismo tiempo reducir el número de personal necesario, se incorporó una gran cantidad de automatización en el diseño final del portaaviones.

Del Comando del Sistema Marítimo Naval viene este pasaje que describe las razones por las cuales la nueva clase de portaaviones Ford será más rentable que la clase Nimitz anterior:

Cada barco de la nueva clase ahorrará más de $ 4 mil millones en costos totales de propiedad durante su vida útil de 50 años, en comparación con la clase Nimitz. El CVN 78 está diseñado para operar efectivamente con casi 700 miembros de la tripulación menos que un barco de clase CVN 68. Las mejoras en el diseño del barco permitirán que el ala aérea embarcada opere con aproximadamente 400 personas menos. Se espera que las nuevas tecnologías y las características de diseño del barco reduzcan la carga de trabajo de mantenimiento y mantenimiento del reloj para la tripulación ... La clase Gerald R. Ford está diseñada para maximizar el poder de ataque del ala aérea del portaaviones embarcado. Los sistemas y la configuración del barco están optimizados para maximizar la tasa de generación de salidas (SGR) de los aviones de ataque adjuntos, lo que resulta en un aumento del 33 por ciento en SGR sobre la clase Nimitz. La configuración de la nave y la planta de generación eléctrica están diseñadas para acomodar nuevos sistemas, incluidas las armas de energía directa, durante su vida útil de 50 años.

El Gerald R. Ford estará equipado con un Sistema de lanzamiento de aeronaves electromagnéticas (EMALS) cuando se ponga en servicio, en lugar de las catapultas de vapor empleadas actualmente en los portaaviones de clase Nimitz. Las ventajas proporcionadas por la instalación de EMALS en Gerald R. Ford, según la marina de los EE. UU., Son numerosas. Estos incluyen una reducción en tamaño y peso, además de requerir menos mantenimiento y, por lo tanto, menos personal para operar. Según el gerente de programa de EMALS, podrá:

lanzar el ala aérea actual de hoy, así como todas las futuras plataformas de portaaviones en el inventario de la Armada de los EE. UU. hasta 2030 con requisitos reducidos de viento sobre cubierta en comparación con las catapultas de vapor, y capacidad adicional para el crecimiento de los aviones durante los 50 años de vida útil de un portaaviones

Para complementar el EMALS en el Gerald R. Ford, también estará equipado con el nuevo Advanced Arresting Gear (AAG). Esto emplea un sistema basado en un motor eléctrico en lugar del sistema de engranaje de detención hidráulico existente. La marina estadounidense ha declarado que el AAG será mucho más confiable que el sistema de engranaje de detención existente. Está previsto actualizar eventualmente los portaaviones de clase Nimitz con el AAG.

Los dos últimos portaaviones de la clase Nimitz, el USS Ronald Reagan y el USS George H.W. Bush fue equipado con un nuevo sistema de Control de Recuperación Avanzado (ARC) que se controla digitalmente. Esto estaba en contraste con el anterior Mk. 7 sistemas de engranajes de detención controlados mecánicamente instalados en los primeros ocho portaaviones de clase Nimitz comisionados.

También se han autorizado otros dos portaaviones en lo que ahora se conoce como la clase Gerald R. Ford o Ford: el John F. Kennedy (CVN-79) y el Enterprise (CVN-80). La construcción del John F. Kennedy comenzó en 2011, y la construcción del Enterprise está programada para comenzar en 2018. Los planes actuales requieren la construcción de siete portaaviones más de la clase Ford para reemplazar a los diez portaaviones existentes de la clase Nimitz en uno por uno base. Se anticipa que el último portaaviones clase Nimitz será dado de baja en 2058.

Combate naval: Cambios en el siglo 20

Qué nuevas tecnologías cambiaron el combate naval en el siglo 20 

La guerra en el mar durante mucho tiempo ha sido una de ventajas tecnológicas. Durante cinco siglos, la marina de guerra con los mejores navegantes, y la mejor tecnología (en ese orden) llegaron a la cumbre mundial. El siglo 20 vio una avalancha de nueva tecnología naval. Hubo tantas cosas nuevas que es instructivo ver qué tecnologías tuvieron el mayor impacto. A menudo, son cosas que no parecen tan importantes en un primer momento que más tarde resultan haber sido elementos decisivos. La siguiente lista contiene diez artículos que creció hasta convertirse en importantes avances tecnológicos para la guerra naval. 

1-investigación operativa (IO). La aplicación analítica de las soluciones matemáticas para los problemas de muchos por primera vez en la década de 1930 y se convirtió en crucial durante la Segunda Guerra Mundial para el desarrollo de formas más eficaces de utilizar las nuevas armas. Esto fue particularmente útil en la guerra antisubmarina, pero a la larga condujo a mejoras en casi todos los aspectos de la guerra naval. Este aumento de las capacidades de la marina de guerra, jugando un papel importante en la toma de la USN la Armada más poderosa en la historia. La IO sigue llevando a cabo milagros poco conocidos mediante la identificación de soluciones esquivas y la detección de fallas y ocultos. 

2-brújula giroscópica. Este invento de principios del siglo 20 tuvo un impacto de largo alcance en la guerra naval. Inicialmente se realizó una navegación más eficiente para todos los buques. Pero la tecnología del giroscopio condujo a grandes mejoras en el control de fuego y, finalmente, sistemas de navegación inerciales. Esto hizo posible todo tipo de misiles anti-buque. Así pues, si usted se está preguntando por qué todos los cañones fueron retirados, esta es la razón principal de ello. 

3-turbinas de gas. El uso más obvio de las turbinas de gas se encuentra en portaaviones equipados con jets. Pero diez años después que los aviones jet comenzaron a reemplazar a aviones de combate con motor de pistones, los primeros barcos (hidrofoils) comenzaron a utilizar las plantas de energía las turbina de gas. Pero a finales de 1960, el gran motor a reacción TF39 desarrollado para el avión C-5 estaba siendo reelaborado como una planta de energía marítima (LM2500). Más de tres décadas después, este barco de motor de turbina de gas es común no sólo en los buques mercantes, sino también en buques de guerra. 

El LM2500 es eficiente, fiable y capaz de proporcionar arranques de velocidad no son posibles con más vapor de agua o las plantas de diesel. Así como los revolucionarios plantas pequeñas de vapor del tubo pasó desapercibido a principios del siglo 20, el LM2500 también cambió dramáticamente lo que un buque de guerra podría esperar de su planta de potencia. 

4-tecnología de batería. En el último tercio del siglo 20, la tecnología de baterías realizó grandes avances, y esto en gran medida influyó en el diseño de las armas navales y equipos. Las armas como los misiles, en particular, se hicieron más pequeño, más confiable y más mortales, debido a las baterías más pequeñas, más potentes y de mayor duración. Trate de hacer funcionar a la flota actual con baterías con la tecnología de la era de la década de 1960 y encontrará que usted no puede hacerlo. 

5-Servron. Desarrollado por necesidad durante la Segunda Guerra Mundial, debido a la falta de suficientes bases avanzadas en el vasto Océano Pacífico, los escuadrones de servicio (Service Squadron - Servron) se convirtieron en un elemento permanente en la Marina de los EE.UU.. Los buques ya que normalmente permanecen en el mar durante un máximo de seis meses a la vez, ser reabastecidos en alta mar por un Servron. Las nuevas tecnologías se han desarrollado para apoyar el uso efectivo del servicio de abastecimiento de navegación marítima. Pocas otras marinas de guerra han sido capaces de igualar esta capacidad, principalmente debido a los gastos de los barcos Servron y la formación exigida para hacer en la reposición del mar. 

6-automatización de buque mercante. A lo largo del siglo 20, los buques mercantes se han convertido en menos mano de obra intensivos. Esto se ha debido en gran parte a las presiones del mercado. Sin embargo, los buques de guerra se han resistido a esta tendencia, en gran parte debido a la tradición, la disponibilidad de muchos marineros y las preocupaciones de control de daños. La baja dotación se convertirá en un factor más en el siglo 21, pero fue tendencia en el siglo 20. 

7-oceanografía. Las marinas de guerra siempre han tomado la delantera en el trazado de los detalles de las zonas costeras, donde los barcos operan con mayor frecuencia y están en mayor peligro de los objetos desconocidos. Pero el siglo 20 vio un enorme crecimiento en el estudio de la alta mar, y lo que había debajo. Mucho de esto fue en apoyo de las operaciones submarinas y guerra antisubmarina. El mejor conocimiento de los océanos ha hecho que las operaciones navales más eficaz de muchas maneras que a menudo pasan desapercibidas, pero poco apreciado que nunca. 

8-predicción meteorológica. Durante siglos, el clima impredecible era el mayor peligro para las flotas en el mar. Mejoras dramáticas en el pronóstico del tiempo (especialmente los satélites meteorológicos) se han reducido en gran medida el riesgo de daños relacionados con el clima para las flotas y las operaciones más eficaces. 

9-selección de personal. A medida que los buques de guerra se han vuelto más complejos, lo mismo ocurre con el número y la complejidad de los trabajos de los marineros tienen que hacer. La antigua práctica de contratar a cualquier persona que se presentara y después de decidir si era susceptible de recibir capacitación para realizar tareas complejas cayó bajo la presión de conseguir un marinero adecuado para el trabajo justo antes de enviar personas a bordo de un barco. A medida que la marina de guerra se convirtió más en una empresa de alta tecnología las rutinas de selección de personal tomaron prestado en gran medida los desarrollados en el sector comercial para resolver problemas similares. Sin este cambio en las políticas de personal, la moderna Marina de los EE.UU. no sería posible. 

10-equipo de buceo. Este fue un desarrollo del siglo 19 que fue perfeccionado en la década de 1930 y fue adaptado rápidamente para la guerra naval. Los comandos de buceo equipados con frecuencia resultaron esenciales para el éxito de las operaciones anfibias. La desventaja de equipo de buceo es que siempre los comandos subacuáticos son un arma práctica para usar contra los buques de guerra. 

Mañana, ¿Qué nuevas tecnologías pueden cambiar la guerra naval en el siglo 21? 

Strategy Page

Pumperjet: China tendrá su "Octuble Lojo"...

El nuevo motor submarino de China está a punto de revolucionar la guerra submarina
Se parece mucho al 'Octubre Rojo' en la vida real.
Por Jeffrey Lin y P.W. Singer - Eastern Arsenal

SSBN OCTUBRE ROJO El Octubre Rojo, una versión ficcionada del submarino Akula (OTAN), tiene dos bombeadores incorporados en su parte trasera para propulsión silenciosa (aunque implausiblemente declaró usar un ruidoso movimiento magnetohidrodinámico en la película). Según los medios estatales chinos, los nuevos submarinos nucleares de la nación pronto usarán un bombeo similar, silencioso y de vanguardia.

En el libro de Tom Clancy (y, más tarde, el film de 1990) The Hunt For Red October, un submarino soviético estrena un revolucionario motor ultra silencioso que utiliza bombas y tecnología de propulsión eléctrica para eludir a sus enemigos. Los medios de comunicación estatales chinos han informado de que la nación está encajando su nuevo submarino nuclear con un motor que suena muy parecido a las imaginaciones de Clancy en el mundo real.

EL ALMIRANTE Y LA BOMBADurante su entrevista en la televisión estatal, el almirante Ma Weiming, desarrollador del pumpjet de rim-driven, muestra un laboratorio, con un esquema del pumpjet visible en el fondo, a la derecha.

Este mes, el canal de televisión estatal chino CCTV 13 transmitió una entrevista con un ingeniero naval chino, el contraalmirante Ma Weiming. El almirante es notablemente responsable del desarrollo de múltiples programas electromagnéticos navales chinos, incluyendo la catapulta electromagnética y cañones de rieles. En la entrevista, declaró que la AELP está armando sus nuevos submarinos de ataque nuclear con un pumpjet de émbolo "sin eje", un revolucionario y silencioso sistema de propulsión.

SSN TIPO 095
El SSN Tipo 095, visto en este CGI especulativo de un fan, probablemente tendrá células VLS para lanzar una amplia gama de misiles de crucero, propulsión por bombeo y tecnología de silencio mejorada. (Este anterior CGI muestra al Tipo 095 con un pumpjet más convencional, sin embargo.)

Si el sistema se está poniendo en los últimos buques, es probable que sea utilizado en el primer submarino de ataque nuclear (SSN) Tipo 095, que se encuentra en construcción.

IMPULSOR DE CONDUCTOR DE LLANTA
Aquí se muestra un propulsor impulsado por llanta (rim) construido por Schottel, utilizado para propulsar buques de superficie como yates con un mínimo ruido (el jet de chorro militar chino se vería similar pero mucho más grande).

Un pumpjet accionado por llanta tiene un motor eléctrico en forma de anillo dentro de la cubierta del pumpjet, que da vuelta al rotor de paleta (un rotor de paleta tiene las láminas del ventilador unidas a una venda giratoria construida en un interior del cilindro), dentro de la cavidad del pumpjet para crear empuje. Los pumpjets de submarinos anteriores son "hélices envolventes", que consisten en una boquilla tubular que cubre la hélice. Al eliminar el eje de la hélice, la reducción del número de piezas en movimiento disminuye el ruido producido por el bombeo, así como ahorrar espacio en el casco. Los fabricantes civiles también afirman que los chorros de bomba accionados por los bordes son más fáciles de mantener y tienen menos cavitación (burbujas que se forman durante el movimiento de la hélice), haciéndolos aún más silenciosos.

IEPS
El contraalmirante Ma presenta un componente de los nuevos IEPS chinos para los buques de guerra navales; La variante china es el primer IEPS del mundo que corre en un sistema de corriente continua de media tensión.

También en el fondo de vídeo había una gran pieza de maquinaria eléctrica, que forma parte del Sistema Integrado de Propulsión Eléctrica (IEPS) de¨la AELP. El IEPS convierte toda la producción del motor del buque en electricidad, a diferencia de los diseños de propulsión tradicionales, que convierten el motor y la salida del reactor en acción mecánica para girar el eje de la hélice.
La alta potencia eléctrica se puede utilizar para alimentar motores para las hélices o armas potencialmente de alta energía. Además, el IEPS tiene mucho menos piezas móviles, por lo que son más silenciosos, y por lo tanto ideal para su uso en submarinos. Cuando se combina con reactores más silenciosos, como el reactor de circulación natural del Tipo 095, el pumpjet y el IEPS pueden reducir drásticamente la firma acústica de cualquier SSN.
Esta combinación, si funciona, sería una ganancia significativa para el poder naval de China. Como China ha ganado en números de flota de superficie, aviones furtivos y misiles de largo alcance capaces de dirigirse a las aerolíneas y bases aéreas de los Estados Unidos, la fuerza submarina de Estados Unidos se ha convertido en su principal ventaja en cualquier comparación. A su vez, los submarinos nucleares chinos han quedado rezagados con respecto a los competidores en su ruido. Dicho de otra manera, estas innovaciones tienen el potencial de fortalecer una debilidad histórica.
La presentación de informes es importante por dos razones más. En primer lugar, ilustra la nueva apertura de los medios estatales chinos para discutir la tecnología detrás de los submarinos nucleares previamente secretos, lo que sugiere una mayor confianza en mostrar la nueva tecnología militar con el fin de impresionar a audiencias nacionales y extranjeras.