Introducción a la guerra ASW (I)

Desde que se inventó el primer navío sumergible, a fines del siglo XIX, la guerra en el mar ha tomado una nueva dimensión. En un medio hostil,  los submarinos y sus cazadores, buques antisubmarinos, otros submarinos, aviones, helicópteros y sus armas, torpedos, misiles y minas luchan diariamente por ver quién prevalece. Este texto que sigue es una introducción sencilla a una guerra en tres dimensiones en la que no hay piedad: o hundes, o te hunden. La guerra ASW (anti-submarine warfare) o antisubmarina, una guerra que se libra más allá de las profundidades es, tras la guerra en el espacio, el más difícil de los campos de batalla. Es una lucha en tres dimensiones, como ya hemos dicho, entre unos vehículos que se mueven dentro del mar y sus cazadores, que pueden ser sus congéneres, estar en la superficie o bien volar por encima de esta. El elemento clave pasa por descubrir al otro sin ser, a su vez, descubierto. Todo depende de unos aparatos de detección acústica conocidos como sonares, que se basan en las características del agua marina, su salinidad, profundidad y temperatura...

Índice

• Antecedentes de la guerra ASW
• Sonar pasivo
• Entrenamiento
• ¿Qué es el TMA?
• Empleo de satélites en la guerra ASW
• Utilización de drones acuáticos y subacuáticos

Antecedentes de la guerra ASW

En el aire, el sonido se atenúa rápidamente, pero en el agua, que es incompresible, el sonido puede viajar grandes distancias, como bien saben los científicos expertos en el tema. El canto de una ballena en las Canarias puede escucharse en Tierra del Fuego (Argentina).

En los siglos XVII y XVIII, científicos como Pierre Gassendi (1635) con el método científico utilizado en el aire e Isaac Newton, en su libro “Principia Mathematica” (1687), que introdujo el medio acuoso como tema de estudio, pusieron las bases de lo que sería la detección acústica en medio marino.

En el siglo XIX, Jean-Daniel Colladon y Charles-François Sturm, en 1826, realizaron en el lago de Ginebra, la primera medición del sonido en el agua, deduciendo que la velocidad del sonido en el agua era de 1.435 m/s a 8ºC de temperatura, trabajo fundamental en el que se basan los modernos sonares y aparatos de telegrafía submarina, ahora en desuso.

A finales de dicho siglo y principios del XX, Lord Rayleigh (1896) refinó los instrumentos matemáticos para el cálculo de la velocidad del sonido en el agua. En 1917, en plena Primera Guerra Mundial, Paul Langevin desarrolló el primer sonar activo, que emitía ondas sonoras y, basándose en el tiempo de retorno de la señal de las mismas y su dirección, permitía localizar objetos bajo el agua oceánica.

Como resultado de los trabajos de éste último, la Royal Navy británica, bajo cuyo amparo Langevin había realizado el sonar activo, dispuso hacia 1917 de su primer prototipo de sonar activo, embarcado en el crucero acorazado HMS Antrim. Este equipo, por el comité que dirigió su construcción y embarque, fue conocido como ASDIC («Allied Submarine Detection Investigation Committee» o Comité de Investigación de los Aliados para la Detección de Submarinos). Hacia 1930, todos los navíos de escolta de la Royal Navy llevaban uno de estos equipos, lo que llevaría a pensar que el peligro submarino estaba conjurado.

Craso error, cuando los alemanes atacaron a los convoyes británicos, al iniciarse la Segunda Guerra Mundial, lo hicieron atacando de noche en superficie, por lo que, hasta que se popularizó un invento de esa guerra conocido como radar, a punto estuvo Gran Bretaña de perderla.

Por su parte, los estadounidenses desarrollaron un equipo similar partiendo de los trabajos de Harvey C. Hayes en 1922 sobre la acústica submarina, en los cuales dedujo que la velocidad del sonido del agua en el océano depende de la temperatura, presión y salinidad. Al aparato desarrollado por la marina USA se le conoció como  SONAR (SOund Navigation And Ranging -navegación y detección por sonido), que es el nombre con el que se ha popularizado este sensor activo. Al igual que los ingleses, para 1930,  todas las escuadrillas de destructores de la flota lo embarcaban, para gozo futuro de los submarinistas japoneses (Perdieron el 43% de su flota submarina hundida a manos de los escoltas estadounidenses).

Posteriormente, las ecuaciones de Wilson (1960) y Mackenzie (1981) refinaron los estudios iniciales de Rayleigh y Langevin. El modelo de Chen y Millero (1977), basado en estudios globales del océano, es aún hoy día, el modelo más seguido para estudiar la difusión del sonido en el agua oceánica, pese a que han surgido otros posteriormente, continúa siendo el más popular a día de hoy. Es por esto que todas las flotas del mundo disponen de buques hidrográficos para, entre otras cosas, estudiar las características de difusión del sonido en el mar o zona de exploración. 

Ésta es la historia del sonar activo, esto es, el que emite una señal sonora mediante un transductor piezoeléctrico y, basándose en el tiempo de retorno de la señal, calcula automáticamente la distancia y posición de un objeto bajo el agua o en la superficie. En los escoltas, suele ir en la proa o en un punto cercano a ésta. Los submarinos suelen llevarlo en la proa, y puede ser esférico (submarinos USA) o cilíndrico (el resto de los mortales). Aproximadamente, cubre 270º a ambos lados, pero tiene malas lecturas en el costado del submarino, y es ciego a popa.  Hay sonares de alta, media y baja frecuencia. Los sonares de alta frecuencia son para distancias cortas, aproximadamente una o dos millas a proa, y se utilizan para cartografiar el fondo inmediato o para navegar en campos minados. Los cazaminas embarcan estos para descubrir las minas de fondo, y los submarinos, para operar en zonas cercanas a un puerto o punto estratégico y bien vigilado. Los sonares de media frecuencia tienen un alcance algo mayor, y suelen ir embarcados en navíos de escolta de superficie. Los de baja frecuencia van en submarinos, en la proa, como ya hemos mencionado. Llegan más lejos. Un sonar de alta frecuencia suele abarcar un espectro entre 10 y 100 kHz. El de media frecuencia oscila entre 1 y 10 kHz, y el de baja frecuencia va por los 50 Hz y 500 Hz.

La ecuación de la frecuencia es f(frecuencia en Hercios o Hz)=1/T (tiempo medido en segundos). En el agua de mar es aproximadamente: f=1.500/A, siendo 1.500 m/s la velocidad en el agua a 25ºC y A la longitud de onda en metros, como se verá, la temperatura es la clave, más allá de la presión y salinidad, para definir la frecuencia de un emisor de ondas sonoras en el mar. Conocer la temperatura del agua del océano es clave para cualquier comandante, sea un escolta de superficie o  un submarino, por eso se crearon las sondas XBT(eXpendable BathyTermograph-sonda prescindible batitermográfica), que, lanzadas desde un buque de superficie o un submarino, miden la temperatura del agua a lo largo de todo su recorrido hasta el fondo, emitiendo una señal con los datos. Las sondas XBT permiten, no únicamente conocer la velocidad del sonido en el agua, sino también a qué profundidad, si está presente, comienza “La capa”, dato fundamental en la lucha bajo el mar.

¿Qué es “la capa”?. Es un plano termoclino en el agua que hace que, si está presente, el sonar de los buques de superficie situados sobre ella “rebote” e impida descubrir al submarino. Es por eso que este dato fundamental permita al capitán del submarino permanecer oculto bajo ella y así evadir a los escoltas de un buque valioso, como puede ser un portaaviones o un LHD, por ejemplo. También tiene un problema,  menor si se quiere, y es que un submarino bajo la capa que utilice (muy raro) un sonar activo, vera que su “ping” rebota hacia abajo tras chocar con la capa, pero esto, como ya hemos dicho, es muy raro, lo normal es que el submarino se oriente por el sonido del blanco y lance un torpedo en dirección al emisor.

Por otra parte, y por ampliar la información, están los aviones y helicópteros antisubmarinos, que embarcan sonoboyas activas y pasivas, o bien, en el caso de muchos helicópteros, embarcan un sonar calable, que se puede sumergir a la profundidad deseada y emitir impulsos a su alrededor, o bien escuchar, pero no adelantemos acontecimientos.

https://www.revistaejercitos.com/articulos/captas-4/

Sonar pasivo

El sonar pasivo es más antiguo que el sonar activo. Se basa en los hidrófonos, y explora un amplio espectro de frecuencias de sonido, que son analizadas mediante un PC.

El primero, una mezcla entre activo y pasivo, y surgido a raíz del hundimiento del Titanic, fue el sensor Fessenden (1914), pero no era muy preciso y combinaba sensores activos con pasivos. El salto, una vez más, lo daría Paul Langevin, con la ayuda del ruso Constatin Chilowsky, crearían en 1915 el sonar pasivo, combinando cuarzo y placas metálicas. Indicaba de qué dirección venía el sonido en el agua. Sería utilizado por la Entente para luchar contra los submarinos alemanes, con cierto éxito.

En los años 20 y 30, la Royal Navy británica combinaría los sensores activos con los pasivos, obteniendo el primer sonar completo moderno.

Los hidrófonos serían empleados en la Segunda Guerra Mundial por parte de todos los combatientes. Hubo mejoras en la identificación de la dirección del sonido y se empezaron a utilizar componentes cerámicos, también se inventaron, por parte de EEUU, las sonoboyas y los torpedos acústicos, esto es, guiados por el sonido.

Durante los años 50, la gran novedad vino por la red intercontinental de hidrófonos que instaló la US Navy a ambos lados del océano Atlántico y Pacífico, conocida como SOSUS (SOund SUrveillance System-sistema de vigilancia acústica), los SURTASS, que consisten en barcos que portan un sonar remolcado muy sensible y un potente equipo de computación y complementan al anterior y los sonares remolcados (conocidos por la Armada como “rabos”). Luego vendrían el uso de fibra óptica en los sonares pasivos, los drones submarinos equipados con sonar y la utilización, de cinco años a esta parte, de la inteligencia artificial (IA), recientemente embarcada por los chinos en sus SSK y SSN.

El sonar pasivo, por ejemplo del S-81 Isaac Peral, comprende el sonar de proa, que combina sensores pasivos y activos, el sonar de flanco, que consiste en una fila de hidrófonos desplegada a todo lo largo del submarino, y el sonar remolcado, o rabo, que cubre el sector de popa y es el sensor con más alcance del buque, pudiendo llegar a 150km en condiciones ideales (en el Mediterráneo no sirve, es un mar demasiado estrecho y con demasiada navegación, todos los alcances máximos se refieren al océano Atlántico). El problema del sonar remolcado, o Towed Array Sonar, por su designación en inglés, es que, si hay que realizar maniobras bruscas, se puede enredar o cortar, y que puede ser detectado, además de que es muy complicado utilizarlo en aguas poco profundas. Hay modelos, como el CAPTAS-4 francés, que combina sensores activos y pasivos en en sensor.

Básicamente, un sonar remolcado consiste en un cable de 800-1.500 metros de largo, remolcado desde la popa del submarino o buque antisubmarino, y trufado de hidrófonos a partir de los 500 metros. Se lanza mediante un cabrestante (en el S-81, el tubo que hay sobre el timón superior es por donde se larga el sonar remolcado, en el S-82 está en el extremo del estabilizador de babor en vez de en el centro). Hay que tener en cuenta las condiciones del mar, la capa limita bastante su trabajo, y luego están las zonas de convergencia. ¿Qué es una zona de convergencia?. Es un punto del océano donde convergen las ondas sonoras, a una distancia aproximada de 50-80 km. Si uno se sitúa allí, puede captar una o dos zonas de convergencia simultáneamente, pudiendo llegar a los mencionados 150 km de distancia de detección. Únicamente el sonar remolcado puede hacerlo. Las señales captadas por el sensor pasan a un ordenador (atención a la ley de Moore), que las clasifica y las presenta en una pantalla donde “llueven” señales. El entrenamiento de los sonaristas es largo y requiere una cuidadosa atención, de ellos depende el buque. Si ignoran a un submarino cercano, puede significar la muerte para todos los tripulantes, ni más, ni menos.

Ahora pasamos a la ley de Moore. ¿Qué decía, y qué influencia tiene en la detección submarina?. Fue enunciada por Gordon Moore, cofundador del fabricante de circuitos Intel, y viene a decir que, cada más o menos, dos años, el número de transistores en el chip se duplica, doblando la potencia de proceso y reduciendo el costo relativo. Vamos a poner un ejemplo, basado en los sistemas de sonar USA AN/BQQ-5 de los 70, 80 y 90, al AN/BQQ-10  actual, en el que se basa el equipo de sonar del Isaac Peral.

El AN/BQQ5 era un sonar de gran tamaño, en buena parte analógico y con una parte digital en lo que se refiere al análisis de las señales. Estaba diseñado para operaciones de guerra ASW a larga distancia. Su ordenador de análisis era primitivo según los estándares actuales. Estuvo en servicio en los submarinos clase Los Angeles y Sturgeon y era un arma eficaz, según los parámetros de entonces. Permitía hacer, de forma semiautomática los análisis LOFAR y DEMON y un estudio básico de frecuencias. Era muy dependiente del operador (explicaremos los procesos LOFAR y DEMON posteriormente), pero era, asimismo, muy potente para la época. Su sucesor, el AN/BQQ10 es completamente digital, lo que le permite utilizar en su favor la ley de Moore, esto es, cada dos o tres años, se cambia el software y el hardware por relativamente poco precio, y aumentan las capacidades, que, en su aspecto de sensores, apenas cambia. También, el espacio que ocupan los PC de análisis es la cuarta parte del anterior, con mucha más capacidad de análisis. Por ejemplo, puede hacer LOFAR avanzado, DEMON refinado y TMA, para la solución de tiro, automático. Se le puede instalar Inteligencia Artificial, para mejorar sus capacidades y tener una mejor visión táctica. La velocidad de análisis pasa de minutos, en el mejor de los casos, a actuar en tiempo real. Todo ello fue gracias a la ley de Moore, que permitió un mayor número de transistores y, por tanto, mayor capacidad, junto con un menor consumo energético (interesante en el S-81, que depende de la energía de la batería, en vez de la energía nuclear). Se cambió el sistema en los submarinos clase Los Angeles, y en los nuevos Virginia y Seawolf. Trabaja mucho mejor en situaciones tácticas complicadas, como puede ser en aguas litorales o zonas de mucho tráfico, como puede ser un estrecho, o cerca de un puerto con gran cantidad de tráfico civil. A diferencia del AN/BQQ5, el AN/BQQ10 no necesita consolas separadas para pasar los datos de tiro a los misiles rozaolas o a los Tomahawk, con lo que el CIC (Centro de información de Combate, el cerebro del submarino y de los buques de superficie) dispone de más espacio libre en relación a sus capacidades.

Pasando a explicar otras cosas que hemos mencionado, LOFAR es el acrónimo para LOW Frequency Analysis and Recording (Registro y análisis de bajas frecuencias). Se mueve en las frecuencias bajas, entre 10 y 1000 Hz. Analiza ese espectro de frecuencias buscando patrones, y lo plasma en un LOFARgrama, un diagrama LOFAR, donde el eje vertical es la frecuencia en Hz (hercios), el eje horizontal es el tiempo, y la intensidad o color del rastro es la mayor o menor fuerza de la señal, dando una pista de las distancias. Es como una fotografía en tiempo real de las condiciones del sonido en el agua. Las frecuencias bajas permiten descubrir sonidos de baja frecuencia, como una hélice a bajas revoluciones, la maquinaria, el eje…permite distinguir entre una máquina artificial, como un submarino, o un contacto pelágico (ballenas, bancos de peces, krill). En el LOFARgrama, un sonido artificial se muestra como varias líneas constantes indicando las frecuencias del motor eléctrico, el número de revoluciones por minuto del eje, la hélice…y según brillen más o sean más tenues, da una pista de la distancia. El LOFAR permite saber a qué nos enfrentamos.

DEMON es el acrónimo para Demodulation on Envelope Modulation On noise (demodulación de la envolvente de modulación sobre el ruido). Es un sistema para identificar el contacto, y saber su velocidad. Cada pala de una hélice, al golpear el agua, no importa a qué velocidad vaya, genera un armónico característico. Con la ayuda de una librería de sonidos obtenida por ACINT (ACustic INTelligence), esto es, por buques espía, buques de combate dotados con sonar, submarinos…se guarda un registro de cada buque o submarino en particular, para este uso. El DEMON permite saber el barco o sumergible por la “firma” sonora de su hélice y las vueltas por minuto (rpm) del eje del buque investigado. Es por esto, para evitar la identificación, que, durante la Guerra Fría, para operaciones de inteligencia subacuática, se cambiaba la hélice del submarino por otra, exprofeso para la operación. Es algo que realizaron tanto ingleses y estadounidenses como soviéticos. También es el motivo por el cual, las hélices de un buque antisubmarino o un submarino, son tapadas con una lona, pues a partir de una foto de la hélice al desnudo, se pueden saber muchas cosas, como por ejemplo, la velocidad a la que va el buque, su firma…

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