La comunicación con submarinos es un campo dentro de las comunicaciones militares que presenta desafíos técnicos y requiere tecnología especializada. Debido a que las ondas de radio no viajan bien a través de buenos conductores eléctricos como el agua salada , los submarinos sumergidos están cortados de la comunicación por radio con sus autoridades de mando en frecuencias de radio ordinarias. Los submarinos pueden salir a la superficie y levantar una antena sobre el nivel del mar, luego usar transmisiones de radio ordinarias, sin embargo, esto los hace vulnerables a la detección por parte de las fuerzas de guerra antisubmarina . Primeros submarinos durante la Segunda Guerra Mundialviajaban principalmente en la superficie debido a su limitada velocidad y resistencia bajo el agua; se zambulleron principalmente para evadir amenazas inmediatas. Durante la Guerra Fría , sin embargo, se desarrollaron submarinos de propulsión nuclear que podían permanecer sumergidos durante meses. En el caso de una guerra nuclear, se debe ordenar rápidamente a los submarinos de misiles balísticos sumergidos que lancen sus misiles. La transmisión de mensajes a estos submarinos es un área activa de investigación. Las ondas de radio de muy baja frecuencia (VLF) pueden penetrar en el agua de mar unos pocos cientos de pies, y muchas armadas utilizan potentes transmisores terrestres VLF para las comunicaciones submarinas. Algunas naciones han construido transmisores que utilizan ondas de radio de frecuencia extremadamente baja (ELF), que pueden penetrar el agua del mar para llegar a los submarinos a profundidades operativas, pero estos requieren antenas enormes. Otras técnicas que se han utilizado incluyen el sonar y los láseres azules .
Transmisión acústica
El sonido viaja lejos en el agua, y los altavoces e hidrófonos subacuáticos pueden cubrir un gran espacio. Al parecer, tanto la armada estadounidense ( SOSUS ) como la rusa han colocado equipos de comunicación sónica en el lecho marino de zonas frecuentadas por sus submarinos y lo han conectado mediante cables de comunicaciones submarinos a sus estaciones terrestres. Si un submarino se esconde cerca de un dispositivo de este tipo, puede permanecer en contacto con su sede. Un teléfono submarino a veces llamado Gertrude también se usa para comunicarse con sumergibles.
Muy baja frecuencia
Las ondas de radio VLF (3–30 kHz ) pueden penetrar el agua de mar hasta unas pocas decenas de metros y un submarino a poca profundidad puede utilizarlas para comunicarse. Una embarcación más profunda puede usar una boya equipada con una antena en un cable largo. La boya se eleva a unos pocos metros por debajo de la superficie y puede ser lo suficientemente pequeña como para pasar desapercibida por el sonar y el radar enemigos . Sin embargo, estos requisitos de profundidad restringen a los submarinos a períodos cortos de recepción, y la tecnología de guerra antisubmarina puede ser capaz de detectar la boya submarina o de antena a estas profundidades poco profundas.
El ruido de fondo natural aumenta a medida que disminuye la frecuencia, por lo que se requiere mucha potencia radiada para superarlo. Peor aún, las antenas pequeñas (en relación con una longitud de onda) son inherentemente ineficientes. Esto implica altas potencias de transmisión y antenas muy grandes que cubren kilómetros cuadrados. Esto impide que los submarinos transmitan VLF, pero una antena relativamente simple (generalmente un cable de arrastre largo) será suficiente para la recepción. Es decir, VLF siempre es unidireccional, de tierra a barco. Si se necesita comunicación bidireccional, la embarcación debe ascender más cerca de la superficie y elevar un mástil de antena para comunicarse en frecuencias más altas, generalmente HF y superiores.
Debido a los estrechos anchos de banda disponibles, la transmisión de voz es imposible; solo se admiten datos lentos. Las velocidades de transmisión de datos VLF son de alrededor de 300 bit / s, por lo que la compresión de datos es esencial.
Solo unos pocos países operan instalaciones VLF para comunicarse con sus submarinos: Noruega, Estados Unidos , Rusia, Reino Unido, Alemania , Australia , Pakistán e India .
Frecuencia extremadamente baja
Las ondas electromagnéticas en los rangos de frecuencia ELF y SLF (3–300 Hz ) pueden penetrar el agua de mar a profundidades de cientos de metros, lo que permite enviar señales a los submarinos en sus profundidades operativas. La construcción de un ELF transmisor es un desafío formidable, ya que tiene que trabajar en increíblemente largas longitudes de onda : La Marina de los EE.UU. 's Proyecto ELF sistema, que era una variante de un sistema mayor propuesto bajo nombre en clave Proyecto Sanguine , [1] funcionar a 76 Hertz , [2] el sistema soviético / ruso (llamado ZEVS ) a 82 Hertz. [3] Este último corresponde a una longitud de onda de 3.656,0 kilómetros. Eso es más de una cuarta parte del diámetro de la Tierra. Evidentemente, la antena dipolo habitual de media longitud de onda no se puede construir de forma viable.
En cambio, alguien que desee construir una instalación de este tipo tiene que encontrar un área con una conductividad del suelo muy baja (un requisito opuesto a los sitios habituales de transmisores de radio), enterrar dos electrodos enormes en el suelo en diferentes sitios y luego alimentarlos con líneas desde un estación en el medio, en forma de cables en postes. Aunque son posibles otras separaciones, la distancia utilizada por el transmisor ZEVS ubicado cerca de Murmansk es de 60 kilómetros (37 millas). Como la conductividad del suelo es pobre, la corriente entre los electrodos penetrará profundamente en la Tierra, esencialmente utilizando una gran parte del globo como antena. La longitud de la antena en Republic, Michigan, era de aproximadamente 52 kilómetros (32 millas). La antena es muy ineficaz. Para impulsarlo, parece que se requiere una planta de energía dedicada, aunque la potencia emitida como radiación es solo de unos pocos vatios . Su transmisión se puede recibir prácticamente en cualquier lugar. Una estación en la Antártida a 78 ° S 167 ° W detectó una transmisión cuando la Armada Soviética puso en funcionamiento su antena ZEVS. [3]
Debido a la dificultad técnica de construir un transmisor ELF, los Estados Unidos , China , [4] Rusia e India son las únicas naciones conocidas que han construido instalaciones de comunicación ELF. Hasta que fue desmantelado a fines de septiembre de 2004, el American Seafarer , más tarde llamado sistema Project ELF (76 Hz), constaba de dos antenas, ubicadas en Clam Lake , Wisconsin (desde 1977), y en Republic, Michigan, en la península superior ( desde 1980). La antena rusa ( ZEVS , 82 Hz) está instalada en la península de Kola, cerca de Murmansk . Occidente lo notó a principios de la década de 1990. La Armada de la India tiene una instalación operativa de comunicaciones VLF en la base naval INS Kattabomman para comunicarse con sus submarinos clase Arihant y clase Akula . A partir de 2012, esta instalación fue mejorada para transmitir también comunicaciones ELF. [5] [6] [7] China, por otro lado, ha construido recientemente la instalación ELF más grande del mundo, aproximadamente del tamaño de la ciudad de Nueva York, para comunicarse con sus fuerzas submarinas sin que tengan que salir a la superficie. [8]
Transmisiones ELF
La codificación utilizada para las transmisiones ELF militares de EE. UU. Empleó un código de corrección de errores Reed-Solomon con 64 símbolos, cada uno representado por una secuencia pseudoaleatoria muy larga . A continuación, se cifró toda la transmisión . Las ventajas de tal técnica son que al correlacionar múltiples transmisiones, un mensaje podría completarse incluso con relaciones muy bajas de señal a ruido , y debido a que solo unas pocas secuencias pseudoaleatorias representaban caracteres reales del mensaje, había una probabilidad muy alta que si un mensaje se recibió con éxito, era un mensaje válido ( anti-spoofing ).
El enlace de comunicación es unidireccional. Ningún submarino podría tener su propio transmisor ELF a bordo, debido al gran tamaño de dicho dispositivo. Pronto se abandonaron los intentos de diseñar un transmisor que pudiera sumergirse en el mar o volar en un avión.
Debido al ancho de banda limitado, la información solo se puede transmitir muy lentamente, del orden de unos pocos caracteres por minuto (consulte el teorema de codificación de Shannon ). Por lo tanto, solo fue utilizado por la marina de los EE. UU. Para dar instrucciones para establecer otra forma de comunicación [9] y es razonable suponer [ ¿por qué? ] que los mensajes reales eran en su mayoría instrucciones genéricas o solicitudes para establecer una forma diferente de comunicación bidireccional con la autoridad pertinente. [ cita requerida ]
Tecnología de radio estándar
Un submarino emergido puede utilizar comunicaciones de radio ordinarias. Los submarinos pueden utilizar frecuencias navales en los rangos de HF , VHF y UHF (es decir, bandas) y transmitir información a través de técnicas de modulación de voz y teleimpresora. Cuando estén disponibles, se prefieren los sistemas satelitales de comunicaciones militares dedicados para las comunicaciones de larga distancia, ya que las ondas decamétricas pueden revelar la ubicación del submarino. El sistema de la Marina de los Estados Unidos se llama Subsistema de Intercambio de Información de Satélites Submarinos ( SSIXS ), un componente del Sistema de Comunicaciones por Satélite de Ultra Alta Frecuencia de la Marina (UHF SATCOM).
Combinando transmisiones acústicas y de radio
Una tecnología reciente desarrollada por un equipo del MIT combina señales acústicas y radar para permitir que los submarinos sumergidos se comuniquen con los aviones. [10] Un transmisor submarino utiliza un altavoz acústico apuntando hacia la superficie. El transmisor envía señales de sonido multicanal, que viajan como ondas de presión. Cuando estas ondas golpean la superficie, provocan pequeñas vibraciones. Por encima del agua, un radar, en el rango de 300 GHz, hace rebotar continuamente una señal de radio en la superficie del agua. Cuando la superficie vibra ligeramente gracias a la señal de sonido, el radar puede detectar las vibraciones, completando el viaje de la señal desde el altavoz subacuático hasta un receptor en el aire. [11] La tecnología se llama comunicación TARF (Translational Acoustic-RF) ya que utiliza una traducción entre señales acústicas y de RF. Si bien es prometedora, esta tecnología aún está en su infancia y solo se ha probado con éxito en entornos relativamente controlados con pequeñas ondas superficiales, de hasta aproximadamente 200 mm, mientras que las ondas más grandes impidieron una comunicación de datos exitosa.
Módems submarinos
En abril de 2017, el Centro de Investigación y Experimentación Marítima de la OTAN anunció [12] la aprobación de JANUS, un protocolo estandarizado para transmitir información digital bajo el agua utilizando sonido acústico (como lo hicieron los módems y las máquinas de fax a través de líneas telefónicas analógicas). [13] Documentado en STANAG 4748, utiliza frecuencias de 900Hz a 60kHz a distancias de hasta 28 kilómetros (17 millas). [14] [15] Está disponible para su uso con dispositivos militares y civiles, de la OTAN y no pertenecientes a la OTAN; recibió su nombre del dios romano de las puertas de entrada, las aberturas, etc.
Ver también
- Frecuencia extremadamente baja
- Dipolo de tierra
- Muy baja frecuencia
- TACAMO , sistema de radio destinado a sobrevivir a un ataque nuclear
Referencias
- ^ Carlos A. Altgeit (20 de octubre de 2005). "La" estación de radio "más grande del mundo" (PDF) . Consultado el 1 de septiembre de 2013 .
- ^ "Sitio de transmisor de frecuencia extremadamente baja Clam Lake, Wisconsin" (PDF) . Nosotros marina de guerra. 8 de abril de 2003 . Consultado el 5 de mayo de 2017 .
- ^ a b Trond Jacobsen. "ZEVS, el transmisor ruso ELF de 82 Hz" .
- ^ https://www.thedrive.com/the-war-zone/25728/chinas-new-york-city-sized-earthquake-warning-system-sounds-more-like-way-to-talk-to-subs
- ^ "La Marina obtiene nuevas instalaciones para comunicarse con los submarinos nucleares que merodean bajo el agua" . Los tiempos de la India . 31 de julio de 2014.
- ^ http://www.janes.com/article/11147/india-makes-headway-with-elf-site-construction
- ^ "India será el segundo país en utilizar la instalación ELF" . El hindú . Corresponsal especial. 20 de mayo de 2017. ISSN 0971-751X . Consultado el 14 de diciembre de 2019 .CS1 maint: otros ( enlace )
- ^ https://www.thedrive.com/the-war-zone/25728/chinas-new-york-city-sized-earthquake-warning-system-sounds-more-like-way-to-talk-to-subs
- ^ Friedman, Norman (1997). La guía del Instituto Naval de los sistemas mundiales de armas navales, 1997-1998 . Nueva York: Naval Institute Press. págs. 41–42. ISBN 1-55750-268-4 - a través de Google Books.
- ^ Francesco Tonolini y Fadel Adib. "TARF, comunicación inalámbrica del submarino al aire" .
- ^ Michael Koziol. "TARF, investigadores del MIT desarrollan un sistema de comunicación transparente entre el agua y el aire" .
- ^ "Una nueva era de comunicaciones submarinas digitales" . OTAN. 27 de abril de 2017.
- ^ "Wiki de la comunidad JANUS" .
- ^ Brown, Eric (15 de agosto de 2017). "Internet de las cosas submarinas: estándar JANUS de código abierto para comunicaciones submarinas" . Linux.com . La Fundación Linux.
- ^ Nacini, Francesca (4 de mayo de 2017). "JANUS crea una nueva era para las comunicaciones submarinas digitales" . Robohub .
enlaces externos
- Comunicaciones por radio de submarinos alemanes en la Primera Guerra Mundial y la Segunda Guerra Mundial
- Acerca de los proyectos ELF de EE. UU.
- ZEVS, el transmisor ruso ELF de 82 Hz por Trond Jacobsen en ALFLAB, Halden en Noruega
- Sitio de transmisores de frecuencia extremadamente baja Clam Lake, Wisconsin , un "archivo de hechos" publicado por la Marina de los EE. UU. (Archivo PDF)
- Comunicaciones militares por Christopher H. Sterling
- TARF, comunicación inalámbrica desde el agua hasta el aire Por Francesco Tonolini y Fadel Adib