El alcance radioacústico , en ocasiones escrito como " alcance radioacústico " y a veces abreviado RAR , era un método para determinar la ubicación precisa de un barco en el mar al detonar una carga explosiva bajo el agua cerca del barco, detectando la llegada de ondas sonoras submarinas en lugares remotos y transmitir por radio la hora de llegada de las ondas sonoras a las estaciones remotas al barco, lo que permite a la tripulación del barco utilizar la multilateración de alcance real para determinar la posición del barco. Desarrollado por el Coast and Geodetic Survey de Estados Unidos en 1923 y 1924 para su uso en la fijación con precisión la posición de los barcos de investigación durante el levantamiento hidrográfico operaciones, que fue la primeratécnica de navegación en la historia humana distinta de la navegación a estima que no requirió la observación visual de un hito, marcador, luz o cuerpo celeste , y el primer medio no visual para proporcionar posiciones precisas. Utilizado por primera vez operativamente en 1924, el rango de radio acústico se mantuvo en uso hasta 1944, cuando las nuevas técnicas de navegación por radio desarrolladas durante la Segunda Guerra Mundial lo volvieron obsoleto.
Técnica
![](http://wikiimg.tojsiabtv.com/wikipedia/en/thumb/a/aa/Radio_acoustic_ranging_shore_station_San_Clemente_1925.jpg/440px-Radio_acoustic_ranging_shore_station_San_Clemente_1925.jpg)
Para fijar su posición utilizando un rango de radio acústico, la tripulación de un barco primero determinó la temperatura y la salinidad del agua de mar en las cercanías del barco para determinar una velocidad precisa del sonido a través del agua. Luego, la tripulación arrojó una pequeña bomba TNT desde la popa del barco. Explotó a una profundidad de aproximadamente 100 pies (30 metros), y un cronógrafo a bordo del barco registró automáticamente la hora en que se escuchó la explosión en el barco. El sonido viajó hacia afuera desde la explosión, llegando finalmente a los hidrófonos en lugares conocidos (estaciones costeras, estaciones de barcos anclados o boyas amarradas ) a una distancia del barco. Cada hidrófono estaba conectado a un transmisor de radio que automáticamente enviaba una señal que indicaba la hora en que su hidrófono detectaba el sonido. A las distancias involucradas, generalmente menos de 200 millas náuticas (370 km), cada una de estas señales de radio llegó al barco esencialmente en el mismo instante en que cada uno de los hidrófonos remotos detectó el sonido de la explosión. El cronógrafo del barco registró automáticamente la hora en que cada señal de radio llegó al barco. Al restar el tiempo de la explosión del tiempo de recepción de la señal de radio, la tripulación del barco pudo determinar la cantidad de tiempo que la onda de sonido necesaria para viajar desde el punto de la explosión hasta cada hidrófono remoto y, conociendo la velocidad del sonido en los alrededores. agua de mar, podría multiplicar el tiempo de viaje del sonido por la velocidad del sonido en el agua de mar para determinar la distancia entre la explosión y el hidrófono. Al determinar la distancia a al menos dos hidrófonos remotos en ubicaciones conocidas, la tripulación del barco podría utilizar la multilateración de rango real para fijar la posición del barco. [1] [2]
En aguas profundas, como las que prevalecían en el Océano Pacífico a lo largo de la costa oeste de los Estados Unidos , el Coast and Geodetic Survey podía depender de las estaciones costeras para respaldar el alcance de radio acústico porque las aguas profundas permitían que el sonido viajara a la costa. A lo largo de la costa este de los Estados Unidos , donde prevalecían aguas menos profundas, el sonido tenía mayores dificultades para llegar a la costa, y el Coast and Geodetic Survey se basó más en barcos de estación anclados, y luego boyas amarradas, para apoyar la medición de radio acústica. [1]
Los cronógrafos registraban tiempos de centésimas de segundo, y la tripulación de un barco que usaba un rango de radio acústico podía determinar la distancia de su barco desde las estaciones de hidrófonos remotas a 50 pies (15 metros), lo que les permitía trazar la posición de su barco con gran precisión para el tiempo. Con ondas sonoras viajando desde el punto de la explosión hasta los hidrófonos distantes a aproximadamente 0,8 millas náuticas por segundo (1,5 km / s), los barcos ocasionalmente usaban radio acústica a distancias de más de 200 millas náuticas (370 kilómetros) entre el barco y la estación de hidrófonos. , y eran comunes distancias de 75 a 100 millas náuticas (139 a 185 km). [2]
Historia de desarrollo
Precursores
El alcance radioacústico tuvo su origen en una comprensión cada vez mayor de la acústica subacuática y su aplicación práctica durante las primeras décadas del siglo XX, y se desarrolló en paralelo con el sondeo por eco . El primer paso tuvo lugar a principios de la década de 1900, cuando Submarine Signal Company inventó un dispositivo de señalización de campana submarina y un hidrófono que podría servir como receptor de los sonidos subacuáticos que generaban las campanas. La tripulación de un barco equipado con el hidrófono receptor podría trazar la distancia de su barco al mecanismo de campana del submarino y trazar las líneas de intersección de dos o más campanas para determinar la posición del barco. Las campanas se instalaron en faros , a bordo de buques de luz y en boyas a lo largo de las costas de América del Norte y Europa , y se montaron hidrófonos receptores a bordo de cientos de barcos. Fue el primer uso práctico de la acústica en la historia en un entorno oceánico. [1]
El hundimiento del RMS Titanic en 1912 impulsó al inventor canadiense Reginald Fessenden (1866-1932) a comenzar a trabajar en un sistema de transmisión y recepción de sonido submarino a larga distancia que podría detectar peligros en la trayectoria de un barco. Esto llevó a la invención del oscilador Fessenden , un transductor electroacústico que en 1914 tenía una capacidad probada para transmitir y recibir sonido a una distancia de 31 millas a través de la bahía de Massachusetts y para detectar un iceberg delante de un barco a una distancia de dos millas al hacer rebotar el sonido y detectar el eco, así como una capacidad ocasional para detectar el reflejo del sonido en el fondo del océano. El impulso adicional al desarrollo de aplicaciones prácticas de la acústica subacuática provino de la Primera Guerra Mundial , que llevó a la Royal Navy , la Armada de los Estados Unidos y el Cuerpo de Artillería de la Costa del Ejército de los Estados Unidos a experimentar con el sonido como un medio para detectar submarinos sumergidos . En experimentos de posguerra, la Sección de Alcance de Sonido Subacuoso del Coast Artillery Corps llevó a cabo experimentos en aguas poco profundas en Vineyard Sound frente a Massachusetts en los que detonó cargas explosivas bajo el agua en los extremos de las líneas de base establecidas y midió la cantidad de tiempo que tardó el sonido en llegar a los hidrófonos. en los otros extremos de las líneas de base para establecer mediciones muy precisas de la velocidad del sonido a través del agua. [1] Y en 1923, la Submarine Signal Company mejoró sus dispositivos de señalización submarina equipándolos con transmisores de radio que enviaban señales tanto para identificar el dispositivo en particular como para indicar a los barcos que se aproximaban que generaría una señal acústica en un intervalo de tiempo específico. después de que envió la señal de radio, lo que permitió a los barcos identificar la ayuda de navegación específica a la que se estaban acercando y aprovechar una capacidad de alcance unidireccional que permitió a sus tripulaciones determinar su dirección y distancia de la ayuda de navegación. [3]
Nicholas Heck
Ernest Lester Jones (1876-1929), entonces director de la costa de los Estados Unidos, al darse cuenta del potencial de estas aplicaciones de la acústica para los levantamientos hidrográficos y la navegación , en particular a lo largo de la costa oeste de los Estados Unidos, donde la niebla interfería con frecuencia con los intentos de fijar la posición de los barcos con precisión, and Geodetic Survey , en consulta con los oficiales del Cuerpo de Estudios Geodésicos y de la Costa de los Estados Unidos , decidió investigar el uso de la acústica tanto en la búsqueda de profundidad como en la navegación. Nicholas H. Heck (1882-1953), oficial del Coast and Geodetic Survey Corps, había sido asignado de 1917 a 1919 al servicio de la Primera Guerra Mundial con la Fuerza de Reserva Naval de los Estados Unidos , durante la cual había investigado el uso de la acústica submarina en antisubmarinos. guerra . Era la elección obvia para liderar el nuevo esfuerzo. [4]
En enero de 1923, el Coast and Geodetic Survey había decidido instalar un telémetro sónico Hayes, una sonda acústica temprana , a bordo del buque de reconocimiento USC & GS Guide , que el Coast and Geodetic Survey planeaba poner en marcha en su flota más tarde ese año; El funcionamiento exitoso del telémetro sónico requeriría una comprensión precisa de la velocidad del sonido a través del agua. Cuando Heck se puso en contacto con EA Stephenson del Cuerpo de Artillería de la Costa del Ejército de los EE. UU. Para informarle de este plan y preguntar más sobre los experimentos de Vineyard Sound, Stephenson sugirió que un sistema de hidrófonos que detectan el sonido de las explosiones submarinas podría permitir que los barcos de Coast and Geodetic Survey reparen su posición al realizar encuestas. Heck estuvo de acuerdo, pero creía que las ayudas a la navegación existentes no cubrirían las necesidades del Coast and Geodetic Survey en términos de inmediatez y precisión de las posiciones fijas. [4] Imaginó mejorar el sistema de generadores de ruido submarino y transmisores de radio adjuntos de Submarine Signal Company, [3] así como otros conceptos previos, mediante la creación de lo que se conocería como el método de medición de radio acústica. Al igual que los ecosondas, este método requería un cálculo preciso de la velocidad del sonido a través del agua. [4] [5]
Heck supervisó las pruebas en la sede de Coast and Geodetic Survey en Washington, DC , que demostraron que el registro a bordo de la hora de una explosión se podía realizar con la suficiente precisión para que su concepto funcionara. [4] Trabajó con el Dr. EA Eckhardt, un físico , y M. Keizer, un ingeniero eléctrico , de la Oficina Nacional de Estándares para desarrollar un sistema de hidrófono que pudiera enviar automáticamente una señal de radio cuando detectara el sonido de una explosión submarina. . [4] Cuando el Coast and Geodetic Survey encargó a Guide en 1923, Heck la hizo establecer en New London , Connecticut . Bajo su dirección, Guide probó la capacidad de su nueva ecosonda para realizar sondeos de profundidad precisos y realizó experimentos de alcance de radio acústico en cooperación con el Cuerpo de Artillería de la Costa del Ejército de los EE. UU. A pesar de las muchas dificultades, en noviembre de 1923 concluyeron con éxito las pruebas tanto de eco sondeo como de radio acústico. [4]
El crucero de la Guía
A fines de noviembre de 1923, con Heck a bordo, Guide inició un viaje desde New London a través de Puerto Rico y el Canal de Panamá hasta San Diego , California , donde estaría basada en el futuro, con su ruta planeada para llevarla a una amplia variedad de lugares. profundidades del océano para que pudiera continuar probando su ecosonda. [4] La guía hizo historia durante el viaje, convirtiéndose en el primer barco de exploración costera y geodésica en utilizar el sondeo por eco para medir y registrar la profundidad del mar en puntos a lo largo de su rumbo; también midió la temperatura del agua y tomó muestras de agua para que la Institución Scripps para la Investigación Biológica (ahora la Institución Scripps de Oceanografía ) en La Jolla , California, pudiera medir los niveles de salinidad . [4] También comparó los sondeos de la ecosonda con los hechos por las líneas de plomo, y descubrió que el uso de una sola velocidad del sonido a través del agua, como había sido la práctica anterior de los que realizaban experimentos de sondeo de eco, arrojó resultados de búsqueda de profundidad acústica que no coincidían las profundidades encontradas por las líneas de plomo. [4] Antes de llegar a San Diego en diciembre de 1923, había acumulado muchos datos beneficiosos para el estudio del movimiento de las ondas sonoras a través del agua y midiendo su velocidad en diversas condiciones de salinidad, densidad y temperatura, información esencial tanto para la profundidad. búsqueda y alcance radioacústico. [4]
Al llegar a California, el personal de Heck and Guide , en consulta con la Institución Scripps, desarrollaron fórmulas que permitían sondeos precisos del eco de las profundidades en todas las aguas menos las menos profundas e instalaron hidrófonos en La Jolla y Oceanside , California, para permitir la experimentación con el alcance de radio acústico. [4] Bajo la dirección de Heck, Guide llevó a cabo experimentos frente a las costas de California durante los primeros meses de 1924 que demostraron que era posible realizar una ecografía precisa utilizando las nuevas fórmulas. Los experimentos con radiotransmisión acústica, a pesar de las dificultades iniciales, demostraron que el método también era práctico, aunque la dificultad para hacer detonar algunas de las cargas explosivas obstaculizó parte del programa experimental. [4] En abril de 1924, el Coast and Geodetic Survey concluyó que tanto el eco sondeo como el rango de radio acústico eran fundamentalmente sólidos, sin problemas fundamentales por resolver, y que todo lo que quedaba necesario era el desarrollo continuo y el refinamiento de ambas técnicas durante su operación. usar. Heck le entregó el desarrollo continuo del sondeo por eco y el alcance de la radio acústica al oficial al mando de Guide , el comandante Robert Luce, y regresó a sus funciones en Washington, DC [4]
Desarrollo posterior
Operando en el Océano Pacífico frente a Oregón en 1924, Guide se convirtió en el primer barco en emplear el rango de radio acústico operacionalmente. En las afueras de Oregón ese año, empleó con éxito la técnica a una distancia de 206 millas náuticas (382 kilómetros) entre la explosión de alcance y los hidrófonos remotos que detectan su sonido y en el proceso logró la primera indicación observada de la capa de sonido del océano que más tarde se llamó el canal de fijación y rango de sonido (SOFAR) o el canal de sonido profundo (DSC). [1] [3] En 1928, los investigadores franceses ampliaron este rango, detonando un explosivo de 30 kg (66 libras) en el mar Mediterráneo entre Argel en la Argelia francesa y Toulon , Francia , y detectando el sonido en un rango de 400 millas (740 kilómetros). [3]
Inicialmente, Heck y otros involucrados en el desarrollo del alcance radioacústico pensaron que la técnica resultaría menos efectiva a lo largo de la costa del noroeste del Pacífico , donde asumieron que el sonido de la acción de las olas a lo largo de la costa y la dificultad de instalar estaciones y cables costeros reduciría el éxito del alcance radioacústico; por el contrario, pensaron que las condiciones a lo largo de la costa este de los Estados Unidos no plantearían ningún desafío. De hecho, se demostró lo contrario: entre otros problemas, el agua relativamente poco profunda a lo largo de la costa este de los EE. UU. Atenuó el sonido de las explosiones y los bancos de arena a menudo impedían que el sonido llegara a la costa. Para superar estas dificultades, el Coast and Geodetic Survey ancló embarcaciones a lo largo de la costa este de los EE. UU. Para que sirvieran como estaciones de hidrófonos. [1] En 1931, el Coast and Geodetic Survey propuso reemplazar los barcos de la estación tripulada por "radio-sonoboyas", y en julio de 1936 comenzó a poner en servicio radio-sonoboyas. Las boyas de 700 libras (317,5 kg), equipadas con hidrófonos subterráneos, baterías y transmisores de radio que envían automáticamente una señal de radio cuando sus hidrófonos detectan el sonido de una explosión de alcance, podrían ser desplegadas o recuperadas por los barcos de Coast and Geodetic Survey en cinco minutos. [1] [5] [6] El uso de las boyas también se extendió a la costa oeste de los Estados Unidos porque eran más baratas de instalar y operar que una estación costera. [5]
El rango de radio acústico tiene limitaciones e inconvenientes. Las peculiaridades locales en la propagación de ondas acústicas en la columna de agua podían degradar su precisión, había problemas con el mantenimiento de las estaciones de hidrófonos y el manejo de cargas explosivas representaba un peligro considerable para el personal y los barcos. [7] En una ocasión, un alférez del Coast and Geodetic Survey Corps a bordo del buque de reconocimiento USC & GS Hydrographer insertó una bomba radioacústica de alcance en la boca de un tiburón y soltó al tiburón, solo para observar con horror cómo nadaba de regreso al barco y explotó junto a Hidrógrafo 's casco ; la explosión sacudió el barco. [8] A bordo de Guide en 1927, la tragedia casi golpea cuando un suboficial que manejaba una bomba encendió su mecha y luego cayó cuando el barco se tambaleó; arrojó la bomba, que rodó por una cuneta. El suboficial volvió a caer antes de alcanzar finalmente la bomba y arrojarla por la borda justo a tiempo; explotó junto al barco justo cuando golpeaba el agua. La conmoción hizo que la mitad de la tripulación saliera corriendo de las cubiertas inferiores para averiguar qué había sucedido. [9]
Todavía en 1942, el alcance radioacústico seguía siendo lo suficientemente importante para el Coast and Geodetic Survey como para dedicarle poco más de 100 páginas de su Manual Hidrográfico . Sin embargo, la Segunda Guerra Mundial , que para entonces había durado tres años, impulsó el rápido desarrollo de sistemas de navegación puramente basados en radio para ayudar a los bombarderos a encontrar sus objetivos en la oscuridad y con mal tiempo. Estos sistemas de radionavegación eran más fáciles de mantener que las estaciones de hidrófonos y no requerían el manejo de explosivos [7] y, a medida que maduraban los nuevos sistemas, el Coast and Geodetic Survey comenzó a aplicarlos a la navegación marítima. El alcance de radio acústico parece no haber sido usado después de 1944, [1] y en 1946, los barcos de Coast and Geodetic Survey habían cambiado a la nueva tecnología de navegación electrónica SHORAN para fijar sus posiciones. [7]
Legado
El primer método no visual de navegación precisa en la historia de la humanidad, y el primero que se podía utilizar en cualquier momento del día o de la noche y en cualquier condición meteorológica, el rango de radio acústico fue un gran paso adelante en el desarrollo de los sistemas de navegación modernos. Nicholas Heck revolucionó la prospección oceánica mediante el uso de radioelectrónica para establecer la ubicación de los barcos, una de sus principales contribuciones a la oceanografía . [3] Su trabajo relacionado con la técnica también ayudó a desarrollar tablas de velocidad del sonido bajo el agua que permitieron establecer "profundidades reales" de hasta cinco millas (8,0 km) mediante eco sondeo. [10]
El alcance radioacústico fue un primer paso en el camino hacia los modernos sistemas de navegación electrónica, los sistemas de telemetría oceanográfica y el desarrollo de la prospección sísmica marina. La técnica también sentó las bases para el desarrollo de sonares capaces de mirar hacia adelante y hacia los lados de las embarcaciones. [11]
Las radio-sonoboyas de Coast and Geodetic Survey, desarrolladas para soportar la medición de radio acústica, fueron los antepasados de las sonoboyas utilizadas por barcos y aviones en la guerra antisubmarina y la investigación acústica submarina en la actualidad. [6]
Ver también
- Eco que suena
- Levantamiento hidrográfico
- Nicholas H. Heck
- Estudio geodésico y costero de los Estados Unidos
Referencias
- ^ a b c d e f g h Theberge, Alfred E., "Sistema sin puntos fijos: desarrollo de la técnica de navegación de alcance radioacústico (parte 1)", hydro-international.com, 2 de diciembre de 2009.
- ↑ a b Rude, Gilbert T., "The Modern Chart", Motor Boating , mayo de 1935, págs. 35, 68.
- ^ a b c d e hydro-international.com El descubrimiento de la transmisión de sonido a larga distancia en el océano
- ^ a b c d e f g h i j k l m Historia de la NOAA: el inicio del trabajo acústico de la costa y el levantamiento geodésico
- ^ a b c Anónimo, "Profundidad del océano medida por un robot de radio", Popular Mechanics , diciembre de 1938, págs. 828-830.
- ^ a b EVOLUCIÓN DEL SONOBUOY.pdf Holler, Roger A., "La evolución del Sonobuoy desde la Segunda Guerra Mundial a la Guerra Fría", Revista de acústica submarina de la Marina de los EE. UU. , enero de 2014, p. 323.
- ^ a b c hydro-international.com Theberge, Albert E., "Primeros desarrollos de sistemas de navegación electrónicos", 27 de marzo de 2009.
- ^ history.noaa.gov "Una carta desde el frente"
- ^ history.noaa.gov "El primer año"
- ^ Historia de NOAA: Perfiles en el tiempo - Biografías de C&GS: Nicholas Hunter Heck
- ^ celebration200years.noaa.gov Top 10: Avances: Técnicas de levantamiento hidrográfico: Métodos de levantamiento acústico: Alcance radioacústico
enlaces externos
- Historia de la NOAA: El inicio del trabajo acústico de la costa y el levantamiento geodésico
- Historia de la NOAA: Herramientas del oficio: Alcance acústico de radio
- NOAA 200th: Técnicas de levantamiento hidrográfico: Métodos de levantamiento acústico: Alcance radioacústico
- Encuesta de la costa de NOAA: una historia monumental
- Hydro International "Sistema sin puntos fijos"
- EVOLUCIÓN DEL SONOBUOY.pdf Holler, Roger A., "La evolución del Sonobuoy de la Segunda Guerra Mundial a la Guerra Fría", Revista de acústica subacuática de la Marina de los EE. UU. , Enero de 2014