Sistemas de sonar remolcados (TASS)

El funcionamiento de un conjunto remolcado se basa en su capacidad para detectar el sonido en la columna de agua mediante una larga hilera de hidrófonos. Estos hidrófonos convierten la presión acústica en señales eléctricas, que se transmiten a través del cable del conjunto a las unidades de procesamiento de señales a bordo del buque remolcador.

Estas señales se recogen mediante multiplexores, a menudo se digitalizan mediante convertidores analógico-digitales y se procesan mediante algoritmos de procesamiento digital de señales (DSP). El objetivo es localizar el origen de las ondas sonoras, ya procedan de un submarino, de la vida marina o de un fenómeno ambiental, analizando su tiempo de llegada y su intensidad a lo largo de la cadena de hidrófonos.

El cable de remolque es un componente complejo que debe soportar tensiones mecánicas, transmitir energía y, a menudo, transportar datos por fibra óptica. Su diseño garantiza que el conjunto mantenga una forma y profundidad constantes, lo que es crucial para que las lecturas de los sensores sean precisas.

Los sistemas modernos también emplean sistemas de navegación inercial (INS) y sensores de movimiento para seguir la forma y posición del conjunto en tiempo real, compensando los movimientos causados por las corrientes oceánicas o las maniobras. Algunos sistemas integran procesamiento basado en inteligencia artificial para automatizar la detección y clasificación, lo que aumenta aún más la capacidad de la misión.

Tipos de sonares remolcados

Sonar de arrastre, M508 Hydrus, de GeoSpectrum

Arrays pasivos remolcados

Los arrays pasivos son escuchas silenciosos. Detectan emisiones acústicas sin emitir ningún sonido, lo que los hace ideales para operaciones encubiertas como la guerra antisubmarina (ASW). Tanto los buques de superficie como los submarinos utilizan estos sistemas para vigilar el entorno submarino y rastrear buques por sus señales acústicas. Los arrays pasivos pueden abarcar cientos de metros y son muy sensibles a los sonidos de baja frecuencia, lo que permite su detección a larga distancia. Suelen desplegarse en submarinos remolcados o buques de vigilancia que operan en aguas profundas.

Arrastre activo

A diferencia de los sistemas pasivos, los remolcados activos emiten señales acústicas (o “pings”) y escuchan los ecos. Este método les permite detectar y clasificar objetos que, de otro modo, serían acústicamente silenciosos, como minas marinas, pequeños vehículos submarinos o submarinos lentos. Aunque los sistemas activos sacrifican el sigilo, son extremadamente eficaces en entornos acústicos poco profundos o complejos. Estos sistemas se utilizan habitualmente en misiones de contramedidas antiminas (MCM), cartografía de fondos marinos y vigilancia costera.

Antenas de gran apertura

Los arrays de gran apertura (WAA) aumentan la separación entre los elementos del hidrófono, mejorando la resolución angular y el alcance de detección. Esta configuración minimiza la ambigüedad espacial y permite una mejor localización del objetivo, incluso a grandes distancias. Debido a su tamaño, los WAA suelen requerir una amplia infraestructura de despliegue, que incluye boyas de cola y sistemas especializados de manipulación de conjuntos remolcados. A pesar de su complejidad, ofrecen un rendimiento excepcional en la detección de señales débiles en grandes franjas del océano, lo que las hace muy valiosas para la vigilancia de largo alcance y las aplicaciones científicas.

Componentes y tecnologías clave

Cuerpo de remolque para grabación de hidrófonos, Fyrefin de Ocean Sonics

Los sistemas de antenas remolcadas se basan en un conjunto de componentes integrados que garantizan un rendimiento fiable y la integridad de los datos:

• Hidrófonos y sensores: Dependiendo de la misión, los arrays pueden utilizar sensores piezoeléctricos para aplicaciones generales o sensores de fibra óptica para una mayor sensibilidad y menores interferencias.
• Multiplexores y amplificadores: Los multiplexores agrupan varios canales de señal en menos líneas de salida, lo que reduce el tamaño y el peso de los cables. Los amplificadores potencian las señales débiles para una digitalización precisa.
• Convertidores analógico-digitales (ADC): los ADC de alta resolución captan los detalles del sonido en bandas de frecuencia amplias, esenciales para distinguir objetivos en entornos ruidosos.
• Cables de arrastre: Construidos para soportar tanto la tensión como la exposición ambiental, estos cables alojan elementos de resistencia, conductores de potencia y líneas de datos.
• Sistemas de manipulación: Los cabrestantes, las poleas y los sensores de control de movimiento forman parte integral de los robustos sistemas de manipulación, diseñados para desplegar y recuperar de forma segura los arrays en condiciones dinámicas en el mar.

Aplicaciones de los sistemas de sonar remolcado

Los sistemas de sonar de remolque se emplean en una amplia gama de misiones, cada una de las cuales se beneficia de sus capacidades de detección de largo alcance y detección acústica precisa. A continuación se presentan las principales aplicaciones clasificadas por caso de uso:

Sistema de sonar remolcado, TRAPS, de GeoSpectrum Technologies

Vigilancia oceanográfica y medioambiental

Los arrays remolcados son herramientas valiosas para las instituciones científicas. Configurados para la vigilancia acústica submarina, pueden seguir las migraciones de las ballenas, vigilar las poblaciones de peces o detectar actividad sísmica. Las configuraciones de gran apertura son ideales para la cartografía a gran escala y la recopilación de datos para apoyar los estudios sobre el cambio climático, el análisis de las corrientes oceánicas y la investigación de la propagación del sonido.

Cartografía del fondo marino y exploración geofísica

Los arrays activos remolcados también se utilizan en sectores comerciales para estudios geofísicos marinos y cartografía del lecho marino. Estos sistemas proporcionan imágenes de alta resolución para la exploración de petróleo y gas, la construcción en alta mar y la clasificación de los fondos marinos. Los arrays integrados con sistemas multihaz pueden distinguir entre roca, sedimentos y estructuras artificiales.

Operaciones no tripuladas y autónomas

Las redes de arrastre compactas se utilizan cada vez más en buques de superficie no tripulados (USV ) y vehículos submarinos autónomos (AUV). Estas plataformas utilizan sistemas de sonar ligeros y modulares para llevar a cabo misiones prolongadas sin necesidad de tripulación a bordo. Las aplicaciones incluyen la vigilancia submarina, el reconocimiento y la inspección de infraestructuras (por ejemplo, tuberías y cables).

Vigilancia y patrulla marítimas

Las armadas y los guardacostas utilizan antenas remolcadas para vigilar el tráfico comercial, civil y militar. Estos sistemas ayudan a reforzar las zonas de exclusión marítima, rastrear buques potencialmente hostiles y vigilar puntos de estrangulamiento sensibles. Su capacidad de detección pasiva es especialmente útil en regiones con mucho tráfico, donde se necesita simultáneamente sigilo y detección de largo alcance.

Operaciones de búsqueda y recuperación

Cuando desaparecen aeronaves o embarcaciones en aguas profundas, a menudo se despliegan sistemas de sonar remolcados para detectar cajas negras, restos de naufragios o campos de escombros sumergidos. Los hidrófonos de alta sensibilidad y el DSP pueden aislar los sonidos artificiales de los naturales, mejorando las posibilidades de éxito de la recuperación en condiciones acústicas difíciles.

Defensa portuaria y costera

En entornos litorales congestionados, los arrays remolcados sirven como multiplicadores de fuerza para defender puertos y activos costeros. Desplegables desde patrulleras o plataformas temporales, estos sistemas pueden vigilar las rutas de acceso submarino para detectar intrusiones de buzos, minisubmarinos o vehículos submarinos no tripulados. Se utilizan tanto en modo activo como pasivo, en función de la amenaza y el entorno.

Protección de escoltas y convoyes

Los combatientes de superficie utilizan sistemas remolcados para proteger portaaviones, buques anfibios y buques mercantes. El conjunto actúa como una red de sensores acústicos ampliada, capaz de detectar submarinos o vehículos submarinos que intenten violar el perímetro defensivo del grupo de tareas. Los sistemas pasivos proporcionan alerta temprana, mientras que los modos activos apoyan la localización precisa durante los enfrentamientos.

Guerra antisubmarina (ASW)

Uno de los usos militares más importantes de los sistemas de arrastre es la guerra antisubmarina. Los arrays pasivos remolcados destacan en la detección de los sonidos de baja frecuencia emitidos por los submarinos, como el ruido de propulsión y la cavitación. Estos arrays permiten a las fuerzas navales vigilar posibles amenazas submarinas a grandes distancias manteniendo el sigilo. Los submarinos con sonares remolcados utilizan estos sistemas para patrullar en silencio zonas estratégicas, rastreando submarinos hostiles mucho antes de que sean detectados a su vez.

Contramedidas antiminas (MCM)

Las antenas remolcadas activas desempeñan un papel fundamental en la detección y clasificación de minas marinas, especialmente en las zonas litorales, donde el desorden del lecho marino puede ocultar los resultados de los sonares tradicionales. Su capacidad para emitir sonido e interpretar los ecos permite una identificación de alta resolución de los peligros sumergidos. Los buques MCM o los vehículos de superficie no tripulados suelen desplegar redes de sonar remolcadas en operaciones coordinadas de desminado.

Despliegue y consideraciones operativas

El despliegue de un conjunto remolcado requiere equipos y procedimientos de manipulación especializados. Normalmente, el conjunto se lanza desde la popa de un buque mediante un sistema de cabrestante y polea, y se desenrolla gradualmente a medida que el buque gana velocidad. Una vez desplegado por completo, los sistemas de a bordo estabilizan el conjunto a la profundidad deseada mediante el control del cuerpo de remolque o la gestión de la flotabilidad.

Los operadores controlan la telemetría en tiempo real para conocer el estado del conjunto, incluida la tensión de los cables, la forma del conjunto y el estado de los sensores. Durante el funcionamiento, las unidades de procesamiento de señales filtran e interpretan continuamente los datos acústicos, señalando cualquier contacto o anomalía.

La recuperación se controla de forma similar, requiriendo una recuperación gradual y un equilibrado de la tensión para evitar enredos o daños. En mares agitados o entornos de gran tensión, la integridad de los cables del conjunto remolcado y de los componentes mecánicos de manipulación es aún más crítica. El mantenimiento, la calibración y las comprobaciones previas a la misión son cruciales para la fiabilidad del sistema, especialmente durante despliegues de larga duración.

Selección del sistema remolcado adecuado

La elección de un conjunto remolcado depende de la plataforma, los objetivos de la misión y el entorno acústico. Para la detección sigilosa en aguas profundas, los arrays pasivos ofrecen la combinación óptima de alcance y discreción. En zonas poco profundas o ruidosas, los arrays activos ofrecen un rendimiento superior gracias a la interrogación de señales. Para un seguimiento amplio y de alta resolución, los arrays de gran apertura siguen siendo inigualables, aunque exigen una mayor inversión en manipulación e integración.

Las fuerzas navales, los investigadores marinos y los contratistas de defensa deben sopesar las ventajas y desventajas en cuanto a rendimiento, coste y complejidad operativa. Los sistemas modernos suelen tener un diseño modular que permite adaptar las configuraciones a las distintas misiones. El auge de los conjuntos remolcados compactos para plataformas no tripuladas también está impulsando la innovación en el diseño de sensores ligeros y de bajo consumo.

Respaldados por una tecnología de sensores en constante evolución, un DSP avanzado y un hardware de despliegue robusto, los actuales arrays remolcados siguen ampliando los límites del conocimiento de la situación submarina, desempeñando funciones críticas tanto en el ámbito de la defensa como en el de la ciencia.