Los ojos de un submarino

De los periscopios a los mástiles fotónicos: visión avanzada para el sigilo submarino

La vida abordo de un submarino  Film Credits: U.S. Navy Video by Austin Rooney - Released Life Aboard USS Wyoming • Ballistic Missile Submarine

A las 4 am del 13 de abril de 2018, los misiles Tomahawk surcaron el cielo nocturno, golpeando una instalación de investigación de armas químicas en Siria. En su primer despliegue, el USS John Warner, un submarino de clase Virginia, disparó seis misiles desde el Mediterráneo oriental. Con buques, aviones y submarinos rusos al acecho, este submarino nuclear de ataque rápido lanzó el ataque junto con otros buques de la US Navy, aviones y fuerzas aliadas británicas y francesas. Gracias a su excelente visión, el submarino asestó un golpe directo sin ser detectado.

En los últimos 30 años se ha producido una notable transformación en la tecnología que proporciona visión a un submarino. La visión submarina ha evolucionado de periscopios con lentes, espejos y prismas a sofisticados instrumentos electroópticos basados en sensores, láseres y fibra óptica. A bordo de los submarinos más avanzados de la clase Virginia de la US Navy, los mástiles fotónicos de alta tecnología han sustituido a los periscopios. Patrullando aguas de todo el mundo, esta nueva raza de submarinos se mueve con mayor sigilo, escabulléndose y espiando como nunca antes.

El mástil fotónico (u optrónico) se instaló y probó por primera vez en el USS Memphis en 1992. Desde entonces, el sistema se ha ido actualizando periódicamente. La modularidad ha aumentado y el diámetro del mástil ha disminuido.

El submarino de ataque USS North Dakota, de clase Virginia, atraviesa el río Támesis camino de su puerto base en la Base Naval de Submarinos de New London en Groton, CT. Crédito: Cmdr. Jason M. Geddes/US Navy

Visión de túnel

La capacidad de ver por encima de la superficie es esencial para las misiones de vigilancia, inteligencia y reconocimiento, pero los primeros submarinos carecían de ella. En 1898, para disparar un torpedo, el primer submarino de la Armada, el USS Holland, se sumergió. Salió a la superficie lo suficiente para descubrir la torre de mando y apuntar el arma, y luego se sumergió. Sin periscopio, el submarino estaba ciego.

En 1902, la Lake Torpedo Company de Bridgeport, Connecticut, botó el Protector, el primer submarino estadounidense con visión. Llevaba un omniscopio, precursor del periscopio moderno. Prismas y lentes dispuestos en el interior del tubo proporcionaban a la tripulación una visión de 360 grados del horizonte y les permitían calcular el alcance. El constructor de submarinos Electric Boat desarrolló su propio periscopio cuando la Lake Torpedo Company se negó a vender el instrumento por separado.

Detalle de la Fig. 2 de Lake, Simon. "Tubo de observación para submarinos". Patente estadounidense nº 725.570. 14 Abr. 1903.

Los periscopios primitivos proporcionaban a los submarinos el precioso don de la vista, una ventana al mundo exterior. Sin embargo, tenían sus defectos. A mayor velocidad, la presión doblaba los tubos largos, distorsionando la imagen. Si el periscopio giraba demasiado, la imagen se invertía.

Un periscopio perfeccionado para la Royal Navy británica se convirtió en el estándar de la Marina estadounidense para los submarinos. Hacia 1911, el contratista aeroespacial y de defensa estadounidense Kollmorgen mejoró el periscopio incorporando dos telescopios dentro de un tubo exterior resistente a la presión. Este diseño menos llamativo tuvo tanto éxito que Kollmorgen se convirtió en el principal proveedor de periscopios de la Marina estadounidense. Con el tiempo, a medida que crecían los tubos, mejoraba la óptica y se agudizaban las imágenes, el futuro de los periscopios parecía prometedor.

Segunda visión

Durante más de 50 años, los periscopios fueron los ojos de un submarino. Sin embargo, la ubicación del instrumento en un submarino no era la ideal. Instalado en el centro de la sala de control, el voluminoso aparato ocupaba un valioso espacio en la estrecha cubierta superior. Los marineros que manejaban los periscopios caminaban en círculos en busca de amenazas. Los periscopios también penetraban en el casco del submarino, por lo que las colisiones con buques de superficie, un peligro importante para los submarinos que se elevaban a la profundidad del periscopio, podían causar un corte letal en un submarino.

"Durante la Segunda Guerra Mundial, al menos nueve submarinos sufrieron daños en el periscopio, principalmente por explosiones o colisiones", explica Timothy Francis, historiador asesor principal del Mando de Historia y Patrimonio Naval. "Cada agujero en el casco de un submarino es un punto débil. Cuantas menos aberturas, más fuerte será el casco y más profundas las inmersiones".

Comparación de diseño entre un submarino de la clase Virginia que utiliza un mástil fotónico y otros submarinos que utilizan un periscopio. El mástil fotónico permite situar la sala de control en la segunda cubierta, más espaciosa. Crédito: HowStuffWorks

En 1988, Kollmorgen empezó a desarrollar un nuevo sistema con un contrato de la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa (DARPA). Desarrollaron el mástil fotónico, una nueva y revolucionaria forma de ver para un submarino. En un contrato por valor de 41,2 millones de dólares, suministraron ocho mástiles para los submarinos de la clase Virginia de la Armada, y cada submarino recibió dos. Para reforzar su negocio de sensores optrónicos, L3Harris adquirió la división de electroóptica de Kollmorgen en 2012. La división de L3Harris en Northampton, Massachusetts, formalmente conocida como L3-KEO, es ahora el único proveedor de mástiles fotónicos de la Armada y un innovador en el campo.

Un mástil fotónico tiene una parte "exterior" que se fija a la vela o a la aleta del submarino. Un conjunto de conexiones a prueba de presión conecta los sensores externos al casco del submarino. Los cables de fibra óptica atraviesan el casco y conectan el mástil con los cables interiores, una consola interior y una estación de control que controla el mástil y procesa y distribuye las imágenes", explica Melvin French, Director de Desarrollo y Estrategia de Negocio Marítimo Internacional de L3Harris. "Hay algunas variantes de mástiles fotónicos. En general, incluyen cámaras visuales, cámaras de infrarrojos de onda corta y onda media, y telémetros láser. El mástil fotónico tiene canales ópticos/sensores separados para infrarrojos de onda media e infrarrojos de onda corta".

El mástil exterior recoge datos en la superficie. La antena telescópica puede elevarse silenciosamente para que la tripulación pueda echar un vistazo con cámaras en color, blanco y negro de alta resolución e infrarrojos. "El mástil puede girar 360 grados y dirigir la línea de visión a cualquier punto del horizonte. Está diseñado para resistir los embates de las olas a gran velocidad", explica French. Una vez que la punta del mástil atraviesa el agua, varios sensores sellados en carcasas a prueba de presión detectan datos visibles, infrarrojos de onda corta e infrarrojos de onda media.

Los componentes internos procesan y muestran los datos. Cada sensor envía datos por separado a través del cable de fibra óptica al procesador de imágenes, que ajusta las imágenes, corrigiendo el movimiento y la rotación. Las imágenes se unen para crear un panorama de 360 grados de movimiento continuo, vídeo casi en tiempo real con opciones para tomar instantáneas y hacer zoom sobre los objetos.

Componentes del mástil fotónico AN/BVS-1. Crédito: Naval Sea Systems Command (NAVSEA)

Un mástil fotónico tiene una ventaja significativa sobre un periscopio. Los submarinos ya no tienen que esquivar el equipo molesto y el vigía. "El empleo de mástiles fotónicos libera a los arquitectos navales para ubicar la sala de control del submarino -el espacio donde el capitán y los oficiales superiores manejan el submarino- en un espacio más ventajoso del buque", dice French. En lugar de que una sola persona vea el entorno con la mirada pegada al ocular, varias personas pueden ver un monitor, lo que permite tomar decisiones conjuntas". Los mástiles fotónicos ya no penetran en el casco, lo que aumenta la capacidad de supervivencia del submarino.

Mirando hacia el futuro

Estos mástiles siguen evolucionando. En 2015, L3Harris ganó un contrato de 48,7 millones de dólares para proporcionar mástiles fotónicos más delgados y de bajo perfil en los submarinos de la clase Virginia de la Armada. La Marina adjudicó a L3Harris un contrato de 73,7 millones de dólares en 2019 para reparar, actualizar y dar servicio a la próxima generación de mástiles. "Las actualizaciones rutinarias de los sensores han mejorado el rendimiento a través de formatos de mayor resolución, menor ruido y mayor sensibilidad. Con una consola de a bordo más integrada, el vídeo puede compartirse a través de la red del buque. Cada año se aplican mejores algoritmos de procesamiento de imágenes", explica French.

"La contradetección desde sistemas de radar aerotransportados y de buques de superficie es una amenaza cada vez mayor. Un deseo futuro implica la obtención instantánea de imágenes acimutales de 360 grados para que los tripulantes puedan vigilar todo su entorno cada vez que izan el mástil, en lugar de tener que dirigir una estrecha línea de visión. Existe una necesidad cada vez mayor de mástiles de menor diámetro con tiempos de exposición mínimos más bajos, al tiempo que se mejoran las prestaciones de las imágenes. Nuestro objetivo actual es mejorar la modularidad y la capacidad de actualización". Las actualizaciones rápidas con los materiales más modernos garantizan el sigilo de la flota. Empresas innovadoras están desarrollando componentes modulares que permiten a un submarino oír. En el futuro, los ojos de un submarino también podrán tener oídos. 

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• Fuente
•  Linda Zajac . (2021, April 9). The eyes of a submarine. SPIE, the international society for optics and photonics. Retrieved January 20, 2023, from https://spie.org/news/the-eyes-of-a-submarine_photonics-masts?SSO=1 

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