¿Cómo se encuentra un objeto que no está destinado a ser encontrado?
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| Los investigadores marítimos forenses enfrentan distintos desafíos que no son relevantes para las investigaciones tradicionales en tierra. |
Estos incluyen:
(1) optimización de cuadros de búsqueda preliminar mediante probabilidades bayesianas, con actualizaciones para probabilidades posteriores a lo largo de la búsqueda (2) sistemas de sonar de barrido lateral; y (3) vehículos submarinos no tripulados (UUV) para imágenes, acceso y verificación de identidad. Al explicar las eficacias y desventajas de dichos métodos, este análisis destaca la importancia y el futuro cambiante de las estrategias de optimización de búsqueda.
Cómo encontrar un submarino perdido
Los investigadores marítimos forenses enfrentan distintos desafíos que no son relevantes para las investigaciones tradicionales en tierra. A diferencia de la ciencia forense terrestre, el conocimiento preestablecido del entorno marítimo local es escaso. Los científicos han mapeado 1/5 del fondo marino según los estándares modernos con una resolución de 100 m, pero eso significa que aún no se han estudiado casi 290 millones de kilómetros cuadrados de fondo marino (el doble de la superficie de Marte).1 Además, la lejanía de las áreas operativas submarinas arroja una amplia red especulativa sobre la última ubicación de un submarino, actuando como una pista falsa para los planificadores. Por ejemplo, la Armada francesa finalmente encontró el Minerve en julio de 2019 después de buscarlo desde 1968, pero la posición del submarino estaba a solo 28 millas de la costa de Toulouse.2
Restos del submarino francés Minerve. Las letras MINE del nombre del Minerve son visibles en los restos del naufragio. El Minerve se perdió en enero de 1968. (Foto de la Marina francesa)
Por lo tanto, la ausencia de mapas existentes requiere un mapeo 4-D simultáneo del área, algo que es escaso. Los desechos submarinos no son identificables en imágenes aéreas y de satélite debido a la opacidad de la superficie y la extrema profundidad de los restos. La estratificación oculta los restos y limpiar la acumulación de sedimentos se vuelve extremadamente complicado debido al gran volumen. Un estudio “recorrido” in situ, como lo describen Fenning y Donnelly3 en su descripción de metodologías geofísicas, es simplemente imposible en un entorno marino. Los niveles de acidez y pH del agua también influyen en las tasas de descomposición y deben considerarse para una simulación en el escenario de siniestro.
Agosto de 1986: vista de la vela desprendida del submarino de ataque de propulsión nuclear USS Scorpion (SSN-589) que yace en el fondo del océano. Profundidad 10.000 pies, 400 millas al suroeste de las Azores. El Scorpion se perdió el 22 de mayo de 1968. (Foto vía Archivos Nacionales de EE. UU.)
1: Estrategias de búsqueda bayesiana
La construcción de un cuadro de búsqueda preliminar requiere estrategias y cálculos meticulosos. Un error asociado con un análisis erróneo de las fuentes primarias puede inevitablemente engañar a los planificadores de búsqueda y rescate, retrasando el descubrimiento de un submarino. Esto ocurrió en el caso del USS Grayback, cuando funcionarios de la Marina tradujeron mal las coordenadas finales del submarino documentadas por un bombardero japonés con base en portaaviones.4 Un dígito interpretado incorrectamente en las coordenadas longitudinales creó un área de búsqueda errónea que se desvió 160 kilómetros de la zona real del Grayback. ubicación.5
Los inconvenientes de depender de una única fuente hacen que los planificadores utilicen estrategias de búsqueda basadas en estadísticas bayesianas. A un nivel rudimentario, el teorema de Bayes aprovecha las probabilidades de un evento y el conocimiento previo sobre la condición de dicho evento para producir una predicción razonable de su ocurrencia. Las partes interesadas formularán primero una serie de posibles historias sobre la ubicación de un submarino desaparecido, basándose en todas las fuentes potenciales (testimonio de testigos presenciales de la última inmersión del submarino, registros operativos, registros de misión, etc.). La credibilidad y el valor de cada pieza de evidencia serán juzgados por investigadores y expertos que luego asignarán colectivamente peso estadístico a los posibles escenarios. Por ejemplo, el equipo forense del USS Scorpion invitó a comandantes de submarinos experimentados a presentar hipótesis razonables que los científicos luego introducirían en una función de densidad de probabilidad.6 Estas funciones de densidad de probabilidad ayudan a los planificadores a priorizar ciertas zonas de búsqueda para realizar estudios. Los investigadores recurren a las estadísticas bayesianas y a los modelos de inferencia bayesianos debido a su poder predictivo y a los resultados integrales derivados de relativamente pocos datos de entrada. La Figura A muestra una convención jerárquica de cuatro pasos en una estrategia de búsqueda bayesiana. El diagrama resume los efectos de las actualizaciones en el modelo e introduce la función de probabilidad posterior (PPF).
Figura A.
Cuando un área de búsqueda no arroja ninguna evidencia que apunte a un submarino, se calculará una función de probabilidad posterior. La utilidad y el papel de una FPP se explican mejor mediante la representación hipotética de la ecuación (1-2) de la probabilidad de que una cuadrícula contenga un submarino. La variable q representa la probabilidad de detección exitosa de un naufragio y p cuantifica la probabilidad de que la cuadrícula contenga el naufragio. Si no se logra encontrar un naufragio en un cuadrado de la cuadrícula, se revisará la probabilidad de ese cuadrado en p prima, una probabilidad posterior.7 En esta situación teórica, las probabilidades (para propósitos puramente ilustrativos) son: que un naufragio en el cuadrado de la cuadrícula sea 67 % y las posibilidades de que un sonar de barrido lateral identifique una anomalía es del 85%.
Según esos supuestos numéricos, si el submarino no se encontró en el primer estudio, entonces un segundo estudio del mismo cuadrado de la cuadrícula, como se indica en la Ecuación (3), arrojará una probabilidad posterior secundaria de aproximadamente el 4,2%. En conjunto, el 4,2% representa las posibilidades de éxito de encontrar el submarino en el cuadrado dado en un segundo barrido.
Las estrategias bayesianas son un elemento básico de la teoría de búsqueda del análisis de operaciones. Por ejemplo, la Guardia Costera de Estados Unidos incorpora estrategias de búsqueda bayesiana en su Sistema de Planificación Óptima de Búsqueda y Rescate (SAROPS).8 Los resultados exitosos producidos por las estrategias de búsqueda bayesianas han llevado a un consenso general sobre la utilidad de la técnica. La identificación del lugar submarino de los restos del vuelo AF 477 de Air France subrayó esta utilidad. En el descubrimiento de 2011, los investigadores crearon funciones de densidad de probabilidad (PDF) a partir de escenarios ponderados complementados con conocimiento previo de nueve accidentes de aviones comerciales, dinámicas de vuelo conocidas y trayectorias finales.9 Estos PDF dibujaron cuadros de búsqueda que se ampliaron hasta que una corbeta brasileña recuperó componentes de AF. 477 flotando en la superficie.
Vista de popa del submarino de ataque de propulsión nuclear USS Scorpion (SSN-589) que muestra la parte superior del timón (con marcas de calado) y el plano de popa de babor. Tenga en cuenta que la parte posterior de la sección de la sala de máquinas (ha sido) telescópica hacia la sala de máquinas. Se pueden ver las nervaduras de los planos de popa debido a la deformación del metal que los recubre. (Fotografía oficial de la Marina de los EE. UU., de las colecciones del Comando de Historia y Patrimonio Naval).
Sin embargo, las estrategias de búsqueda bayesianas merecen críticas legítimas por su uso implícito del análisis subjetivo. El uso de estrategias de búsqueda bayesianas por parte de Terrill y Project Discover narra una historia de valores arbitrarios asociados con cada escenario. Esto se ve especialmente cuando los investigadores otorgan un gran peso subjetivo a los datos de las entrevistas de los pocos testigos restantes de la última ubicación de un bombardero B-24.10 En conjunto, las estrategias de búsqueda bayesianas obligan a los analistas a cuantificar lo que es esencialmente información cualitativa (por ejemplo, la probabilidad de que un anciano puede recordar con precisión los acontecimientos del accidente). Estas limitaciones crean posibilidades de una mayor incertidumbre y un intervalo de confianza más amplio. Además, la estrategia de búsqueda bayesiana puede eclipsar otros métodos poderosos para formar cuadros de búsqueda, como la fórmula del índice de Gittins.11
2: Implementación de un sonar de escaneo lateral para imágenes del fondo marino
El sonar, también conocido como navegación y alcance del sonido, es un método que aprovecha la propagación del sonido como una forma de detectar la posición de un objeto y visualizar formas a partir de firmas acústicas en forma de ecos. La frecuencia de retorno y el ruido irradiado de un objeto permiten la adquisición de objetivos y la navegación segura por parte de los submarinos dependiendo del perfil de velocidad del sonido en la vecindad; Para los investigadores que esperan encontrar submarinos inactivos, los sonares de barrido lateral brindan capacidades de mapeo.
Estos dispositivos construyen imágenes a partir de cortes transversales suministrados por haces acústicos cónicos continuos que se reflejan en el fondo marino; la velocidad de emisión de las olas puede alcanzar casi 512 haces de sonar discretos a una velocidad de 40 veces por segundo.12 Los datos producidos por sonares de barrido lateral reúnen una Sonograma que se convierte en formato digital para visualización. La utilidad de los sonares de barrido lateral es trinitaria; crean imágenes de trabajo efectivas de franjas del fondo marino cuando se usan junto con sondeos batimétricos y datos del perfilador del subfondo.13 Los factores de forma de los sonares de barrido lateral permiten que el dispositivo sea altamente móvil y sirvan como accesorios flexibles y remolcables para la cola de barcos de cualquier tamaño, dando libertad a los operadores humanos para ajustar la direccionalidad de la ensonificación. Además, los sonares de barrido lateral contienen configuraciones de frecuencia ajustables. Un cambio en la frecuencia de un sonar de barrido lateral afectará la longitud de onda de emisión del sonar, dando al operador flexibilidad en la adquisición del objetivo. Los sonares de barrido lateral pueden funcionar en un rango tan bajo como 50 kHz para cubrir el área máxima del fondo marino; alternativamente, el instrumento puede funcionar a 1 MHz para una resolución máxima. Esta característica es extremadamente vital porque los submarinos varían en longitud según el modelo y diferentes masas de agua comparten perfiles únicos de velocidad del sonido. Otra ventaja de los sonares de barrido lateral es su registro de alta precisión a un nivel de exactitud submétrico para planos horizontales y a un nivel de error centimétrico para planos verticales.14
Los sistemas de sonar de barrido lateral existen como un aparato vital para cualquier operación de búsqueda porque las alternativas para el mapeo son mínimas. Otros métodos distintos de los sonares de barrido lateral, como los escáneres de datos batimétricos de haces múltiples de baja frecuencia, cuando se reapropian, son imperfectos en cuanto a la precisión de la identificación de objetos y son mejores para escanear grandes estructuras topográficas del fondo marino, como montañas submarinas.15 Los avances recientes en los detectores de anomalías magnéticas16 parecen prometedores para el futuro. exploración del fondo marino, pero estos instrumentos aún requieren enfoques paralelos o uso en conjunto con sonares de barrido lateral. Hasta que los magnetómetros puedan extender su alcance más allá de la identificación de objetos magnéticos en la Zona Epipelágica (la capa más superficial del océano donde la luz solar todavía está disponible para la fotosíntesis), los sonares de barrido lateral serán más consistentes y versátiles que los magnetómetros.
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| Un mosaico de imágenes de sonar combinadas muestra qué tan cerca estaba el sumergible Titán del campo de escombros del Titanic. El Titán se perdió el 18 de junio de 2023 (Gráfico vía RMS Titanic Inc.) |
El despliegue del sonar de barrido lateral se produce en la etapa intermedia de las operaciones de búsqueda. Una embarcación tendrá un sonar de barrido lateral montado o integrado en un remolcador. Atado al barco principal, el sonar de barrido lateral realizará un estudio de sonar adecuado de un área propuesta manteniendo una línea de estudio rígida junto con una “altitud” constante del remolcador al seguir al barco. Los técnicos revisan cuidadosamente el receptor GPS del remolcador para rectificar las desviaciones del rumbo, si es necesario, cambiando manualmente el rumbo del barco y del remolcador. Un sonar de barrido lateral funciona con un modo de estudio para capturar anomalías, que gráficos visuales registrarán y marcarán para su posterior investigación mediante un vehículo submarino no tripulado (UUV).
Desafortunadamente, los usuarios de sonares de barrido lateral notarán varias limitaciones que deben tener en cuenta. Una restricción de los sonares de barrido lateral es su incapacidad para obtener imágenes directamente debajo de los transductores de barrido lateral. En otras palabras, los barcos deben compensar el punto ciego del escáner lateral escalonando su estrategia de cortar el césped. Además, los sonares de barrido lateral contienen software que prohíbe superar un determinado límite de velocidad para remolcar, para que el receptor no muestre imágenes significativas de dispersión, absorción e incoherentes. Al igual que otros instrumentos, el consumo de energía física de los sonares de barrido lateral puede ser una variable de restricción.
Por último, los sonares de barrido lateral funcionan según la calidad de los datos batimétricos suministrados. Por sí solos, los sonares de barrido lateral no pueden identificar de manera eficiente los cambios en los gradientes y los perfiles de velocidad del sonido en tiempo real. Los sonares de alta frecuencia y alta resolución funcionan a distancias relativamente cortas mediante la propagación del sonido por trayectoria directa, lo que limita la refracción de las ondas sonoras y la consiguiente distorsión. Esto significa que el sonar de barrido lateral tendrá dificultades para informar sobre las trayectorias de propagación de sus rayos y los canales de sonido, lo que significa que se puede omitir el conocimiento de las zonas de sombra.17 Esta es la peor pesadilla de un investigador de búsqueda porque no buscar adecuadamente una cuadrícula puede llevar a a un marcado incorrecto y permanente de un cuadrado que no contiene un objetivo. Los datos imperfectos o simplemente la falta de datos batimétricos también contribuyen a la limitación de los sonares de barrido lateral.
3: Integración de vehículos submarinos no tripulados adaptativos para búsquedas forenses.
Desde su introducción en la década de 1960, los UUV han desempeñado un papel importante en todas las investigaciones forenses de un submarino perdido. Los UUV actúan como sustitutos de los buceadores humanos que no pueden operar cómodamente durante períodos prolongados a profundidades superiores a los 100 metros. Para ilustrar la necesidad de UUV, el USS Grayback fue descubierto a una profundidad de 431 metros (1.417 pies)18, una profundidad imposible para los buzos, pero no para el submarino en sí. Los UUV apoyan a los científicos forenses en algo más que fotografía submarina. Los UUV recopilan datos batimétricos, utilizan imágenes ultrasónicas, miden la fuerza de las corrientes oceánicas y detectan objetos extraños por sus propiedades inerciales o magnéticas. Las variantes de los UUV se clasifican en dos clases de robótica: vehículos submarinos operados remotamente (ROV) y vehículos submarinos autónomos (AUV). Los ROV permiten el pilotaje directo por parte de un operador humano desde una ubicación remota con señal. Los AUV funcionan de forma independiente y siguen patrones de búsqueda de comportamiento preprogramados.
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| Una fotografía tomada por un vehículo operado a distancia (ROV) muestra el submarino hundido de la Armada de Indonesia, KRI Nanggala-402, en Denpasar, Bali, Indonesia, el 18 de mayo de 2021. El KRI Nanggala-402 se perdió el 20 de abril de 2021. (Foto de la Armada de Indonesia) |
La variante UUV, Remus 100,19 fabricada por el Instituto Oceanográfico Woods Hole, se parece engañosamente a un torpedo, pero funciona como un eficaz dispositivo de detección de eliminación de artefactos explosivos para la Armada. Cuando se reacondiciona para operaciones de búsqueda, la variante Remus (AUV) puede realizar operaciones de sonar de barrido lateral de doble frecuencia en secuencias independientes de búsqueda de cortar el césped.20 El transpondedor de Remus maneja registros de velocidad GPS y Doppler que han demostrado ser más precisos. en mediciones que los AUV anteriores. Habitualmente, los actores forenses desplegarán ROV y AUV para la identificación de cerca o la investigación de rutina de una anomalía, en lugar de misiones de búsqueda en áreas amplias. Estos ROV muestran transmisiones de video en color de alta definición para los operadores de una embarcación; la latencia entre los pilotos y el ROV varía de uno a dos segundos, lo que acelera las decisiones de respuesta.
Conclusión
Este análisis examina una trinidad de métodos contemporáneos que giran en torno a estadísticas y vehículos autónomos que ayudan a los funcionarios en operaciones de búsqueda y rescate de submarinos. Las corporaciones y los funcionarios deben tener en cuenta que vale la pena innovar y construir modelos más eficaces en las operaciones de búsqueda cuando la velocidad determina la capacidad de salvar vidas. Si bien este análisis analiza el empleo de la tecnología antes mencionada en el contexto de los submarinos, estos métodos pueden implementarse teóricamente para otros intereses marítimos: encontrar aviones perdidos, emprender la preservación histórica de los sitios de naufragios y embarcarse en la minería en aguas profundas. Por todas estas razones, Estados Unidos tiene un interés inherente en impulsar el debate sobre los avances en las tácticas de búsqueda y rescate de submarinos.
Referencias
- 1 Amos, Jonathan. “One-Fifth of Earth’s Ocean Floor Is Now Mapped.” BBC News. BBC, June 20, 2020. https://www.bbc.com/news/science-environment-53119686.
- 2 “DOS Involved in the Finding of the French Submarine La Minerve.” Deep Ocean Search, October 3, 2019. http://www.deepoceansearch.com/2019/10/03/dos-involved-in-the-finding-of-the-french-submarine-la-minerve/.
- 3 Fenning, P. J., Donnelly, L. J., 2004. Geophysical techniques for forensic investigation. Geological Society of London Special Publications, 232, 11-20.
- 4 Elfrink, Tim. “A WWII Submarine Went Missing for 75 Years. High-Tech Undersea Drones Solved the Mystery.” The Washington Post. WP Company, November 11, 2019. https://www.washingtonpost.com/nation/2019/11/11/uss-grayback-discovered-tim-taylor-lost-project/.
- 5 Ibid.
- 6 L.D. Stone, “Operations Analysis during the Underwater Search for Scorpion” Naval Research Logistics Quarterly, vol. 18(2), pp. 141–157. 1971
- 7 Terrill, E., Moline, M., Scannon, P., Gallimore, E., Shramek, T., Nager, A., Anderson, M. (2017). Project Recover: Extending the Applications of Unmanned Platforms and Autonomy to Support Underwater MIA Searches. Oceanography, 30(2), 150-159. Retrieved March 1, 2021, from http://www.jstor.org/stable/26201864
- 8 Stone, L. (2011). Operations Research Helps Locate the Underwater Wreckage of Air France Flight AF 447. Phalanx, 44(4), 21-27. Retrieved March 2, 2021, http://www.jstor.org/stable/24910970
- 9 Soza & Company, Ltd. (1996). The Theory of Search: A Simplified Explanation: U.S. Coast Guard. Contract Number: DTCG23-95-D-HMS026. Retrieved on 2010-07-18 from http://cgauxsurfaceops.us/documents/TheTheoryofSearch.pdf
- 10 Terrill, E. “Project Recover.” Oceanography 2017.
- 11 Weitzman, Martin L. (1979). “Optimal Search for the Best Alternative”. Econometrica. 47 (3): 641–654.
- 12 “Side Scan Sonar.” Exploration Tools: Side Scan Sonar: NOAA Office of Ocean Exploration and Research, 2002. https://oceanexplorer.noaa.gov/technology/sonar/side-scan.html.
- 13 Jean M. Audibert, Jun Huang. Chapter 16 Geophysical and Geotechnical Design, Handbook of Offshore Engineering, Elsevier, 2005. ISBN 9780080443812, https://doi.org/10.1016/B978-0-08-044381-2.50023-0.
- 14 Aaron Micallef. Chapter 13: Marine Geomorphology: Geomorphological Mapping and the Study of Submarine Landslides, Development in Earth Surface Processes, Elsevier, Vol 15, 2011, pg 377-395 ISBN 9780444534460, https://doi.org/10.1016/B978-0-444-53446-0.00013-6 (https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/B9780444534460000136)
- 15 Elfrink, “A WWII Submarine went Missing” The Washington Post. 2019.
- 16 Geophysical Surveying Using Magnetics Methods, January 16, 2004, University of Calgary https://web.archive.org/web/20050310171755/http://www.geo.ucalgary.ca/~wu/Goph547/CSM_MagNotes.pdf
- 17 “Side Scan Sonar.” United States Naval Academy , February 1, 2018. https://www.usna.edu/Users/oceano/pguth/md_help/geology_course/side_scan_sonar.htm. (2) Sonar Propagation. Department of Defense . Accessed April 7, 2021. https://fas.org/man/dod-101/navy/docs/es310/SNR_PROP/snr_prop.htm.
- 18 Elfrink, “A WWII Submarine went Missing” The Washington Post. 2019.
- 19 REMUS”. Woods Hole Oceanographic Institution. https://www.whoi.edu/what-we-do/explore/underwater-vehicles/auvs/remus/
- 20 J. Ousingsawat and M. G. Earl, “Modified Lawn-Mower Search Pattern for Areas Comprised of Weighted Regions,” 2007 American Control Conference, New York, NY, USA, 2007, pp. 918-923, doi: 10.1109/ACC.2007.4282850.
- Featured Image: August 1986 – A view of the detached sail of the nuclear-powered attack submarine USS Scorpion (SSN-589) laying on the ocean floor. The starboard fairwater plane is visible protruding from the sail. Masts are visible extending from the top of the sail (located at the lower portion of the photograph). A large segment of the after section of the sail, including the deck access hatch, is missing. (Official U.S. Navy photograph)
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- Fuente:
- Andrew Song. (2024, March 18). SEARCHING FOR LOST SUBMARINES: AN OVERVIEW OF FORENSIC UNDERWATER METHODOLOGIES. Center for International Maritime Security. https://cimsec.org/searching-for-lost-submarines-an-overview-of-forensic-underwater-methodologies/
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