El diseño del HDW Clase 214NG establece el nuevo estándar para los submarinos convencionales
La función tradicional de los submarinos convencionales hasta el final de la Guerra Fría se centraba en la guerra antisubmarina (ASW) y la guerra antisuperficie (ASuV). Desde el final de la Guerra Fría las amenazas han evolucionado rápidamente y los submarinos han tenido que cambiar sus perfiles de misión y capacidades para adaptarse y contrarrestar estas nuevas amenazas. E incluso hoy en día, las amenazas en constante cambio en escenarios de guerra simétrica y asimétrica continúan con los consiguientes retos en los puntos conflictivos.
Cuando se desarrolló el HDW Clase 214 a mediados de la década de 1990, los objetivos estaban claros. Ahora, el desarrollo ulterior del HDW Clase 214 tenía que avanzar para contrarrestar los retos modernos y futuros, lo que ha dado lugar al diseño del HDW Clase 214 Next Generation.
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HDW Clase 214
El desarrollo de un diseño de submarino compacto y potente con un revolucionario sistema de propulsión independiente del aire (AIP) de pila de combustible (FC) integrado desde cero se basó en:
- - mejora de la autonomía en inmersión
- - mayor profundidad de inmersión operativa
- - integración de un potente sistema de combate de última generación
- - reducción de firmas
- - mayor potencia de fuego
- - flexibilidad de configuración de opciones seleccionables
Este enfoque dio la razón a thyssenkrupp Marine Systems y el HDW Clase 214 se convirtió rápidamente en la referencia en la clase de submarinos operados por AIP.
Este concepto convenció a las armadas de Grecia, Corea del Sur, Portugal, Turquía y a un cliente asiático. Con cada pedido, el concepto del barco se fue perfeccionando y el diseño se adaptó espacial y funcionalmente a los requisitos actuales.
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El nuevo HDW Clase 214NG
El diseño del HDW Clase 214NG establece el nuevo estándar para los submarinos convencionales, sobre todo en lo que a direccionamiento se refiere:
Firmas
Los principales argumentos para elegir un diseño específico de submarino son la combinación de susceptibilidad y el rendimiento (principal) de los sensores. Dicho de otro modo: «detectar sin ser detectado». Un excelente diseño de submarino con un excelente conjunto de sensores son las consideraciones principales. Un conjunto de sonares pasivos de «alta gama», un rendimiento superior al de las plataformas de amenaza regionales y unas firmas submarinas bajas son los elementos principales para el diseño del HDW Clase 214NG.
- Integración de un motor Permasyn® de generación evolucionada (EVO)
La integración de un motor Permasyn® de generación evolucionada (EVO) está optimizada para una emisión mínima de ruido y un alto rendimiento en la gama baja de revoluciones, así como propiedades de baja emisión de ruido a velocidades más altas. La optimización en este caso significa que la acústica y la eficiencia del motor de propulsión, que está diseñado para la potencia nominal, se reducen y aumentan respectivamente mediante determinadas medidas explícitas en la gama baja de rpm. Una medida para reducir la acústica en la gama baja de rpm es el uso de un inductor para suavizar la corriente procedente de los inversores que entra en los devanados. A bajas revoluciones, el número de inversores necesarios es limitado. Gracias a la optimización del diseño, se ha pasado a utilizar más inversores, lo que permite mantener unas condiciones acústicas favorables hasta velocidades más altas.
- Nuevos grupos electrógenos diésel
La elección de los grupos electrógenos diésel y de la potencia instalada es muy relevante para la tasa de indiscreción de un submarino, así como para las firmas relacionadas con el uso de grupos electrógenos diésel. El resoplido no sólo induce una firma acústica significativa, sino que también provoca una firma infrarroja y una sección transversal de radar debida al mástil (y a la estela) del resoplido. Los nuevos grupos electrógenos diésel utilizados para el HDW Clase 214NG son del tipo MTU 12V4000. Sus dimensiones (peso y tamaño) se adaptan bien a la disposición de la sala de máquinas y funcionan dentro de unas limitaciones de ruido muy estrictas, al tiempo que tienen una elevada potencia de salida.
- Diseño de la hélice
La hélice se ha diseñado específicamente para el HDW Clase 212NG y sus propiedades de flujo hidrodinámico. La geometría de la hélice está optimizada con respecto a una alta velocidad de inicio de cavitación (ruido de banda ancha), para evitar (varios tipos de) cavitación y reducir las fluctuaciones de empuje que dan lugar a firmas acústicas. Además, se pueden tomar medidas para reducir la firma eléctrica (ELFE) recubriendo la hélice o sus palas de hélice de material compuesto. El HDW Clase 214NG está ahora diseñado con una configuración avanzada de timón en X para una maniobrabilidad sin igual y una configuración de pre-torbellino para una eficiencia muy mejorada. El sistema está diseñado junto con un tapacubos patentado, que reduce aún más el riesgo de cavitación por vórtices. La elección de los componentes principales (p. ej., motor de propulsión principal, generadores diésel), la integración de plataformas montadas elásticamente, la evitación del ruido transitorio en el diseño de los componentes, todo ello contribuye a la firma acústica resultante con propiedades de ruido únicas.
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- Propulsión
La energía de propulsión se ha identificado como uno de los temas más importantes para los futuros requisitos de los submarinos.
Esto no sólo afecta a la cantidad de energía instalada, sino también a la correcta selección de los subsistemas necesarios, como los grupos electrógenos diésel, el sistema AIP y la batería.
Un ejemplo de ello es el desarrollo y la integración con éxito de los grupos electrógenos diésel MTU 12V4000, diseñados para ser compatibles con el uso de una batería de iones de litio (LIB).
Esto no sólo permite alcanzar el rendimiento de carga requerido, sino que también mejora aún más los intervalos de mantenimiento, lo que a su vez repercute en las cifras de disponibilidad de la embarcación. Además, la carga hotelera del submarino repercute directamente en el tiempo máximo de inmersión y en el Índice de Indiscreción.
Diseñado como un submarino AIP desde el principio, el HDW Clase 214NG se beneficia de los últimos desarrollos en tecnología AIP. Entra en servicio la pila de combustible submarina avanzada (ASFC), un desarrollo propio cuyo diseño se centra claramente en la disponibilidad. La arquitectura modular se refleja en los módulos de la pila de combustible, que forman líneas ASFC y se integran en un módulo. La configuración AIP seleccionada para el HDW Clase 214NG contiene tres líneas de pilas de combustible. Cada línea consta de dos módulos de pilas de combustible. Las tres líneas de pilas de combustible juntas tienen una potencia de 240 kWel.
Una segunda innovación es la introducción de un sistema LIB. En comparación con una batería tradicional de plomo-ácido, una LIB presenta claras ventajas:
- - aumento de la resistencia bajo el agua gracias a una mayor densidad energética y una mayor capacidad de descarga de la batería (hasta el 95%); Figura 1: Vista general del HDW Clase 214NG
- - reducción significativa de la variación del voltaje de la batería a lo largo de la condición de carga
- - disminución de la tasa de indiscreción, ya que la batería puede tener una corriente de carga completa, mientras que una batería de plomo-ácido tiene limitaciones durante la 2ª (y 3ª) fase de carga;
- - capacidad de sprint ampliada gracias al mejor rendimiento de la batería con cargas de alta potencia
- - capacidad de velocidad máxima independiente del estado de carga;
- - sin mantenimiento: no es necesario cargar la 2ª ni la 3ª fase; - mayor flexibilidad de la misión gracias a la eliminación de la 3ª fase de carga
- - mayor vida útil en comparación con las baterías de plomo-ácido.
La capacidad de sprint con una LIB aumenta significativamente. La LIB tiene una mayor eficiencia durante toda la descarga, mientras que la batería de plomo-ácido ya reduce su rendimiento debido a una menor tensión. En combinación con la mayor capacidad de descarga, el tiempo a velocidad máxima de sprint mejora entre 3 y 4 veces.
En combinación con el sistema AIP integrado, es posible una amplia gama de modos de funcionamiento, lo que proporciona a la embarcación un tiempo de inmersión excepcional (véase la figura 4).
De detectar a lanzar
El HDW Clase 214NG integra en su diseño excelentes capacidades de mando y vigilancia, así como de combate. El rendimiento de los sensores acústicos y no acústicos permite distinguirlos claramente de los diseños de submarinos actuales y de la competencia.
Sensores acústicos
El HDW Clase 214NG ofrece unas prestaciones de sensores acústicos inalcanzables al integrar un sonar array de flanco ampliado en combinación con un sonar array remolcado como única solución para submarinos diesel-eléctricos de tonelaje comparable o inferior. El sonar cilíndrico montado en la parte superior de la proa ofrece amplios ángulos de detección sin igual. El paquete de sensores acústicos se complementa con sensores de interceptación distribuidos en rangos de frecuencia alta y muy alta, así como con un sonar activo.
Sensores no acústicos
El HDW Clase 214NG ofrece un diseño integrado de la parte superior con una amplia gama de capacidades y una gran flexibilidad para la adaptación del cliente. La decisión a favor de un periscopio clásico en combinación con un sistema de mástil optrónico altamente sofisticado o, alternativamente, una solución de mástil optrónico doble está integrada en el diseño y es configurable por el cliente. Además de las antenas de radar y de Medidas de Apoyo Electromagnético en la parte superior de ambos dispositivos ópticos, un mástil dedicado para una combinación de antenas COMINT/ELINT, así como un sistema de radar táctico permiten un conocimiento superior del campo de batalla.
Comunicación
El diseño integrado de la parte superior favorece la participación en operaciones de toda la flota mediante la provisión de varias líneas de comunicación que van desde la recepción VLF en operaciones sumergidas profundas, la línea de visión táctica hasta capacidades de comunicación SHF Satcom de gran ancho de banda sobre el horizonte. Las comunicaciones submarinas digitales totalmente integradas completan la conectividad a través de todos los medios y, en conjunto, permiten al HDW Class 214NG ser el centro de control de una operación submarina en equipo tripulado-no tripulado.
Autoconciencia
Al estar diseñado como submarino oceánico pero apto para aguas poco profundas, los requisitos de autoconocimiento son exigentes. Por ello, la integración tanto de un sonar activo orientado hacia delante como de una ecosonda multihaz permite una navegación precisa por el fondo sin igual para facilitar las maniobras en aguas poco profundas y confinadas. Un Sistema de Gestión de Señales integrado opcionalmente proporciona al equipo de mando un autoconocimiento total en cualquier situación táctica compleja.
Sistema de combate
El enfoque de autoconciencia abrumadora y conciencia del campo de batalla se lleva a un nivel superior mediante la integración del Sistema de Combate ORCCA® como columna vertebral de TI y verdaderas consolas multifunción en el HDW Clase 214NG. El sistema de combate ORCCA® mejora el conocimiento de la situación tanto mediante modernos algoritmos de análisis de datos como mediante un diseño de HMI racionalizado claramente centrado en el conocimiento del operador. La disposición del CIC apoya la organización en términos de formación de equipos y estructura de mando. La solución integral de seguridad de TI integrada para toda la red troncal de TI garantiza el funcionamiento en un entorno operativo multidominio. Con un sistema de supervisión de la seguridad del sistema, esto se lleva incluso al siguiente nivel, permitiendo la supervisión de la seguridad en toda la flota.
Armamento
El HDW Clase 214NG está diseñado para suponer una amenaza para cualquier adversario que se encuentre en el ámbito marítimo. Con ocho tubos lanzatorpedos, su diseño permite una utilización flexible de la misión, pudiendo lanzar una gran variedad de efectores. Esto incluye la mayoría de los modernos torpedos pesados alemanes de ATLAS ELEKTRONIK GmbH o de otros proveedores, dependiendo de la decisión del cliente. El sistema de tubos de armas proporciona capacidades de descarga activa que permiten la integración de misiles antibuque y antisuperficie en sus versiones sub-lanzadas. Además, los tubos están equipados con un sistema de trineo que permite el sembrado de minas y/o la extrusión de equipos SOF.
Por último, el sistema de armamento proporciona unas capacidades de autodefensa decentes. Esto se consigue mediante una combinación de contramedidas antitorpedo específicas, integración de SeaSpider™ de muerte suave y listo para la muerte dura, y efectores lanzados desde los tubos de armas, ya sean misiles antiaéreos del tipo IDAS o un torpedo pesado como disparo defensivo. De la variedad de opciones de enfrentamiento se desprende claramente que ocho tubos de armas proporcionan una enorme ventaja en capacidades ofensivas y defensivas, permitiendo un enfrentamiento con torpedos a gran escala a la vez que es capaz de reaccionar ante amenazas inminentes desde buque, submarino, helicóptero o torpedo.
Equipo tripulado-no tripulado
Como ya se estipuló en el contexto de la comunicación, el diseño de la Clase HDW 214NG está preparado para la formación de equipos tripulados-no tripulados. Las principales condiciones previas para un efectivo equipo tripulado-no tripulado son heredadas por el diseño.
- 1. Capacidades de comunicación digital sobre y bajo el agua
- 2. El clúster de TI virtualizado admite análisis de big data y algoritmos de IA
- 3. El concepto de consola multifunción HMI permite alojar e integrar fácilmente aplicaciones de terceros
Además, el submarino puede actuar como portador y permite el despliegue in situ de pequeños UUV y UAV a través de los tubos de armas y el eyector de señales, lo que permite que dichos activos actúen como multiplicadores de fuerza y/o sensores de vigilancia y reconocimiento destacados. La integración de vehículos de mayor tamaño forma parte de futuras investigaciones.
Submarino 214 Armada Griega |
Modularidad y flexibilidad de diseño
La vida útil de los submarinos de thyssenkrupp Marine Systems supera ampliamente los 40 años.
Por lo tanto, es importante preparar los barcos para futuras tareas desde la configuración básica.
La flexibilidad aquí no sólo se refiere a la flexibilidad de configuración a la hora de determinar la configuración básica, sino también a la flexibilidad posterior con respecto a la configuración operativa respectiva.
La consideración de todas las misiones y escenarios posibles en el diseño de un submarino aumentaría significativamente el tamaño (y el coste) del diseño. Por lo tanto, el enfoque de thyssenkrupp Marine Systems es diseñar el submarino HDW Clase 214NG de forma flexible.
Hay misiones o escenarios que muy probablemente no se requerirán durante una misión al mismo tiempo. Para cada tipo de misión hay que implementar una amplia variedad de payload, sensores y equipos.
Por lo tanto, un submarino orientado al futuro debe ser capaz de desplegar, por ejemplo, torpedos, misiles buque a buque, misiles de ataque a tierra, contramedidas contra torpedos, minas, IDAS y manejar equipos de las Fuerzas Especiales.
Submarino 214 Armada turca |
Mayor duración de las misiones
El HDW Clase 214 se diseñó anteriormente para una duración de misión de 50 días. En el marco de nuevos estudios, es posible ampliar la duración actual de la misión.
Los aspectos clave en este caso son la mejora de la calidad del alojamiento de la tripulación, el aumento de las provisiones y el suministro de combustible y la reducción de las medidas de mantenimiento a bordo que limitan la misión.
La integración de una batería de iones de litio de alto rendimiento, que a diferencia de una batería clásica de plomo-ácido ya no requiere carga de gas en el mar, puede considerarse un factor de mejora significativo.
Uso en todo el mundo
Los submarinos HDW de la clase 214 han demostrado una y otra vez sus impresionantes prestaciones.
El ejemplo más reciente fue la Misión Ártica del submarino portugués NRP Arpão, que demostró de forma impresionante la capacidad operativa de un submarino HDW Clase 214 en condiciones ambientales extremas como parte de un ejercicio de la OTAN.
Disponibilidad operativa
Sin embargo, no sólo se trata de valores de rendimiento técnico. La disponibilidad operativa de las embarcaciones es un factor importante para las armadas. Este nivel de calidad no puede ser alcanzado por thyssenkrupp Marine Systems en solitario. Los proveedores implicados también desempeñan un papel importante a la hora de garantizar la seguridad de la cadena de suministro de los submarinos. Junto con un concepto logístico coordinado, se puede alcanzar un alto nivel de disponibilidad operativa de las embarcaciones. Sin olvidar el factor humano, ya sea en el papel de operador o de personal de mantenimiento.
También se están investigando nuevas tecnologías, como el uso de métodos de fabricación aditiva, para mejorar aún más la usabilidad.
Los enfoques logísticos optimizados también podrían contribuir a ello. Los productos actuales sólo pueden mantenerse operativos sobre la base de una formación sólida y estable, así como repetitiva. thyssenkrupp Marine Systems contribuye constantemente a ello mediante conceptos de formación innovadores para contrarrestar la creciente complejidad de los productos.
Conclusión
Gracias a las tecnologías más avanzadas en los campos de los sistemas de comunicación, reconocimiento y recogida de información, así como en los sistemas de energía, propulsión y armamento, el HDW Clase 214NG sigue representando la referencia en la clase de submarinos compactos AIP.
Autor: Andreas Grunicke, Jefe de Producto de HDW Clase 214, thyssenkrupp Marine Systems GmbH
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