La comunicación con submarinos es un campo dentro de las comunicaciones militares que presenta desafíos técnicos y requiere tecnología especializada. Debido a que las ondas de radio no viajan bien a través de buenos conductores eléctricos como el agua salada , los submarinos sumergidos quedan aislados de la comunicación por radio con sus autoridades de mando en frecuencias de radio ordinarias. Los submarinos pueden salir a la superficie y elevar una antena sobre el nivel del mar , o hacer flotar una boya atada que lleva una antena y luego usar transmisiones de radio ordinarias; sin embargo, esto los hace vulnerables a la detección por parte de las fuerzas de guerra antisubmarina .
Los primeros submarinos durante la Segunda Guerra Mundial viajaban principalmente en la superficie debido a su velocidad y resistencia bajo el agua limitadas, y se sumergían principalmente para evadir amenazas inmediatas o acercarse sigilosamente a sus objetivos. Durante la Guerra Fría , sin embargo, se desarrollaron submarinos de propulsión nuclear que podían permanecer sumergidos durante meses.
En caso de una guerra nuclear, se debe ordenar rápidamente a los submarinos sumergidos con misiles balísticos que lancen sus misiles. La transmisión de mensajes a estos submarinos es un área de investigación activa. Las ondas de radio de muy baja frecuencia (VLF) pueden penetrar el agua de mar a poco más de cien pies (30 metros), y muchas armadas utilizan potentes transmisores VLF costeros para las comunicaciones submarinas. Algunas naciones han construido transmisores que utilizan ondas de radio de frecuencia extremadamente baja (ELF), que pueden penetrar el agua de mar para llegar a los submarinos a profundidades operativas, pero requieren antenas enormes. Otras técnicas que se han utilizado incluyen el sonar y los láseres azules . [1]
El sonido viaja lejos en el agua y los altavoces e hidrófonos submarinos pueden cubrir un gran espacio. Al parecer, tanto la armada estadounidense ( SOSUS ) como la rusa han colocado equipos de comunicaciones sónicas en el fondo marino de zonas frecuentemente transitadas por sus submarinos y los han conectado mediante cables de comunicaciones submarinas a sus estaciones terrestres. Si un submarino se esconde cerca de un dispositivo de este tipo, puede permanecer en contacto con su cuartel general. También se utiliza un teléfono submarino a veces llamado Gertrude para comunicarse con los sumergibles.
Las ondas de radio VLF (3–30 kHz ) pueden penetrar el agua de mar hasta unas pocas decenas de metros y un submarino a poca profundidad puede utilizarlas para comunicarse. Una embarcación más profunda puede utilizar una boya equipada con una antena sujeta a un cable largo. La boya se eleva hasta unos pocos metros por debajo de la superficie y puede ser lo suficientemente pequeña como para pasar desapercibida por el sonar y el radar enemigos. Sin embargo, estos requisitos de profundidad restringen a los submarinos a períodos de recepción cortos, y la tecnología de guerra antisubmarina puede ser capaz de detectar el submarino o la boya de antena a estas profundidades poco profundas.
El ruido de fondo natural aumenta a medida que disminuye la frecuencia, por lo que se requiere mucha potencia radiada para superarlo. Peor aún, las antenas pequeñas (en relación con una longitud de onda) son inherentemente ineficientes. Esto implica altas potencias de transmisión y antenas muy grandes que cubren kilómetros cuadrados. Esto impide que los submarinos transmitan VLF, pero una antena relativamente simple (generalmente un cable largo) será suficiente para la recepción. Por tanto, el VLF es siempre unidireccional, de tierra a barco. Si se necesita comunicación bidireccional, el barco debe ascender más cerca de la superficie y elevar un mástil de antena para comunicarse en frecuencias más altas, generalmente HF y superiores.
Debido a los estrechos anchos de banda disponibles, la transmisión de voz es imposible; sólo se admiten datos lentos. Las velocidades de transmisión de datos VLF rondan los 300 bits/s, por lo que la compresión de datos es esencial.
Sólo unos pocos países operan instalaciones VLF para comunicarse con sus submarinos: Noruega, Estados Unidos , Rusia, Reino Unido, Alemania , Australia , Pakistán e India .
Las ondas electromagnéticas en los rangos de frecuencia ELF y SLF (3–300 Hz ) pueden penetrar el agua de mar a profundidades de cientos de metros, lo que permite enviar señales a los submarinos en sus profundidades operativas. Construir un transmisor ELF es un desafío formidable, ya que tienen que trabajar en longitudes de onda increíblemente largas : el sistema Proyecto ELF de la Marina de los EE. UU. , que era una variante de un sistema más grande propuesto bajo el nombre clave Proyecto Sanguine , [2] operaba a 76 hercios . [3] y el sistema soviético/ruso (llamado ZEVS ) a 82 Hertz. [4] Esta última corresponde a una longitud de onda de 3.656,0 kilómetros. Eso es más de una cuarta parte del diámetro de la Tierra. Obviamente, la antena dipolo habitual de media longitud de onda no es factible de construir, ya que requeriría una antena de 1.800 km (1.100 millas) de largo.
En cambio, alguien que desee construir una instalación de este tipo tiene que encontrar un área con muy baja conductividad del suelo (un requisito opuesto a los sitios habituales de transmisión de radio), enterrar dos electrodos enormes en el suelo en sitios diferentes y luego alimentarlos con líneas desde una estación en el medio, en forma de cables sobre postes. Aunque son posibles otras separaciones, la distancia utilizada por el transmisor ZEVS ubicado cerca de Murmansk es de 60 kilómetros (37 millas). Como la conductividad del suelo es mala, la corriente entre los electrodos penetrará profundamente en la Tierra, utilizando esencialmente una gran parte del globo como antena. La longitud de la antena en Republic, Michigan, era de aproximadamente 52 kilómetros (32 millas). La antena es muy ineficiente. Para impulsarlo, parece ser necesaria una central eléctrica específica, aunque la potencia emitida en forma de radiación es de sólo unos pocos vatios . Su transmisión se puede recibir prácticamente en cualquier lugar. Una estación en la Antártida a 78° S 167° W detectó transmisión cuando la Armada Soviética puso en funcionamiento su antena ZEVS. [4]
Debido a la dificultad técnica de construir un transmisor ELF, EE . UU. , [3] China , [5] Rusia , [4] e India [6] [7] son las únicas naciones que se sabe que han construido instalaciones de comunicación ELF:
La codificación utilizada para las transmisiones ELF militares de EE. UU. empleó un código de corrección de errores Reed-Solomon que utiliza 64 símbolos, cada uno representado por una secuencia pseudoaleatoria muy larga . Luego se cifró toda la transmisión . Las ventajas de esta técnica son que, al correlacionar múltiples transmisiones, un mensaje podría completarse incluso con relaciones señal-ruido muy bajas , y debido a que sólo unas pocas secuencias pseudoaleatorias representaban caracteres reales del mensaje, había una probabilidad muy alta. que si un mensaje se recibió exitosamente, era un mensaje válido ( anti-spoofing ).
El enlace de comunicación es unidireccional. Ningún submarino podría tener su propio transmisor ELF a bordo, debido al gran tamaño de dicho dispositivo. Pronto se abandonaron los intentos de diseñar un transmisor que pudiera sumergirse en el mar o volar en un avión.
Debido al ancho de banda limitado, la información sólo se puede transmitir muy lentamente, del orden de unos pocos caracteres por minuto (véase el teorema de codificación de Shannon ). Por lo tanto, sólo fue utilizado por la Marina de los EE. UU. para dar instrucciones para establecer otra forma de comunicación [9] y es razonable suponer [ ¿por qué? ] que los mensajes reales eran en su mayoría instrucciones genéricas o solicitudes para establecer una forma diferente de comunicación bidireccional con la autoridad pertinente. [ cita necesaria ]
Un submarino en la superficie, o un submarino que flota en la superficie con una boya de antena atada, puede utilizar comunicaciones de radio ordinarias. Desde la superficie, los submarinos pueden utilizar frecuencias navales en las bandas HF , VHF y UHF , y transmitir información mediante técnicas de modulación de voz y teleimpresora . Cuando estén disponibles, se prefieren los sistemas satelitales de comunicaciones militares dedicados que utilizan frecuencias de línea de visión para las comunicaciones de larga distancia, ya que es más probable que las ondas decamétricas delaten la ubicación del submarino. El sistema de la Marina de los EE. UU. se llama Subsistema de Intercambio de Información por Satélite Submarino (SSIXS), un componente del Sistema de Comunicaciones por Satélite de Frecuencia Ultra Alta de la Marina (UHF SATCOM).
Una tecnología reciente desarrollada por un equipo del MIT combina señales acústicas y radar para permitir que los submarinos sumergidos se comuniquen con los aviones. [10] Un transmisor submarino utiliza un altavoz acústico apuntado hacia la superficie. El transmisor envía señales sonoras multicanal que se transmiten en forma de ondas de presión. Cuando estas ondas golpean la superficie, provocan pequeñas vibraciones. Sobre el agua, un radar, en el rango de 300 GHz, hace rebotar continuamente una señal de radio en la superficie del agua. Cuando la superficie vibra ligeramente debido a la señal de sonido, el radar puede detectar las vibraciones, completando el viaje de la señal desde el altavoz submarino hasta un receptor en el aire. [11] La tecnología se llama comunicación TARF (Translational Acoustic-RF) ya que utiliza una traducción entre señales acústicas y de RF. Si bien es prometedora, esta tecnología aún está en su infancia y solo se ha probado con éxito en entornos relativamente controlados con pequeñas ondulaciones superficiales, de hasta aproximadamente 200 mm, mientras que las ondas más grandes impidieron la comunicación de datos exitosa.
En abril de 2017, el Centro de Investigación y Experimentación Marítima de la OTAN anunció [12] la aprobación de JANUS, un protocolo estandarizado para transmitir información digital bajo el agua mediante sonido acústico (como lo hacían los módems con acopladores acústicos para utilizar líneas telefónicas analógicas). [13] Documentado en STANAG 4748, utiliza frecuencias de 900 Hz a 60 kHz a distancias de hasta 28 kilómetros (17 millas). [14] [15] Está disponible para su uso con dispositivos militares y civiles, de la OTAN y no pertenecientes a la OTAN; lleva el nombre del dios romano de las puertas, aberturas, etc.
En 2009, un informe militar estadounidense afirmó que "no había sistemas prácticos basados en láser para profundidades profundas porque no existían láseres que operaran en el color correcto con suficiente eficiencia energética para ser utilizados en satélites. DARPA se esfuerza por lograr un láser azul lo suficientemente eficiente como para hacer que las comunicaciones láser submarinas a profundidad y velocidad sean una realidad a corto plazo. Un láser demostrado recientemente se combinará con un filtro óptico especial para formar el núcleo de un sistema de comunicaciones con una relación señal-ruido miles de veces mejor que otros láseres propuestos. "Si DARPA puede demostrar un sistema de este tipo en condiciones realistas, cambiaría drásticamente la forma en que los submarinos pueden comunicarse y operar, mejorando así en gran medida la eficacia de la misión, por ejemplo, en la guerra antisubmarina". [1]