Un planeador submarino es un tipo de vehículo submarino autónomo (AUV) que emplea propulsión de flotabilidad variable en lugar de hélices o propulsores tradicionales . Emplea flotabilidad variable de manera similar a un flotador perfilado , pero a diferencia de un flotador, que sólo puede moverse hacia arriba y hacia abajo, un planeador submarino está equipado con hidroalas (alas submarinas) que le permiten deslizarse hacia adelante mientras desciende por el agua. A cierta profundidad, el planeador cambia a flotabilidad positiva para volver a ascender y avanzar, y luego se repite el ciclo.
Si bien no son tan rápidos como los AUV convencionales, los planeadores ofrecen un alcance y una resistencia significativamente mayores en comparación con los AUV tradicionales, ampliando las misiones de muestreo del océano de horas a semanas o meses, y a miles de kilómetros de alcance. [1] El típico perfil de arriba y abajo, en forma de diente de sierra , seguido por un planeador puede proporcionar datos en escalas temporales y espaciales inalcanzables por AUV motorizados y mucho más costosos de muestrear utilizando técnicas tradicionales a bordo. Las armadas y las organizaciones de investigación oceánica utilizan una amplia variedad de diseños de planeadores, y los planeadores suelen costar alrededor de 100.000 dólares estadounidenses. [2]
El concepto de planeador submarino se exploró por primera vez a principios de la década de 1960 con un prototipo de vehículo de reparto nadador llamado Concept Whisper. [3] Ewan Fallon describió el patrón de deslizamiento en dientes de sierra, las propiedades sigilosas y la idea de un motor de flotabilidad impulsado por el nadador-pasajero en su patente Hydroglider presentada en 1960. [4] En 1992, la Universidad de Tokio realizó pruebas en ALBAC , un parapente de peso reducido sin control de flotabilidad y con un solo ciclo de planeo. [ cita necesaria ] El programa DARPA SBIR recibió una propuesta para un planeador de gradiente de temperatura en 1988. DARPA estaba al tanto en ese momento de proyectos de investigación similares en marcha en la URSS. [5] Esta idea, un planeador con un motor de flotabilidad impulsado por un intercambiador de calor, fue presentada a la comunidad oceanográfica por Henry Stommel en un artículo de 1989 en Oceanography , cuando propuso un concepto de planeador llamado Slocum , desarrollado con el ingeniero de investigación Doug Webb. Le pusieron el nombre del planeador en honor a Joshua Slocum , quien realizó la primera circunnavegación del mundo en solitario en un velero. Propusieron aprovechar la energía del gradiente térmico entre el agua del océano profundo (2-4 °C) y el agua superficial (temperatura cercana a la atmosférica) para lograr un alcance alrededor del mundo, limitado únicamente por la energía de las baterías a bordo para comunicaciones, sensores y computadoras de navegación. [3]
En 2003, Webb Research (fundada por Doug Webb) no sólo había demostrado un planeador de propulsión térmica funcional ( Slocum Thermal ), sino que ellos y otras instituciones habían introducido planeadores propulsados por baterías con una duración y eficiencia impresionantes, muy superiores a las de los tradicionales. AUV de clase encuesta. [6] Estos vehículos se han utilizado ampliamente en los años transcurridos desde entonces. Los vehículos Seaglider de la Universidad de Washington , Scripps Institution of Oceanography Spray y Teledyne Webb Research Slocum han realizado hazañas como completar un viaje transatlántico [7] y realizar un seguimiento colaborativo sostenido de múltiples vehículos de las variables oceanográficas. [ cita necesaria ] En 2011, una colaboración de instituciones y empresas francesas lanzó el primer planeador sin alas, SeaExplorer . [8]
En 2020, la NOAA estaba utilizando "planeadores de huracanes" para monitorear la temperatura del agua alrededor de la Corriente del Golfo , para que la agencia comprendiera mejor cómo las aguas cálidas afectan a los huracanes y las tormentas. [9]
Los planeadores suelen realizar mediciones como temperatura , conductividad (para calcular la salinidad ), corrientes, fluorescencia de clorofila , retrodispersión óptica , profundidad del fondo y, a veces, retrodispersión acústica o sonido ambiental. Navegan con la ayuda de posiciones periódicas de GPS en la superficie , sensores de presión, sensores de inclinación y brújulas magnéticas. El paso del vehículo se puede controlar mediante lastre interno móvil (generalmente paquetes de baterías), y la dirección se logra con un timón (como en Slocum ) o moviendo el lastre interno para controlar el balanceo (como en SeaExplorer , Spray y Seaglider ). La flotabilidad se ajusta utilizando un pistón para inundar/evacuar un compartimento con agua de mar ( Slocum ) o moviendo aceite dentro/fuera de una vejiga externa ( SeaExplorer , Seaglider , Spray y Slocum Thermal ). Debido a que los ajustes de flotabilidad son relativamente pequeños, el lastre de un planeador generalmente debe ajustarse antes del inicio de una misión para lograr una densidad general de vehículos cercana a la del agua en la que se desplegará. Los comandos y datos se transmiten entre los planeadores y la costa por satélite. [3]
Los planeadores varían en la presión que pueden soportar. El modelo Slocum está clasificado para profundidades de 200 o 1000 metros. Spray puede operar a 1500 metros, Seaglider a 1000 metros, SeaExplorer a 700 y Slocum Thermal a 1200. En agosto de 2010, una variante Deep Glider del Seaglider logró una profundidad operativa repetida de 6000 metros. [ cita necesaria ] Un planeador chino alcanzó profundidades similares en 2016. [10]
En 2004, la Oficina de Investigación Naval de la Marina de los EE. UU. comenzó a desarrollar los planeadores más grandes del mundo, los planeadores de alas volantes de la clase Liberdade , que utilizan una forma de casco de cuerpo de ala combinada para lograr eficiencia hidrodinámica. Inicialmente fueron diseñados para rastrear silenciosamente submarinos diésel eléctricos en aguas litorales y permanecieron en la estación hasta por 6 meses. En 2012, se diseñó un modelo más nuevo, conocido como ZRay, para rastrear e identificar mamíferos marinos durante largos períodos de tiempo. [11] Utiliza chorros de agua para un control preciso de la actitud, así como para la propulsión en la superficie. [11] [12] [ necesita actualización ]
Los planeadores fueron diseñados para transportar instrumentación oceanográfica. Al principio se equiparon sensores sencillos de conductividad, temperatura y profundidad. [13] [14] Dado que son propulsados por un motor de flotabilidad, los planeadores tienen partes móviles que solo se activan ocasionalmente, por lo que hay vibraciones mecánicas y ruido mínimos, lo que los convierte en vehículos excelentes para instrumentación sensible, incluidas sondas de microestructura [15] y sensores acústicos. .
Muchos sensores oceanográficos existentes han sido modificados para caber en un planeador o diseñados específicamente para planeadores. Estos incluyen: [16]
La cantidad de sensores con los que se puede equipar un planeador depende de cuánto espacio hay para los sensores en su casco. Los planeadores Slocum tienen cascos modulares y se pueden ampliar para permitir que se agreguen nuevos sensores; otros tipos de planeadores solo tienen su superficie inicial que puede instrumentarse. Por razones de datos, los instrumentos pueden requerir una ubicación especial, como en la parte superior del vehículo para capturar la penetración de la luz desde la superficie, o en la parte delantera del vehículo, fuera del área donde el vehículo influye en el flujo de agua para las sondas de microestructura. La cantidad de sensores también puede estar restringida por la potencia requerida para operarlos.
