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 emerger y elevar una antena por encima del nivel del mar , o flotar una boya atada que lleve una antena y luego utilizar transmisiones de radio ordinarias; sin embargo, esto los hace vulnerables a la detección por parte de fuerzas de guerra antisubmarina .
Los primeros submarinos durante la Segunda Guerra Mundial se desplazaban principalmente en la superficie debido a su limitada velocidad y resistencia bajo el agua, y se sumergían principalmente para evadir amenazas inmediatas o para acercarse sigilosamente a sus objetivos. Sin embargo, durante la Guerra Fría se desarrollaron submarinos de propulsión nuclear que podían permanecer sumergidos durante meses.
En caso de una guerra nuclear, los submarinos sumergibles con misiles balísticos deben recibir órdenes rápidas de lanzar 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 se transmite a grandes distancias en el agua, y los altavoces submarinos y los hidrófonos pueden cubrir grandes distancias. Al parecer, tanto la marina estadounidense ( SOSUS ) como la rusa han colocado equipos de comunicación sónica en el fondo marino de zonas por las que transitan frecuentemente sus submarinos y los han conectado mediante cables de comunicación submarinos a sus estaciones terrestres. Si un submarino se esconde cerca de un dispositivo de este tipo, puede mantenerse 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. Un buque a mayor profundidad puede utilizar una boya equipada con una antena en 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 para el sonar y el radar enemigos. Sin embargo, estos requisitos de profundidad limitan 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 una gran cantidad de 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 en VLF, pero una antena relativamente simple (generalmente un cable colgante largo) será suficiente para la recepción. Por lo tanto, VLF siempre es unidireccional, de tierra a barco. Si se necesita comunicación bidireccional, el barco debe ascender más cerca de la superficie y levantar 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; solo se admiten datos lentos. Las velocidades de transmisión de datos VLF son de alrededor de 300 bits/seg, por lo que la compresión de datos es esencial.
Sólo unos pocos países operan instalaciones VLF para comunicarse con sus submarinos: Noruega, Francia, 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 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 Project ELF de la Marina de los EE. UU. , que era una variante de un sistema más grande propuesto bajo el nombre en código Project Sanguine , [2] operaba a 76 hercios , [3] y el sistema soviético/ruso (llamado ZEVS ) a 82 hercios. [4] Este último corresponde a una longitud de onda de 3.656,0 kilómetros. Eso es más de una cuarta parte del diámetro de la Tierra. La antena dipolo habitual de media longitud de onda no se puede construir de manera factible, ya que requeriría una antena de 1.800 km (1.100 mi) de longitud.
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 de transmisores de radio habituales), enterrar dos electrodos enormes en el suelo en diferentes sitios y luego alimentarlos con líneas desde una estación en el medio, en forma de cables en 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 pobre, 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 hacerla funcionar, parece que se requiere una planta de energía dedicada, aunque la potencia emitida como radiación es de solo unos pocos vatios . Su transmisión puede recibirse prácticamente en cualquier lugar. Una estación en la Antártida a 78° S 167° O detectó la transmisión cuando la Armada Soviética puso en funcionamiento su antena ZEVS. [4]
Debido a la dificultad técnica de construir un transmisor ELF, Estados Unidos , [3] China , [5] Rusia , [4] e India [6] [7] son las únicas naciones conocidas que han construido instalaciones de comunicación ELF:
La codificación utilizada para las transmisiones ELF militares de EE. UU. empleaba un código de corrección de errores Reed-Solomon que utilizaba 64 símbolos, cada uno representado por una secuencia pseudoaleatoria muy larga. Luego se encriptaba toda la transmisión . Las ventajas de esta técnica son que al correlacionar múltiples transmisiones, se podía completar un mensaje incluso con relaciones señal-ruido muy bajas y, dado que solo unas pocas secuencias pseudoaleatorias representaban caracteres reales del mensaje, había una probabilidad muy alta de que, si se recibía correctamente un mensaje, fuera 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 un dispositivo de este tipo. Los intentos de diseñar un transmisor que pudiera sumergirse en el mar o volar en un avión pronto fueron abandonados.
Debido al limitado ancho de banda, la información sólo puede transmitirse 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 requerida ]
Un submarino en la superficie, o un submarino que flota sobre una boya con 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 están disponibles, se prefieren sistemas de satélites de comunicaciones militares dedicados que utilizan frecuencias de línea de visión para comunicaciones de larga distancia, ya que las HF tienen más probabilidades de revelar la ubicación del submarino. El sistema de la Armada 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 ultraalta (UHF SATCOM) de la Armada.
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 apuntando hacia la superficie. El transmisor envía señales de sonido multicanal, que viajan como ondas de presión. Cuando estas ondas golpean la superficie, causan pequeñas vibraciones. Sobre el agua, un radar, en el rango de 300 GHz, rebota 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 sus inicios 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 una 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 utilizando sonido acústico (como lo hacían los módems con acopladores acústicos para hacer uso de líneas telefónicas analógicas). [13] Documentado en STANAG 4748, utiliza frecuencias de 900 Hz a 60 kHz a distancias de hasta 28 kilómetros (17 mi). [14] [15] Está disponible para su uso con dispositivos militares y civiles, de la OTAN y no pertenecientes a la OTAN; recibió su nombre en honor al dios romano de las puertas, aberturas, etc.
En 2009, un informe militar estadounidense afirmaba que "no había sistemas láser prácticos para grandes profundidades porque no existían láseres que funcionaran con el color adecuado y con la suficiente eficiencia energética para ser utilizados en satélites. La DARPA está trabajando para conseguir un láser azul lo suficientemente eficiente como para que las comunicaciones submarinas por láser en profundidad y a gran velocidad sean una realidad a corto plazo. Un láser recientemente demostrado 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 sistemas láser propuestos. Si la 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 las misiones, por ejemplo, en la guerra antisubmarina". [1]