Un sonar de matriz remolcada es un sistema de hidrófonos remolcados detrás de un submarino o un barco de superficie en un cable. [1] Al arrastrar los hidrófonos detrás del barco, en un cable que puede tener kilómetros de largo, se mantienen los sensores de la matriz alejados de las fuentes de ruido del propio barco, lo que mejora en gran medida su relación señal-ruido y, por lo tanto, la eficacia de detección y seguimiento de contactos débiles, como amenazas submarinas silenciosas que emiten poco ruido o señales sísmicas. [2]
Un sistema remolcado ofrece una resolución y un alcance superiores a los del sonar montado en el casco. También cubre los deflectores , el punto ciego del sonar montado en el casco. Sin embargo, el uso eficaz del sistema limita la velocidad de la embarcación y se debe tener cuidado para proteger el cable de daños.
Durante la Primera Guerra Mundial, Harvey Hayes, físico de la Marina de los Estados Unidos, desarrolló un sistema de sonar remolcado conocido como "Electric Eel". Se cree que este sistema es el primer diseño de sistema de sonar remolcado. Utilizaba dos cables, cada uno con una docena de hidrófonos conectados. El proyecto se interrumpió después de la guerra. [2]
La Armada de los EE. UU. reanudó el desarrollo de la tecnología de sistemas remolcados durante la década de 1960 en respuesta al desarrollo de submarinos de propulsión nuclear por parte de la Unión Soviética. [2]
En los buques de superficie, los cables de los sistemas remolcados se almacenan normalmente en tambores, que luego se desenrollan detrás del buque cuando se utilizan. Los submarinos de la Armada de los EE. UU. suelen almacenar los sistemas remolcados dentro de un tubo exterior, montado a lo largo del casco del buque, con una abertura en la cola de estribor. [2] También hay equipos ubicados en un tanque de lastre (área de inundación libre), mientras que el gabinete utilizado para operar el sistema está dentro del submarino. [3]
Los hidrófonos en un sistema de matriz remolcada se colocan a distancias específicas a lo largo del cable, con los elementos de los extremos lo suficientemente separados como para lograr una capacidad básica de triangulación en una fuente de sonido. De manera similar, varios elementos se inclinan hacia arriba o hacia abajo [4], lo que brinda la capacidad de triangular una profundidad vertical estimada del objetivo. Alternativamente, se utilizan tres o más matrices para ayudar en la detección de profundidad.
En los primeros cientos de metros desde la hélice del barco no suele haber hidrófonos, porque su eficacia se vería reducida por el ruido ( cavitación y ruidos de flujo del casco), la vibración y la turbulencia generada por la propulsión, que repetirían los mismos problemas de los conjuntos montados en los barcos. Los sistemas de sensores de matriz remolcada de vigilancia utilizados por los barcos de superficie tienen un conjunto de sonares montado en un cable, que tira de un vehículo operado a distancia (ROV) de profundidad ajustable . Otro cable con peso puede arrastrarse desde el conector del ROV, dejando caer el conjunto remolcado a una profundidad menor. Los streamers sísmicos largos tienen paravanes intermedios a lo largo de su longitud que se pueden utilizar para ajustar la profundidad del conjunto en tiempo real.
Cambiar la profundidad de un ROV permite desplegar un conjunto remolcado en diferentes capas térmicas , lo que le da a un buque de guerra antisubmarina (ASW) de superficie una vista por encima y por debajo de la capa. Esto compensa las diferencias de densidad y temperatura, que conducen el sonido por encima o por debajo de una capa térmica por reflexión. Al dejar caer la "cola" del conjunto debajo de la capa, una plataforma ASW de superficie puede detectar mejor un contacto silencioso y sumergido que se esconde en agua fría debajo de una capa superior cálida. Un submarino también puede monitorear combatientes de superficie haciendo flotar la cola de su conjunto sobre una capa térmica mientras acecha por debajo.
Los hidrófonos del conjunto pueden utilizarse para detectar fuentes de sonido, pero el valor real del conjunto es que la técnica de procesamiento de señales de formación de haces y análisis de Fourier puede utilizarse no sólo para calcular la distancia y la dirección de una fuente de sonido, sino también para identificar el tipo de barco por la firma acústica distintiva de los ruidos de su maquinaria. Para ello, es necesario conocer las posiciones relativas de los hidrófonos, lo que normalmente sólo es posible cuando el cable está en línea recta (estable), o cuando se utiliza un sistema de autodetección (véase galgas extensométricas ) o GPS u otros métodos integrados en el cable, y que informan de la posición relativa de los elementos del hidrófono, para controlar la forma del conjunto y corregir la curvatura.
Por ejemplo, el CAPTAS-2 (sonar pasivo y activo) de Thales Underwater Systems tiene un alcance de detección de hasta 60 km y pesa 16 t. [5] El CAPTAS-4, más pesado, pesa entre 20 y 34 t y tiene un alcance de detección de hasta 150 km. [6] [7]
Los sistemas de antenas remolcadas también son utilizados por la industria del petróleo y el gas para la exploración sísmica de formaciones geológicas bajo el lecho marino. [8] Los sistemas utilizados son similares en concepto a los navales, pero normalmente son más largos y con más serpentinas en una antena determinada (6 o más en algunos casos). El espaciamiento típico de los hidrófonos a lo largo de cada serpentina es del orden de dos metros, y cada serpentina puede tener hasta 10 km de largo. A veces las serpentinas se lanzan a diferentes alturas, para dar lugar a una denominada antena 3D.
El uso eficaz del sistema de antena remolcada requiere que el buque mantenga un rumbo recto y nivelado durante un intervalo de muestreo de datos. Las maniobras o cambios de rumbo alteran la antena y complican el análisis del flujo de datos muestreados. Estos períodos de inestabilidad se ponen a prueba minuciosamente durante las pruebas en el mar y son conocidos por los oficiales de la tripulación y los expertos en sonares alistados. Los sistemas modernos compensan midiendo constantemente las posiciones relativas de la antena, elemento por elemento, y reportan datos que pueden corregirse automáticamente por curvaturas mediante computadoras como parte del procesamiento matemático de formación de haces.
Un barco también debe limitar su velocidad máxima general mientras se encuentra desplegado un conjunto remolcado. La resistencia hidrodinámica aumenta como una función cuadrada de la velocidad y podría romper el cable o dañar su hardware de amarre. Además, puede que haya que establecer una velocidad mínima dependiendo de la flotabilidad del conjunto remolcado (los conjuntos militares están lastrados para hundirse, se supone que los conjuntos geofísicos tienen una flotabilidad neutra de unos 10 m). El conjunto también podría resultar dañado por el contacto con el fondo marino o si el buque opera con propulsión de popa , o incluso puede resultar dañado si se dobla demasiado.
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