Un planeador submarino es un tipo de vehículo submarino autónomo (AUV) que emplea propulsión de flotabilidad variable en lugar de las hélices o propulsores tradicionales . Emplea flotabilidad variable de manera similar a un flotador perfilador , pero a diferencia de un flotador, que solo puede moverse hacia arriba y hacia abajo, un planeador submarino está equipado con hidroalas (alas subacuáticas) que le permiten planear hacia adelante mientras desciende a través del agua. A cierta profundidad, el planeador cambia a flotabilidad positiva para volver a subir y avanzar, y luego se repite el ciclo.
Aunque no son tan rápidos como los AUV convencionales, los planeadores ofrecen un alcance y una resistencia significativamente mayores en comparación con los AUV tradicionales, lo que amplía las misiones de muestreo oceánico de horas a semanas o meses, y a miles de kilómetros de alcance. [1] El perfil típico de arriba a abajo, en forma de dientes de sierra que sigue un planeador, puede proporcionar datos en escalas temporales y espaciales inalcanzables para los AUV a motor 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. [2]
El concepto de planeador submarino fue explorado por primera vez a principios de los años 1960 con un prototipo de vehículo de reparto para nadadores llamado Concept Whisper. [3] El patrón de planeo en dientes de sierra, las propiedades furtivas y la idea de un motor de flotabilidad impulsado por el nadador-pasajero fueron descritas por Ewan Fallon en su patente Hydroglider presentada en 1960. [4] En 1992, la Universidad de Tokio realizó pruebas en ALBAC, un planeador de peso caído sin control de flotabilidad y solo un ciclo de planeo. [ cita requerida ] 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 curso en la URSS. [5] Esta idea, un planeador con un motor de flotabilidad propulsado 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. Bautizaron el planeador en honor a Joshua Slocum , quien realizó la primera circunnavegación en solitario del globo en un velero. Propusieron aprovechar la energía del gradiente térmico entre el agua oceánica profunda (2-4 °C) y el agua superficial (temperatura cercana a la atmosférica) para lograr un alcance de circunnavegación del globo, limitado únicamente por la energía de la batería a bordo para comunicaciones, sensores y computadoras de navegación. [3]
En 2003, Webb Research (fundada por Doug Webb) no solo había demostrado un planeador de propulsión térmica funcional ( Slocum Thermal ), sino que ellos y otras instituciones habían introducido planeadores propulsados por batería con una duración y eficiencia impresionantes, muy superiores a las de los AUV de clase de investigación tradicionales. [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 variables oceanográficas con varios vehículos. [ cita requerida ] En 2011, el primer planeador sin alas, SeaExplorer, fue lanzado por una colaboración de instituciones y empresas francesas. [8]
En 2020, la NOAA utilizó "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 correcciones periódicas de GPS de superficie , sensores de presión, sensores de inclinación y brújulas magnéticas. El cabeceo del vehículo se puede controlar mediante un lastre interno móvil (normalmente paquetes de baterías) y la dirección se consigue 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 del vehículo cercana a la del agua en la que se desplegará. Los comandos y los 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. El Spray puede operar hasta 1500 metros, el Seaglider hasta 1000 metros, el SeaExplorer hasta 700 y el Slocum Thermal hasta 1200. En agosto de 2010, una variante Deep Glider del Seaglider logró una profundidad operativa repetida de 6000 metros. [ cita requerida ] Un planeador chino alcanzó profundidades similares en 2016. [ 10 ]
En 2004, la Oficina de Investigación Naval de la Armada de los EE. UU. comenzó a desarrollar los planeadores más grandes del mundo, los planeadores de ala voladora de 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 , permaneciendo en posición hasta por 6 meses. En 2012, se diseñó un modelo más nuevo, conocido como ZRay, para rastrear e identificar mamíferos marinos durante períodos prolongados de tiempo. [11] Utiliza chorros de agua para un control de actitud preciso, así como para la propulsión en la superficie. [11] [12] [ necesita actualización ]
Los planeadores fueron diseñados para transportar instrumentación oceanográfica. Inicialmente, estaban equipados con sensores simples de conductividad, temperatura y profundidad. [13] [14] Dado que están 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 adaptarse a un planeador o diseñados específicamente para planeadores. Entre ellos se incluyen: [16]
La cantidad de sensores con los que se puede equipar un planeador depende de cuánto espacio haya para sensores en su casco. Los planeadores Slocum tienen cascos modulares y se pueden extender para permitir que se agreguen nuevos sensores, otros tipos de planeadores solo tienen su área de superficie inicial que se puede instrumentar. 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 del agua para las sondas de microestructura. La cantidad de sensores también puede estar restringida por la energía necesaria para hacerlos funcionar.
