El alcance radioacústico , ocasionalmente escrito como " alcance radioacústico " y a veces abreviado RAR , era un método para determinar la ubicación precisa de un barco en el mar mediante la detonación de una carga explosiva bajo el agua cerca del barco, detectando la llegada de ondas sonoras submarinas a lugares remotos. y transmitir por radio la hora de llegada de las ondas sonoras a las estaciones remotas al barco, lo que permite a la tripulación del barco utilizar la multilateración de alcance real para determinar la posición del barco. Desarrollada por el Servicio Geodésico y Costero de los Estados Unidos en 1923 y 1924 para fijar con precisión la posición de los barcos de reconocimiento durante las operaciones de estudio hidrográfico , fue la primera técnica de navegación en la historia de la humanidad, además de la navegación a estima , que no requería observación visual de un punto de referencia. , marcador, luz o cuerpo celeste , y el primer medio no visual para proporcionar posiciones precisas. Empleado operativamente por primera vez en 1924, el alcance radioacústico permaneció en uso hasta 1944, cuando las nuevas técnicas de radionavegación desarrolladas durante la Segunda Guerra Mundial lo dejaron obsoleto.
Para fijar su posición mediante alcance radioacústico, la tripulación de un barco primero determinó la temperatura y la salinidad del agua de mar en las proximidades del barco para determinar una velocidad precisa del sonido a través del agua. Luego, la tripulación arrojó una pequeña bomba TNT desde la popa del barco. Explotó a una profundidad de unos 30 metros (100 pies) y un cronógrafo a bordo del barco registró automáticamente el momento en que se escuchó la explosión en el barco. El sonido viajó hacia afuera desde la explosión y finalmente llegó a los hidrófonos en ubicaciones conocidas (estaciones costeras, barcos anclados o boyas amarradas ) a cierta distancia del barco. Cada hidrófono estaba conectado a un transmisor de radio que automáticamente enviaba una señal indicando el momento en que su hidrófono detectaba el sonido. A las distancias involucradas, generalmente menos de 200 millas náuticas (370 km), cada una de estas señales de radio llegó al barco esencialmente en el mismo instante en que cada uno de los hidrófonos remotos detectó el sonido de la explosión. El cronógrafo del barco registró automáticamente la hora en que llegó cada señal de radio al barco. Restando el tiempo de la explosión del tiempo de recepción de la señal de radio, la tripulación del barco pudo determinar el tiempo que tardó la onda sonora en viajar desde el punto de la explosión hasta cada hidrófono remoto y, conociendo la velocidad del sonido en el entorno. agua de mar, podría multiplicar el tiempo de viaje del sonido por la velocidad del sonido en el agua de mar para determinar la distancia entre la explosión y el hidrófono. Al determinar la distancia a al menos dos hidrófonos remotos en ubicaciones conocidas, la tripulación del barco podría utilizar la multilateración de alcance real para fijar la posición del barco. [1] [2]
En aguas profundas, como las que prevalecían en el Océano Pacífico a lo largo de la costa oeste de los Estados Unidos , el Coast and Geodetic Survey podía depender de estaciones costeras para soportar el alcance radioacústico porque las aguas profundas permitían que el sonido viajara hasta la costa. A lo largo de la costa este de los Estados Unidos , donde prevalecían aguas menos profundas, el sonido tenía mayores dificultades para llegar a la costa, y el Coast and Geodetic Survey dependía más de los barcos de la estación anclados, y más tarde de las boyas amarradas, para soportar el alcance radioacústico. [1]
Los cronógrafos registraban tiempos hasta centésimas de segundo, y la tripulación de un barco que utilizaba alcance radioacústico podía determinar la distancia de su barco desde las estaciones remotas de hidrófonos dentro de los 50 pies (15 metros), lo que les permitía trazar la posición de su barco con gran precisión para el tiempo. Con ondas sonoras que viajaban desde el punto de la explosión hasta los hidrófonos distantes a aproximadamente 0,8 millas náuticas por segundo (1,5 km/s), los barcos ocasionalmente utilizaban radioacústicas a distancias de más de 200 millas náuticas (370 kilómetros) entre el barco y la estación de hidrófonos. , y eran comunes distancias de 75 a 100 millas náuticas (139 a 185 km). [2]
El alcance radioacústico tuvo su origen en una creciente comprensión de la acústica subacuática y su aplicación práctica durante las primeras décadas del siglo XX, y se desarrolló en paralelo con el sondeo por eco . El primer paso tuvo lugar a principios del siglo XX, cuando la Submarine Signal Company inventó un dispositivo de señalización de campana submarina y un hidrófono que podía servir como receptor de los sonidos submarinos que generaban las campanas. La tripulación de un barco equipado con un hidrófono receptor podría trazar la distancia de su barco desde el mecanismo de campana submarino y trazar líneas de intersección de dos o más campanas para determinar la posición del barco. Las campanas se instalaron en faros , a bordo de buques faro y en boyas a lo largo de las costas de América del Norte y Europa , y se montaron hidrófonos receptores a bordo de cientos de barcos. Fue el primer uso práctico de la acústica en la historia en un entorno oceánico. [1]
El hundimiento del RMS Titanic en 1912 debido a una colisión con un iceberg impulsó al inventor canadiense Reginald Fessenden (1866-1932) a comenzar a trabajar en un sistema submarino de transmisión y recepción de sonido a larga distancia que pudiera detectar peligros en el camino de un barco. Esto llevó a la invención del oscilador Fessenden , un transductor electroacústico que en 1914 tenía una capacidad probada para transmitir y recibir sonido a una distancia de 31 millas náuticas (57 km; 36 millas) a través de la Bahía de Massachusetts y para detectar un iceberg más adelante. de un barco a una distancia de 2 millas náuticas (3,7 km; 2,3 millas) haciendo rebotar el sonido y detectando el eco, así como una capacidad ocasional para detectar el reflejo del sonido en el fondo del océano. Un mayor impulso para el desarrollo de aplicaciones prácticas de la acústica submarina provino de la Primera Guerra Mundial , que impulsó a la Royal Navy , la Armada de los Estados Unidos y el Cuerpo de Artillería Costera del Ejército de los Estados Unidos a experimentar con el sonido como medio para detectar submarinos sumergidos . En experimentos de posguerra, la Sección de Rango de Sonido Subacuático del Cuerpo de Artillería Costera llevó a cabo experimentos en aguas poco profundas en Vineyard Sound frente a Massachusetts en los que detonó cargas explosivas bajo el agua en los extremos de las líneas de base establecidas y midió la cantidad de tiempo que tardaba el sonido en llegar a los hidrófonos. en los otros extremos de las líneas de base para establecer mediciones muy precisas de la velocidad del sonido a través del agua. [1] Y en 1923, la Submarine Signal Company mejoró sus dispositivos de señalización submarina equipándolos con transmisores de radio que enviaban señales tanto para identificar el dispositivo en particular como para indicar a los barcos que se acercaban que generaría una señal acústica en un intervalo de tiempo específico. después de enviar la señal de radio, lo que permitió a los barcos identificar la ayuda a la navegación específica a la que se estaban acercando y aprovechar una capacidad de alcance unidireccional que permitió a sus tripulaciones determinar su dirección y distancia de la ayuda a la navegación. [3]
Al darse cuenta del potencial de estas aplicaciones de la acústica a los estudios hidrográficos y la navegación , particularmente a lo largo de la costa oeste de los Estados Unidos, donde la niebla frecuentemente interfería con los intentos de fijar con precisión las posiciones de los barcos, Ernest Lester Jones (1876-1929), entonces Director de la Costa de los Estados Unidos. y Geodetic Survey , en consulta con los oficiales del Cuerpo de Estudios Geodésicos y de la Costa de los Estados Unidos , decidieron investigar el uso de la acústica tanto en la búsqueda de profundidad como en la navegación. Nicholas H. Heck (1882-1953), oficial del Cuerpo de Estudios Geodésicos y Costeros, había sido asignado de 1917 a 1919 al servicio de la Primera Guerra Mundial con la Fuerza de Reserva Naval de los Estados Unidos , durante el cual había investigado el uso de la acústica submarina en armas antisubmarinas. guerra . Él era la elección obvia para liderar el nuevo esfuerzo. [4]
En enero de 1923, Coast and Geodetic Survey había decidido instalar un telémetro sónico Hayes, una de las primeras ecosonda , a bordo del barco de reconocimiento USC&GS Guide , que Coast and Geodetic Survey planeaba incorporar a su flota más adelante ese año; El funcionamiento exitoso del telémetro sónico requeriría una comprensión precisa de la velocidad del sonido a través del agua. Cuando Heck se puso en contacto con EA Stephenson del Cuerpo de Artillería Costera del Ejército de EE. UU. para informarle de este plan y preguntar más sobre los experimentos de Vineyard Sound, Stephenson sugirió que un sistema de hidrófonos que detectaran el sonido de explosiones submarinas podría permitir a los barcos de Coast and Geodetic Survey reparar su posición durante la realización de encuestas. Heck estuvo de acuerdo, pero creía que las ayudas a la navegación existentes no satisfarían las necesidades del Coast and Geodetic Survey en términos de inmediatez y precisión de las posiciones. [4] Imaginó mejorar el sistema de generadores de ruido submarino y transmisores de radio adjuntos de Submarine Signal Company, [3] así como otros conceptos anteriores, mediante la creación de lo que se conocería como el método de alcance radioacústico. Al igual que las ecosondas, este método requería un cálculo preciso de la velocidad del sonido a través del agua. [4] [5]
Heck supervisó las pruebas en la sede de Coast and Geodetic Survey en Washington, DC , que demostraron que el registro a bordo del momento de una explosión se podía realizar con suficiente precisión para que su concepto funcionara. [4] Trabajó con el Dr. EA Eckhardt, un físico , y M. Keiser, un ingeniero eléctrico , de la Oficina Nacional de Estándares para desarrollar un sistema de hidrófonos que podía enviar automáticamente una señal de radio cuando detectaba el sonido de una explosión submarina. . [4] Cuando el Coast and Geodetic Survey encargó a Guide en 1923, Heck la tenía basada en New London , Connecticut . Bajo su dirección, Guide probó la capacidad de su nueva ecosonda para realizar sondeos de profundidad precisos y realizó experimentos de alcance radioacústico en cooperación con el Cuerpo de Artillería Costera del Ejército de EE. UU. A pesar de muchas dificultades, las pruebas tanto de ecosondeo como de alcance radioacústico concluyeron con éxito en noviembre de 1923. [4]
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A finales de noviembre de 1923, con Heck a bordo, Guide inició un viaje desde New London vía Puerto Rico y el Canal de Panamá hasta San Diego , California , donde tendría su base en el futuro, con una ruta planeada que la llevaría por una amplia variedad de profundidades del océano para poder seguir probando su ecosonda. [4] Guide hizo historia durante el viaje, convirtiéndose en el primer barco de estudios geodésicos y costeros en utilizar ecosondeos para medir y registrar la profundidad del mar en puntos a lo largo de su rumbo; también midió la temperatura del agua y tomó muestras de agua para que el Instituto Scripps de Investigación Biológica (ahora Instituto Scripps de Oceanografía ) en La Jolla , California, pudiera medir los niveles de salinidad . [4] También comparó los sondeos de ecosonda con los realizados con líneas de plomo, y descubrió que el uso de una sola velocidad del sonido a través del agua, como había sido la práctica anterior de quienes realizaban experimentos de ecosonda, produjo resultados acústicos de búsqueda de profundidad que no coincidían. las profundidades encontradas por las líneas de plomo. [4] Antes de llegar a San Diego en diciembre de 1923, había acumulado muchos datos beneficiosos para el estudio del movimiento de las ondas sonoras a través del agua y para medir su velocidad en diferentes condiciones de salinidad, densidad y temperatura, información esencial tanto para la profundidad como para la medición de la velocidad. búsqueda y alcance radioacústico. [4]
Al llegar a California, el personal de Heck y Guide , en consulta con la Institución Scripps, desarrolló fórmulas que permitieron sondeos ecográficos precisos de las profundidades en todas las aguas excepto en las menos profundas e instalaron hidrófonos en La Jolla y Oceanside , California, para permitir la experimentación con alcances radioacústicos. [4] Bajo la dirección de Heck, Guide realizó experimentos frente a la costa de California durante los primeros meses de 1924 que demostraron que era posible realizar ecosondeos precisos utilizando las nuevas fórmulas. Los experimentos con alcance radioacústico, a pesar de las dificultades iniciales, demostraron que el método también era práctico, aunque la dificultad para hacer detonar algunas de las cargas explosivas obstaculizó parte del programa experimental. [4] En abril de 1924, el Coast and Geodetic Survey concluyó que tanto el sondeo por eco como el alcance radioacústico eran fundamentalmente sólidos, sin problemas fundamentales que resolver, y que todo lo que quedaba necesario era el desarrollo y perfeccionamiento continuo de ambas técnicas durante su funcionamiento. usar. Heck entregó el desarrollo continuo de ecosondeo y radioacústica al oficial al mando de Guide , el comandante Robert Luce, y regresó a sus funciones en Washington, DC [4]
Operando en el Océano Pacífico frente a Oregón en 1924, Guide se convirtió en el primer barco en emplear operativamente alcance radioacústico. Ese año, frente a Oregón, empleó con éxito la técnica a una distancia de 206 millas náuticas (382 kilómetros) entre la explosión y los hidrófonos remotos que detectaban su sonido y en el proceso logró la primera indicación observada de la capa de sonido del océano que más tarde se llamó el canal de fijación y alcance del sonido (SOFAR) o el canal de sonido profundo (DSC). [1] [3] En 1928, investigadores franceses ampliaron este alcance, detonando un explosivo de 30 kg (66 libras) en el mar Mediterráneo entre Argel en la Argelia francesa y Toulon , Francia , y detectando el sonido a una distancia de 400 millas náuticas. millas (740 kilómetros). [3]
Inicialmente, Heck y otros involucrados en el desarrollo del alcance radioacústico pensaron que la técnica resultaría menos efectiva a lo largo de la costa del noroeste del Pacífico , donde asumieron que el sonido de la acción de las olas a lo largo de la costa y la dificultad de instalar estaciones costeras y cables reduciría el éxito de la medición radioacústica; por el contrario, pensaban que las condiciones a lo largo de la costa este de Estados Unidos no plantearían desafíos. De hecho, resultó ser todo lo contrario: entre otros problemas, las aguas relativamente poco profundas a lo largo de la costa este de Estados Unidos atenuaron el sonido de las explosiones a gran escala y los bancos de arena a menudo impidieron que el sonido llegara a la costa. Para superar estas dificultades, el Coast and Geodetic Survey ancló embarcaciones muy lejos de la costa a lo largo de la costa este de Estados Unidos para que sirvieran como estaciones de hidrófonos. [1] En 1931, el Coast and Geodetic Survey propuso reemplazar los barcos de la estación tripulada por "radiosonoboyas", y en julio de 1936 comenzó a poner en servicio radiosonoboyas. Las boyas de 317,5 kg (700 libras), equipadas con hidrófonos subterráneos, baterías y transmisores de radio que enviaban automáticamente una señal de radio cuando sus hidrófonos detectaban el sonido de una explosión de alcance, podrían ser desplegadas o recuperadas por barcos de Coast and Geodetic Survey en cinco minutos. [1] [5] [6] El uso de las boyas también se extendió a la costa oeste de EE. UU. porque eran más baratas de instalar y operar que una estación costera. [5]
El alcance radioacústico tenía limitaciones e inconvenientes. Las peculiaridades locales en la propagación de ondas acústicas en la columna de agua podían degradar su precisión, había problemas con el mantenimiento de las estaciones de hidrófonos y la manipulación de cargas explosivas representaba un peligro considerable para el personal y los barcos. [7] En una ocasión, un alférez del Cuerpo de Estudios Geodésicos y Costeros a bordo del barco de reconocimiento USC&GS Hydrographer insertó una bomba de alcance radioacústico en la boca de un tiburón y lo soltó, solo para observar con horror cómo nadaba de regreso al barco y explotó junto al casco del Hydrographer ; la explosión sacudió el barco. [8] A bordo del Guide en 1927, la tragedia estuvo a punto de ocurrir cuando un suboficial que manejaba una bomba encendió su mecha y luego cayó cuando el barco se sacudió; arrojó la bomba, que rodó hacia una alcantarilla. El suboficial volvió a caer antes de alcanzar finalmente la bomba y arrojarla por la borda justo a tiempo; explotó junto al barco justo cuando golpeaba el agua. La conmoción cerebral hizo que la mitad de la tripulación subiera corriendo desde debajo de la cubierta para descubrir qué había sucedido. [9]
Todavía en 1942, el alcance radioacústico seguía siendo lo suficientemente importante para el Coast and Geodetic Survey como para dedicarle poco más de 100 páginas de su Manual Hidrográfico . Sin embargo, la Segunda Guerra Mundial , que ya llevaba tres años de estragos, impulsó el rápido desarrollo de sistemas de navegación puramente basados en radio para ayudar a los bombarderos a encontrar sus objetivos en la oscuridad y con mal tiempo. Dichos sistemas de radionavegación eran más fáciles de mantener que las estaciones de hidrófonos y no requerían el manejo de explosivos [7] y, a medida que los nuevos sistemas maduraron, el Coast and Geodetic Survey comenzó a aplicarlos a la navegación marítima. Parece que el alcance radioacústico no se utilizó después de 1944, [1] y en 1946, los barcos de Coast and Geodetic Survey habían cambiado a la nueva tecnología de navegación electrónica SHORAN para fijar sus posiciones. [7]
El primer método no visual de navegación precisa en la historia de la humanidad, y el primero que podía usarse en cualquier momento del día o de la noche y en cualquier condición climática, el alcance radioacústico fue un gran paso adelante en el desarrollo de los sistemas de navegación modernos. Nicholas Heck revolucionó los estudios oceánicos mediante el uso de telemetría radioelectrónica para establecer la ubicación de los barcos, una de sus principales contribuciones a la oceanografía . [3] Su trabajo relacionado con la técnica también ayudó a desarrollar tablas de velocidad del sonido bajo el agua que permiten el establecimiento de "profundidades reales" de hasta cinco millas (8,0 km) utilizando ecosondeos. [10]
La medición radioacústica fue un primer paso en el camino hacia los modernos sistemas electrónicos de navegación, los sistemas de telemetría oceanográfica y el desarrollo de los estudios sísmicos marinos. La técnica también sentó las bases para el desarrollo de sonares capaces de mirar hacia delante y hacia los costados de los buques. [11]
Las radiosonoboyas del Coast and Geodetic Survey, desarrolladas para respaldar el alcance radioacústico, fueron las antepasadas de las sonoboyas utilizadas por barcos y aviones en la guerra antisubmarina y en la investigación acústica submarina en la actualidad. [6]