La medición radioacústica , a veces escrita como " medición radioacústica " y a veces abreviada como 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 las ondas sonoras submarinas a lugares remotos y enviando por radio el tiempo de llegada de las ondas sonoras a las estaciones remotas al barco, lo que permitía a la tripulación del barco utilizar la multilateración de rango real para determinar la posición del barco. Desarrollada por el Servicio Geodésico y Costero de los Estados Unidos en 1923 y 1924 para su uso en la fijación precisa de la posición de los barcos de investigación durante las operaciones de investigación hidrográfica , fue la primera técnica de navegación en la historia de la humanidad aparte de la estima que no requería la observación visual de un punto de referencia, marcador, luz o cuerpo celeste , y el primer medio no visual para proporcionar posiciones precisas. Empleada por primera vez en operaciones en 1924, la medición radioacústica se mantuvo en uso hasta 1944, cuando las nuevas técnicas de radionavegación desarrolladas durante la Segunda Guerra Mundial la dejaron obsoleta.
Para determinar su posición mediante la medición acústica por radio, la tripulación del barco primero determinaba la temperatura y la salinidad del agua del mar en las inmediaciones del barco para determinar la velocidad precisa del sonido a través del agua. Luego, la tripulación lanzó una pequeña bomba de TNT desde la popa del barco. Explotó a una profundidad de unos 30 metros y un cronógrafo a bordo del barco registró automáticamente la hora en que se escuchó la explosión en el barco. El sonido viajó hacia afuera desde la explosión y finalmente llegó a hidrófonos en ubicaciones conocidas (estaciones costeras, barcos de estaciones ancladas o boyas amarradas ) a una distancia del barco. Cada hidrófono estaba conectado a un transmisor de radio que enviaba automáticamente una señal que indicaba la hora en que su hidrófono detectaba el sonido. A las distancias involucradas (generalmente menos de 370 km), cada una de estas señales de radio llegaba al barco esencialmente en el mismo instante en que cada uno de los hidrófonos remotos detectaba el sonido de la explosión. El cronógrafo del barco registraba automáticamente la hora en que cada señal de radio llegaba al barco. Al restar el tiempo de la explosión del tiempo de recepción de la señal de radio, la tripulación del barco podría determinar el tiempo que la onda sonora necesita para viajar desde el punto de la explosión hasta cada hidrófono remoto y, conociendo la velocidad del sonido en el agua de mar circundante, 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 rango verdadero 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 confiar en estaciones costeras para respaldar la medición de distancias radioacústicas 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 luego de las boyas amarradas, para respaldar la medición de distancias radioacústicas. [1]
Los cronógrafos registraban tiempos con una precisión de centésimas de segundo, y la tripulación de un barco que utilizaba la medición de distancias por radioacústica podía determinar la distancia de su barco a las estaciones de hidrófonos remotas con una precisión de 15 metros (50 pies), lo que les permitía trazar la posición de su barco con gran precisión en cuanto a la hora. Con ondas de sonido que viajaban desde el punto de la explosión a los hidrófonos distantes a aproximadamente 0,8 millas náuticas por segundo (1,5 km/s), los barcos ocasionalmente utilizaban la medición de distancias por radioacústica a distancias de más de 370 kilómetros (200 millas náuticas) entre el barco y la estación de hidrófonos, y eran comunes las distancias de 139 a 185 kilómetros (75 a 100 millas náuticas). [2]
La medición radioacústica tuvo su origen en una creciente comprensión de la acústica submarina 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 de la década de 1900, 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 el hidrófono receptor podía trazar la distancia de su barco desde el mecanismo de la campana submarina 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 un entorno oceánico de la historia. [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 de transmisión y recepción de sonido submarino de larga distancia que pudiera detectar peligros en la trayectoria de un barco. Esto condujo a la invención del oscilador de Fessenden , un transductor electroacústico que en 1914 tenía una capacidad demostrada para transmitir y recibir sonido a una distancia de 31 millas náuticas (57 km; 36 mi) a través de la bahía de Massachusetts y para detectar un iceberg por delante de un barco a una distancia de 2 millas náuticas (3,7 km; 2,3 mi) al rebotar el sonido en él y detectar el eco, así como una capacidad ocasional para detectar el reflejo del sonido en el fondo del océano. Otro impulso para el desarrollo de aplicaciones prácticas de la acústica submarina provino de la Primera Guerra Mundial , que impulsó a la Marina Real Británica , la Marina 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 Medición de Sonido Subacuático del Cuerpo de Artillería Costera realizó 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 aproximaban que generaría una señal acústica en un intervalo de tiempo específico después de enviar la señal de radio, lo que permitía a los barcos identificar la ayuda de navegación específica a la que se estaban acercando y aprovechar una capacidad de medición de distancia unidireccional que permitía a sus tripulaciones determinar su dirección y distancia de la ayuda de navegación. [3]
Al darse cuenta del potencial de estas aplicaciones de la acústica para la prospección hidrográfica y la navegación , particularmente a lo largo de la costa oeste de los Estados Unidos, donde la niebla interfería con frecuencia con los intentos de fijar las posiciones de los barcos con precisión, Ernest Lester Jones (1876-1929), entonces director del United States Coast and Geodetic Survey , en consulta con los oficiales del United States Coast and Geodetic Survey Corps , decidió investigar el uso de la acústica tanto en la búsqueda de profundidad como en la navegación. Nicholas H. Heck (1882-1953), un oficial del Coast and Geodetic Survey Corps, 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 la cual había investigado el uso de la acústica submarina en la guerra antisubmarina . Era la elección obvia para liderar el nuevo esfuerzo. [4]
En enero de 1923, el Coast and Geodetic Survey había decidido instalar un telémetro sónico Hayes (una de las primeras ecosonda ) a bordo del buque de reconocimiento USC&GS Guide , que el Coast and Geodetic Survey tenía previsto poner en servicio en su flota a finales de 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 los EE. UU., para informarle de este plan y para preguntar más sobre los experimentos de Vineyard Sound, Stephenson sugirió que un sistema de hidrófonos que detectara el sonido de las explosiones submarinas podría permitir a los barcos del Coast and Geodetic Survey fijar su posición mientras realizaban los reconocimientos. 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 fijaciones de posición. [4] Se propuso mejorar el sistema de generadores de ruido submarino y transmisores de radio adjuntos de la Submarine Signal Company, [3] así como otros conceptos anteriores, creando lo que se conocería como el método de medición de distancia por radioacústica. Al igual que el sondeo por eco, 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 podía realizarse con la 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 Normas para desarrollar un sistema de hidrófono que pudiera enviar automáticamente una señal de radio cuando detectara el sonido de una explosión submarina. [4] Cuando 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 medición de distancia por radioacústica en cooperación con el Cuerpo de Artillería Costera del Ejército de los EE. UU. A pesar de muchas dificultades, las pruebas tanto de ecosonda como de medición de distancia por radioacústica finalizaron 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 su ruta planificada para llevarla a una amplia variedad de profundidades oceánicas para que pudiera seguir probando su ecosonda. [4] Guide hizo historia durante el viaje, convirtiéndose en el primer barco de Coast and Geodetic Survey en utilizar ecosonda para medir y registrar la profundidad del mar en puntos a lo largo de su curso; también midió las temperaturas del agua y tomó muestras de agua para que la Institución Scripps para la Investigación Biológica (ahora la Institución 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, descubriendo 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, arrojaba resultados de búsqueda de profundidad acústica que no coincidían con las profundidades encontradas por líneas de plomo. [4] Antes de llegar a San Diego en diciembre de 1923, había acumulado muchos datos útiles para el estudio del movimiento de las ondas sonoras a través del agua y la medición de su velocidad en diferentes condiciones de salinidad, densidad y temperatura, información esencial tanto para la búsqueda de profundidad como para la medición radioacústica. [4]
Al llegar a California, el personal de Heck y Guide , en consulta con la Institución Scripps, desarrolló fórmulas que permitieron un sondeo ecográfico preciso de las profundidades en todas las aguas, excepto en las más someras, e instaló hidrófonos en La Jolla y Oceanside , California, para permitir la experimentación con la medición radioacústica. [4] Bajo la dirección de Heck, Guide realizó experimentos en la costa de California durante los primeros meses de 1924 que demostraron que era posible realizar un sondeo ecográfico preciso utilizando las nuevas fórmulas. Los experimentos con la medición radioacústica, a pesar de las dificultades iniciales, demostraron que el método también era práctico, aunque la dificultad para lograr que algunas de las cargas explosivas detonaran obstaculizó parte del programa experimental. [4] En abril de 1924, el Coast and Geodetic Survey concluyó que tanto el sondeo ecográfico como la medición radioacústica eran fundamentalmente sólidos, sin problemas fundamentales por resolver, y que todo lo que quedaba necesario era continuar desarrollando y perfeccionando ambas técnicas durante su uso operativo. Heck entregó el desarrollo continuo del sondeo por eco y la medición de distancias por radioacústica al comandante del Guide , el comandante Robert Luce, y regresó a sus funciones en Washington, DC [4].
En 1924, el Guide, que operaba en el océano Pacífico frente a Oregón , se convirtió en el primer barco en emplear la técnica de medición acústica por radio. Ese mismo año, frente a Oregón, empleó con éxito la técnica a una distancia de 206 millas náuticas (382 kilómetros) entre la explosión de medición y los hidrófonos remotos que detectaban su sonido, y en el proceso logró la primera indicación observada de la capa de sonido oceánico que más tarde se denominó canal de fijación y medición de sonido (SOFAR) o 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 (740 kilómetros). [3]
Inicialmente, Heck y otros involucrados en el desarrollo de la medición por radioacústica 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 reducirían el éxito de la medición por radioacústica; en contraste, pensaron que las condiciones a lo largo de la costa este de los Estados Unidos no plantearían desafíos. De hecho, resultó ser lo opuesto: entre otros problemas, las aguas relativamente poco profundas a lo largo de la costa este de los Estados Unidos atenuaban el sonido de las explosiones de medición y los bancos de arena a menudo impedían que el sonido llegara a la costa. Para superar estas dificultades, el Coast and Geodetic Survey ancló barcos en alta mar a lo largo de la costa este de los Estados Unidos para que sirvieran como estaciones de hidrófonos. [1] En 1931, el Coast and Geodetic Survey propuso reemplazar los barcos de la estación tripulados con "radiosonoboyas", y en julio de 1936 comenzó a poner radiosonoboyas en servicio. Las boyas de 700 libras (317,5 kg), 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 medición de distancia, podían ser desplegadas o recuperadas por los barcos de Coast and Geodetic Survey en cinco minutos. [1] [5] [6] El uso de las boyas se extendió también a la costa oeste de los EE. UU. porque eran más baratas de instalar y operar que una estación costera. [5]
La medición de distancias por radioacústica tenía limitaciones y desventajas. Las peculiaridades locales en la propagación de las ondas acústicas en la columna de agua podían degradar su precisión, había problemas con el mantenimiento de las estaciones de hidrófonos y el manejo de cargas explosivas planteaba un peligro considerable para el personal y los barcos. [7] En una ocasión, un alférez del Coast and Geodetic Survey Corps a bordo del buque de investigación USC&GS Hydrographer insertó una bomba de medición de distancias por radioacústica en la boca de un tiburón y lo liberó, solo para ver con horror cómo nadaba de regreso al barco y explotaba junto al casco del Hydrographer ; la explosión sacudió el barco. [8] A bordo del Guide en 1927, casi ocurrió una tragedia cuando un suboficial que manejaba una bomba encendió su mecha y luego cayó cuando el barco se tambaleó; dejó caer la bomba, que rodó hacia una cuneta. El suboficial cayó nuevamente antes de finalmente alcanzar la bomba y arrojarla por la borda justo a tiempo; explotó junto al barco justo cuando golpeó el agua. La conmoción provocó que la mitad de la tripulación subiera corriendo desde debajo de la cubierta para averiguar qué había sucedido. [9]
En 1942, la medición de distancias por radioacústica seguía siendo lo suficientemente importante para el Coast and Geodetic Survey como para dedicarle algo más de 100 páginas de su Manual Hidrográfico . Sin embargo, la Segunda Guerra Mundial , que para entonces ya llevaba tres años en marcha, impulsó el rápido desarrollo de sistemas de navegación basados exclusivamente en radio para ayudar a los bombarderos a encontrar sus objetivos en la oscuridad y en condiciones meteorológicas adversas. Estos sistemas de navegación por radio 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 maduraban, el Coast and Geodetic Survey comenzó a aplicarlos a la navegación marítima. Parece que la medición de distancias por radioacústica no se utilizó después de 1944 [1] y, en 1946, los barcos del 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 utilizarse a cualquier hora del día o de la noche y en cualquier condición meteorológica, la medición por radioacústica fue un gran paso adelante en el desarrollo de los sistemas de navegación modernos. Nicholas Heck revolucionó la prospección oceánica mediante el uso de la medición por 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 subacuático que permitieron establecer "profundidades reales" de hasta cinco millas (8,0 km) utilizando ecosondeos. [10]
La medición radioacústica fue un paso inicial en el camino hacia los sistemas de navegación electrónica modernos, los sistemas de telemetría oceanográfica y el desarrollo de la prospección sísmica marina. 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 la medición de distancias radioacústicas, fueron las antecesoras de las sonoboyas utilizadas por barcos y aeronaves en la guerra antisubmarina y en la investigación acústica submarina actual. [6]