No serví en un sub, mi trabajo era rastrearlos, así que responderé en ese contexto.
1. Cómo suena realmente su sonar activo.
En las películas submarinas, es común ver un submarino que se mueve a través del océano con "pings" metálicos que emanan de él. De hecho, ningún sonar suena así. Esos pequeños "pings" nunca llevarán lo suficientemente lejos o contendrán suficientes frecuencias para ser útiles. Llamamos al sonido producido por la matriz un "ping", pero eso no tiene relación con el sonido real emitido, al igual que un administrador de red puede "hacer ping" a un enrutador, aunque el proceso no emita ningún sonido. En los barcos de superficie, la matriz de sonar hace una serie de sonidos fuertes que varían en sus características específicas dependiendo de la configuración empleada. El sonido del sonar de un submarino es bastante hermoso, una serie complicada de pitidos y alaridos destinados a maximizar la cobertura de frecuencias óptimas para la rápida adquisición de información de control de incendios que suena como la música de un viejo videojuego de Atari. Por supuesto, a menos que esté estacionado en un submarino, es poco probable que lo escuche porque ...
2. Los submarinos casi nunca usan su sonar activo.
Incluso si el sonar sonara como ese submarino de película de ping, no lo escucharías hacer ping constantemente mientras se movía a lo largo del fondo del océano porque eso transmitiría la posición del submarino. En una nave de superficie, ya estamos tan ruidosos que no nos estamos escondiendo de nadie, por lo que, si pensamos que hay un contacto en el área, nos hundiremos en el fondo del océano, pero se supone que los submarinos son sigilosos. Por este motivo, todo, desde la navegación hasta la búsqueda, el seguimiento y el cálculo de las soluciones de control de incendios, se realiza de forma pasiva. Es decir, se hace escuchando al contacto en lugar de hacer un ping activo. Cuando estaba en la Armada, encontré las matemáticas detrás del análisis de movimiento de objetivo pasivo fascinante, y así desarrollé algo de nicho para mí mismo al ser bastante adepto a ello, pero esto es raro en una nave de superficie. Una tecnología de sonar de superficie debe ser competente en los métodos de búsqueda y seguimiento pasivos, pero la mayor parte de nuestro seguimiento se realiza de forma activa en el teatro. Los submarinos mantendrán apagado su sonar activo durante el mayor tiempo posible, generalmente emitiendo un solo ping para refinar sus cálculos de control de disparo justo antes de disparar. He escuchado el sonar activo submarino dos veces en mi vida, ambas veces durante el entrenamiento con submarinos de los EE. UU. Y ambas veces justo antes de "morir" (en realidad nos evadimos con éxito la segunda vez, pero dudo que esto sea cierto si este no fuera un entorno de entrenamiento Todo lo que "evadir" realmente significa en este contexto es que golpeamos todas nuestras casillas de verificación y probablemente se perdieron algunas de las suyas. Por esta razón, si escuchas este sonido y no estás entrenando, comienza a orar.
3. Las matrices de sonar no giran, así que tampoco lo hace el cursor en nuestras pantallas.
Esta es más una queja general acerca de los conceptos erróneos sobre el sonar en general que sobre los submarinos específicamente, pero cada vez que veo una película sobre submarinos, la gente en el sonar siempre está mirando una pantalla que se parece a esto:
Esta es una pantalla de radar. Las matrices de radares giran, y así es como se recopila su información, como una línea de visión recta que gira alrededor de la posición de la nave. Las matrices de sonar no giran y el sonido es mucho más lento que la luz, por lo que nuestras pantallas se actualizan por distancia desde la nave, en lugar de la posición angular. La información más cercana al barco se actualiza primero y fluye hacia los bordes del círculo, en lugar de actualizarse alrededor de un cursor giratorio. El sonar pasivo generalmente se actualizará como una pantalla de "cascada", con el eje horizontal de la pantalla correlacionado con el rumbo o la frecuencia, mientras que la vertical corresponde al tiempo. O bien usamos pantallas que se ven así:
O esto:
4. Los subs pueden usar su propia m*rda para esconderse.
Los submarinos utilizan todo tipo de métodos fascinantes para esconderse del sonar. Pueden esconderse dentro de los remolinos, en la "zona de sombra" creada por el diferencial de temperatura entre la capa superficial y las profundidades del océano, en los barrancos y detrás de las características oceanográficas. Los submarinos son expertos en utilizar cada aspecto de su entorno para mantenerse ocultos. Uno de los más interesantes es su uso de productos biológicos. Al expulsar sus tanques de desechos en momentos oportunos, los submarinos pueden atraer grandes bancos de peces que pueden servir para ocultar sus firmas detrás de una pared de ruido biológico. Esta es solo una de las miles de técnicas interesantes que usan los subs para esconderse.
5. Los subs pueden recibir comunicaciones de voz bajo el agua.
El grado en que los submarinos pueden resolver variaciones sutiles en el sonido bajo el agua es realmente impresionante. Los submarinos de EE. UU. Emplean un sistema que les permite realizar una ingeniería inversa precisa de la posición de un barco de superficie escuchando su sonar activo. Son capaces de resolver variaciones mínimas en el ruido de la maquinaria captado en el sonar pasivo, lo que les permite rastrear con precisión los contactos enemigos sin hacer un susurro. También pueden recoger y recibir transmisiones de voz. Todas las naves de superficie y submarinos tienen un "teléfono submarino" que les permite hablar y transmitir su voz a través de una matriz secundaria, a la que los submarinos pueden escuchar y responder. Dadas las fuerzas disruptivas que distorsionan y doblan el sonido en el agua, siempre me ha fascinado que la voz humana pueda escucharse y entenderse cuando se transmiten grandes distancias de esta manera. Por supuesto, utilizamos principalmente el nuestro para "hablar" con ballenas y delfines, pero ocasionalmente enviamos mensajes a subs.
Podría seguir así para siempre, pero mi descanso casi ha terminado y no puedo estar jugando con Quora en el reloj. Añadiré más tarde si me acuerdo.
Edición: he recibido una solicitud para proporcionar información adicional sobre las pantallas de sonar y cómo se utilizan. Como se mencionó brevemente anteriormente, los submarinos y las naves de superficie emplean dos tipos de sonar, activo y pasivo. El sonar pasivo implica escuchar de forma pasiva y el sonar activo implica "hacer ping" a un contacto de forma activa produciendo un sonido y esperando a que salte de algo y regrese. Los submarinos dependen principalmente del sonar pasivo, mientras que los barcos de superficie dependen más del sonar activo. Una gran desventaja del sonar pasivo es que, si bien puede determinar fácilmente la dirección de un sonido, no puede determinar rápidamente qué tan lejos está la fuente de ese sonido. Puede hacer esto con un análisis de movimiento de objetivo pasivo, y así es como los submarinos suelen hacerlo, pero este proceso es matemáticamente intensivo y requiere mucho tiempo. Si alguien está interesado, incluiré una descripción general de los conceptos básicos al final de esta edición. En cualquier caso, es por eso que nos gusta el sonar activo. Utilizando un sonar activo, el alcance y el rumbo precisos del contacto se pueden determinar muy rápidamente.
Una de las principales ventajas del sonar pasivo que no se puede lograr con un sonar activo es que se puede dividir el sonido que se recibe en las frecuencias de sus componentes. Cada una de estas frecuencias será representativa de una pieza de maquinaria giratoria, oscilante o vibratoria en el submarino que produce el sonido. Podemos usar estas pantallas de "banda angosta" para clasificar qué es lo que estamos viendo, identificar el país de origen, el tipo de sub, e incluso bajar al número de cascos en algunos casos de nicho. En esto es en lo que son expertos los técnicos de sonar submarino y, a menos que exprese específicamente un interés en el tema y busque oportunidades para estudiarlo, tendrá mucha menos experiencia con esto en una nave de superficie. Entonces, así es como usamos cada una de nuestras pantallas, aproximadamente en el orden en que generalmente se emplearán.
Primero, recogerá un contacto en su pantalla de banda ancha pasiva. Solo será una banda difusa en una pantalla de cascada que se verá así:
Por lo tanto, los cojinetes reales no se incluyen en esta imagen y la información más reciente se muestra justo en el medio de un cambio de rumbo, por lo que es imposible saber dónde están los contactos de acuerdo con la información más reciente en la pantalla, pero digamos que hay un contacto a 60 grados. Bien, entonces tenemos un contacto a 60 grados. No sabemos qué es, pero lo hemos reclamado y hemos recibido la confirmación de que el rumbo es claro, lo que significa que no hay barcos visibles en ese rumbo, por lo que tenemos motivos para pensar que podría ser un submarino.
El siguiente paso es mirar hacia abajo esa marcación usando nuestra pantalla de banda estrecha, que se parece a la pantalla de cascada que se muestra en la respuesta anterior. Cada una de esas líneas se corresponde con una frecuencia específica, y podemos comparar esas frecuencias con fuentes de maquinaria conocidas en submarinos extranjeros para determinar qué tipo de sub se trata. Veríamos todas las frecuencias emitidas desde el submarino y trataríamos de encontrar una coincidencia. Así que digamos que tenemos un sub de clase Han chino. Supongamos también que estalló la tercera guerra mundial o algo así y estamos en guerra con China por alguna razón. Así que ahora tenemos un contacto que hemos verificado que es hostil. Ahora es el momento de mirar nuestra próxima pantalla, la pantalla activa.
Sabemos qué tipo de submarino estamos mirando y sabemos qué dirección es de nosotros, pero no qué tan lejos está. Para obtener esta información utilizamos nuestra pantalla activa. Esta es la otra pantalla que incluí anteriormente, la que a menudo se tergiversa en las películas que usan una pantalla de radar. Ahora encendemos nuestro sonar activo y hacemos ping al objetivo para extraer una solución de control de incendios. Lo que es más probable para una nave de superficie, a menos que estemos en una situación desesperada, es que obtendremos un rango aproximado utilizando un sonar activo o pasivo y enviaremos un helicóptero para terminar el trabajo. En un submarino, solo emitirían un solo ping desde el sonar activo para refinar su solución de control de incendios, obteniendo el resto del camino utilizando TMA pasivo.
El análisis de movimiento de objetivo pasivo (TMA) es el conjunto de técnicas utilizadas por los técnicos de sonar para extraer información de alcance, rumbo y velocidad de los contactos pasivos. Requiere algo de matemática y tiempo, pero le permite obtener mucha información sin estar activo ni comprometer su posición. La principal herramienta empleada por un analista de TMA es el efecto Doppler. Esto, para aquellos que no lo saben, es el efecto por el cual el sonido emitido por un objeto aumenta en el tono cuando se acerca a usted y disminuye en el tono cuando se aleja. Entonces, si conocemos la verdadera frecuencia de una fuente de sonido, podemos determinar cómo se está moviendo en relación con nosotros. Hasta Doppler significa que algo viene hacia ti. Doppler abajo significa que algo se está alejando.
Pero, ¿cómo encontramos la verdadera frecuencia? Esto se hace esperando algo llamado el punto de enfoque más cercano, o CPA. Básicamente, esto es exactamente lo que suena, cuando el contacto está en su punto más cercano a usted, que es cuando ese contacto lo está pasando, cambiando de Doppler arriba a Doppler abajo.
Espera este cambio, que se caracteriza por un cambio repentino hacia abajo, seguido de una estabilización en la frecuencia. Una vez que haya visto eso, tendrá su verdadera frecuencia para esa línea de interés. Mientras pueda ver esa línea, sabrá si el contacto se está acercando o alejando de usted y puede estimar qué tan rápido lo está haciendo. También puede usar esta información para juntar varias líneas de rumbo y triangular el rango al contacto, ya que el Doppler del contacto le dirá cosas como si el lugar donde se cruzan las líneas es una estimación por encima o por debajo del rango de contacto, y aproximadamente por cuanto.
De esta manera, un submarinista puede obtener una buena idea del rumbo, la velocidad, el rumbo y el alcance de un contacto sin utilizar nunca su sonar activo o su pantalla asociada. Tanto sus pantallas activas como pasivas también tendrán una resolución mucho más alta y más detalladas que las que he incluido, ya que su sonar es mucho más crítico para la misión que el de una nave de superficie.
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