Submarino no oído: Comunicaciones encubiertas

El depresor BlueComm de Sonarydne en el agua en Aldabra, durante la misión Nekton First Descent. Foto: Nekton Oxford Deep Ocean Research Institute

Una de las unidades BlueComm de Sonarydne adjunta a uno de los sumergibles de la misión Nekton. Foto: Nekton Oxford Deep Ocean Research Institute

Un vehículo de superficie no tripulado de L3ASV C-Worker y el ALR del Centro Nacional de Oceanografía trabajando juntos en pruebas recientes que demuestran comunicaciones acústicas y ópticas. Foto: Sonardyne

Anna Botting de Sky News se muestra en vivo en la televisión usando BlueComm 200 UV para comunicarse de manera inalámbrica submarina. Imagen fija de la emisión en directo de Sky News. Foto: Sonardyne

Durante la misión Nekton, dos sumergibles tripulados fueron equipados con BlueComms para transmitir video en vivo a la superficie, y luego a audiencias mundiales. Imagen fija de la emisión en directo de Sky News. Foto: Sonardyne

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La tecnología que ha ayudado a lograr las primicias mundiales en la exploración de exploración oceánica también podría proporcionar la respuesta para las operaciones encubiertas en el ámbito de la defensa, donde las comunicaciones deben pasar desapercibidas.

Tradicionalmente, las comunicaciones submarinas inalámbricas utilizan señales acústicas. El sonido es práctico, porque viaja más lejos a través del agua que las ondas electromagnéticas. Usando el sonido, la información se puede compartir a lo largo de muchos km. Desafortunadamente, también es relativamente fácil escuchar esos sonidos y apuntar a la fuente usando sensores pasivos; incluso cuando está más allá del rango real en el que las señales son efectivas. Durante varios años, se ha desarrollado una nueva tecnología que permite velocidades de datos importantes de hasta 10 Mbps en distancias que abarcan hasta 150 m, utilizando la óptica de espacio libre para modular las señales. Como el rango de comunicación efectivo es más corto, la tasa de detección efectiva también es más corta, escuchar no es tan fácil.

Comunicaciones acústicas
El uso de la acústica es frecuente cuando se comunica de forma inalámbrica bajo el agua y es probable que siga siendo así. La física de cómo se propaga el sonido en el agua es bien entendida. Son comunes los instrumentos para comunicarse y rastrear otras balizas acústicas. De hecho, los sistemas acústicos de baja y media frecuencia se pueden utilizar para comunicarse de manera efectiva en vastos rangos. Sonardyne demostró recientemente tasas de datos de hasta 3000bps en un rango de 11 km. Sin embargo, las mismas razones que hacen sonar un medio tan efectivo para transportar datos a través del agua también lo hacen susceptible a interferencias y detección. Las señales de sonido pueden interferirse simplemente enviando otras señales de sonido a la misma frecuencia al mismo tiempo. Simplemente aumente la amplitud de su interferencia y será difícil para el receptor distinguir la señal de interés. Dirigirse a la fuente del sonido es simple trigonometría. Escuchar en los mensajes no es tan simple, ya que la forma en que se modulan los datos, y tal vez se comprimen, debe ser entendida. Aún así, el uso del sonido puede poner al usuario en una posición comprometida. El resultado ha sido que, cuando la cobertura es un requisito primordial para una misión submarina, las comunicaciones no han sido una opción.

Una de las unidades BlueComm de Sonarydne adjunta a uno de los sumergibles de la misión Nekton. Foto: Nekton Oxford Deep Ocean Research Institute

Espacio libre modems opticos
Las ondas electromagnéticas no han tenido éxito submarino ya que se atenúan rápidamente y sus rangos de comunicación efectivos son, en términos relativos, muy cortos. Esta situación ha ido cambiando a medida que los nuevos módems ópticos en el espacio libre han impulsado los rangos y la cantidad de datos que pueden transmitirse aún más.

El BlueComm 200 de Sonardyne es un buen ejemplo. Utiliza luz azul visible porque a esa longitud de onda (450nm) la luz viaja más lejos a través del agua. La mayoría de la luz azul puede viajar hasta 150 m, y no es raro detectar pequeñas cantidades de luz azul emitida por el sol, incluso a una profundidad de entre 300 y hasta 1.000 m, ¡más allá de la zona eufótica! Usando la luz azul, podemos transferir muchos más datos de los que es posible mediante el uso de la acústica. BlueComm 200 puede mantener velocidades de datos de hasta 10Mpbs. Eso es suficiente para transferir video HD en tiempo real. Los módems BlueComm 200 han sido de gran interés en el soporte de programas de vehículos submarinos autónomos submarinos (AUV) en aguas profundas, donde podemos maniobrar un AUV alrededor de una forma hemisférica con un alcance máximo de 150 m. Eso es mucha distancia.

En aguas poco profundas, su uso está limitado por la interferencia de la luz solar (que, como hemos visto, puede llegar hasta los 1.000 m de profundidad). La interferencia de otras fuentes de luz limita el alcance efectivo del módem. Los módems ópticos en el espacio libre tampoco son tan ocultos, funcionan en el espectro de luz visible y, por lo tanto, son visibles a simple vista.

Ultravioleta
Nos propusimos abordar el desafío de la interferencia primero. Si tuviéramos que operar fuera del espectro de luz visible, para evitar la interferencia de las luces artificiales, ¿qué longitud de onda sería la mejor opción? Una longitud de onda central de 405 nm fue un buen compromiso que contenía luz ultravioleta (UV) y algo de luz violeta visible; nació el BlueComm 200 UV. La concesión que tuvimos que hacer fue rango. Se ha reducido efectivamente a la mitad, hasta 75 m. A cambio obtuvimos dos beneficios. Primero, no sufriríamos de contaminación por luz artificial. Esto significa que podríamos operar simultáneamente mientras filmamos video o en presencia de otras fuentes de luz. Segundo, podríamos operar más cerca de la superficie y sufrir menos interferencias de la luz solar. Esto se debe a que la luz UV emitida por el sol no es tan efectiva como la luz azul cuando se viaja a través del agua. Mientras tanto, mantuvimos una tasa de actualización de hasta 10Mpbs. Y, cuando da un paso atrás, una forma casi parecida a un hemisferio con un rango máximo de 75 m en el que puede operar y mantener hasta 10 Mbps es significativa en tamaño y puede admitir una gran cantidad de conceptos de operaciones. Una de ellas es la de las comunicaciones encubiertas.
BlueComm 200 UV podría utilizarse para respaldar las comunicaciones encubiertas de AUV en puestos de avanzada relevantes a lo largo del fondo marino. Foto: Sonardyne Covert communications
Como un BlueComm 200 UV puede propagarse hasta 75 m, esto significa que, cuando se opera en profundidades por debajo de solo 75 m, podemos comunicarnos y permanecer sin ser vistos por cualquiera que observe desde la superficie del mar. De hecho, para alguien que se encuentre dentro del rango de 75 m de nuestro BlueComm 200 UV en primer lugar, sería muy probable que actuara de acuerdo con la inteligencia, es decir, que alguien solo estuviera dentro del rango porque sabe dónde encontrarnos en el primer lugar. Incluso cuando se opera cerca de la superficie, el rango limitado de BlueComm 200 UV, cuando se ve desde el espacio, es muy parecido a una aguja en un pajar. Esto significa que ahora podemos comunicarnos submarinos y permanecer encubiertos. Esta es una gran noticia para una nueva generación de submarinistas y nuevos conceptos de vehículos subacuáticos no tripulados (UUV).

Los vehículos no tripulados como un multiplicador de fuerza para submarinos no son una idea nueva. En 1997, el Consejo Nacional de Investigación publicó el Volumen 6 de la "Tecnología para la Marina de los Estados Unidos y el Cuerpo de Marines, 2000-2035". En este documento, los autores detallan cómo se utilizarán los sistemas AUV / UUV para respaldar las operaciones y citan enlaces de comunicación seguros como un requisito para que esta visión se haga realidad. BlueComm 200 UV puede proporcionar este enlace, de forma segura y encubierta.

Con BlueComm 200 UV, las plataformas extragrandes de vehículos subacuáticos no tripulados (XLUUV) podrán operar y comunicarse con otros vehículos o con estaciones terrestres en los puntos de estrangulamiento, ayudando a monitorear, detectar y prevenir incursiones de agentes extranjeros, todo mientras que permanecen ocultos.

Ejemplos prácticos
No se trata solo de la cobertura, recientemente logramos todo lo contrario. La tecnología estaba disponible en el campo, siendo utilizada para lograr una primicia mundial. Trabajando con la Fundación Nekton: Associated Press y luego Sky News lograron la transmisión en vivo de un sumergible tripulado de manera inalámbrica a un barco y luego a millones de hogares usando nuestro módem óptico para espacio libre. La Fundación Nekton se creó para ayudar a cambiar nuestro conocimiento y comprensión de los océanos del mundo y para acelerar la protección y el gobierno de este último gran desierto, el océano profundo. Su iniciativa First Descent involucró una serie de expediciones, utilizando dos sumergibles tripulados, en el Océano Índico para ayudar a explorar y conservar uno de nuestros espacios menos protegidos.

Un Saab Seaeye Sabertooth que utiliza el módem óptico de espacio libre BlueComm para comunicaciones inalámbricas.
Foto: Sonardyne

En esta misión, instalaron un depresor (un receptor cableado de una embarcación de superficie) con un BlueComm 200 UV en un sumergible y, en otro, un BlueComm 200 que estaba trabajando con un prototipo de longitud de onda de luz verde para mantener una separación suficiente las longitudes de onda para limitar la interferencia entre cada unidad y el depresor. El depresor se sumergió a 90 m de profundidad y se usó para comunicarse de forma inalámbrica con los dos sumergibles tripulados utilizando los BlueComms. Con esta disposición, la presentadora de Sky News, Anna Botting, pudo grabarse dentro de uno de los sumergibles tripulados, usando video de alta definición, y transmitir esa información en vivo a millones de hogares en todo el planeta con poca o ninguna interferencia del sol. Los bloques de construcción para soportar operaciones encubiertas están listos y probados.

Sobre el Autor

El Autor: Ioseba (Joe) Tena.

Ioseba (Joe) Tena es Gerente de Negocios Globales - Defensa y Robótica en la empresa de tecnología de posicionamiento, navegación y comunicaciones bajo el agua Sonardyne.