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 Al

final de la Primera Guerra Mundial, el ejército de los Estados Unidos comenzó a usar transmisiones de radio de muy baja frecuencia (VLF; 3-30 kHz) para comunicaciones de barco de tierra a tierra de larga distancia. Los primeros experimentos también mostraron que el VLF podía penetrar el agua de mar a una profundidad limitada, un hecho realizado por la Marina Real Británica durante la Primera Guerra Mundial.

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la era moderna del submarino nuclear comenzó (1950), el Laboratorio de Investigación Naval de los EE. UU. llevó a cabo una serie de programas de propagación de radio exhaustivos en frecuencias VLF para perfeccionar las prácticas de comunicación submarina.

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la década de 1940 y 1950 se establecieron transmisores VLF de alta potencia para comunicaciones submarinas. Se puede mencionar Goliath, una estación reconstruida de 1000 kW, que se conectó por primera vez en 1952 que funcionaba a 16.55 kHz.

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de 1920 y 1930 durante el período de expansión de entreguerras, y posteriormente se establecieron transmisores VLF de alta potencia a fines de la década de 1940 y 1950 para comunicaciones submarinas y señales horarias. Estos incluyen Goliath, una estación reconstruida de 1000 kW, que se conectó por primera vez en 1952 y que en parte utilizó materiales de una estación capturada de la clase VLF de megawatt de la era alemana de 1940 que funcionaba a 16.55 kHz.

Ya

durante la II Guerra Mundial, el almirante Dönitz estableció las líneas maestras de la comunicación con submarinos: la radiodifusión. Una estación en tierra transmite órdenes en baja frecuencia. Estas órdenes (entonces cifradas por la máquina enigma y hoy en día por equipos más modernos) vuelan en todas direcciones y se repiten periódicamente, porque nadie sabe dónde o cuando las recibirá el submarino. Éste evitará comunicar, en la medida de lo posible, porque sus antenas de HF son indiscretas y le ponen en riesgo de ser detectado.

Evidentemente, hoy en día hay otras opciones. Los enlaces mediante antenas de comunicaciones por satélite son muy difíciles de detectar, y permiten a los submarinos una conexión rápida y segura con sus estados mayores en tierra, si bien es cierto que obliga a exponer un mástil, y por tanto, ofrece al enemigo una oportunidad de detección. Por esta razón, la radiodifusión sigue siendo el medio principal de mando y control con los submarinos.

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1919, Willoughby y Lowell llevaron a cabo experimentos con el objetivo de desarrollar un sistema para la detección de submarinos. Gracias a esto descubrieron que las señales de radio podían recibirse por medio de antenas de lazo en el agua. Lograron una comunicación exitosa entre dos submarinos a toda velocidad y bajo el agua a unos 20 km de distancia con una longitud de onda de 952.

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1919 y 1920, las antenas de lazo se utilizaron para la comunicación entre dos submarinos e incorporados en el casco del Submarino como parte del Sistema de Antenas.

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En 1919, el teniente Taylor de la Marina de los EE. UU. condujo los experimentos bajo el agua utilizando una antena de alambre largo de hasta 153m en la estación de la Armada en Washington y una base submarina. En 1951, Ronald K. Moore fue la primera persona que trabajó en la teoría EM de antenas sumergidas. En 1959, la Marina de los EE. UU. Inició el Proyecto Sanguine secreto para desarrollar un sistema de comunicación para Submarinos Nucleares sumergidos y estaciones submarinas. El proyecto se hizo público en 1971.

En 1963, R.C. Hansen analizo los tres tipos de antenas en un medio con pérdidas, como bucles, dipolos y un cable largo aislado con electrodos finales, llegando a la conclusión de que la antena de alambre era la más eficaz

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1967, Richard K. Moor hizo un amplio examen de la comunicación por radio en el mar. Él había concluido que los rangos de comunicación están limitados por los efectos de la profundidad atenuación y ruido atmosférico.

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1971, Marvin Siegel y Ronald W.P. King presentó las fórmulas matemáticas para los campos EM de antenas lineales sumergidas en el Océano Atlántico.

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1972, M.L. Burrows y C.W. Niessen desarrollaron los principios de diseño para el sistema de comunicación ELF, usaron los dipolos horizontales, conectados a tierra en cada extremo como antenas.

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1974 para las antenas submarinas, se diseñó y conectó una antena de cable flotante de 610 m al Submarino. En

el mismo año, la frecuencia de operación ELG Sanguine de 300Hz implica que una antena dipolo de media onda tendría mil kilómetros de longitud. Esto fue claramente poco práctico y los diseñadores tuvieron que conformarse con antenas que eran muy pequeñas en comparación con la longitud de onda ELF. En

1993, H.B. Singh y Rajendra Pal resumieron los diversos métodos de comunicación que se utilizaron para enviar mensajes a varias profundidades.

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1999, La Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa y la Marina investigaron la tecnología de antena de cable flotante, mencionando que la comunicación en submarinos podría mejorarse utilizando tecnología de antena de cable flotante En

2002, la Comisión Federal de Comunicaciones [FCC] publicó el Reglamento para la tecnología UWB en 2002. El espectro en este Reglamento de 3.1GHz a 10.6GHz y el ancho de banda debe ser mayor o igual a 500MHz. 

En 2003 A.Moninhad propuso el modelo electromagnético para la antena flotante que fue utilizado por submarinos y sugirió que el rango de frecuencia era VLF.

COMUNICACIÓN SUBMARINA DE LOS PRIMEROS DÍAS Las primeras comunicaciones de los submarinos se llevaba a cabo principalmente en bandas de radio de HF, VHF y UHF; HF cuando el submarino estaba operando muy lejos de la costa y VHF / UHF cuando estaba dentro de la distancia de la línea de visión. La mayoría de las veces los submarinos estarían operando en las profundidades del agua, pero a un horario preasignado, subirían hasta la profundidad periscópica y levantarían sus antenas, sobre la superficie del agua para comunicarse con el mundo exterior.

BANDA

VLF PARA COMUNICACIONES SUBMARINAS Una banda de radio que consta de frecuencias entre 10 y 30 kHz, conocida como banda VLF, resulta ser el mejor compromiso, teniendo en cuenta los dos requisitos conflictivos anteriores. Incluso en estas frecuencias la estructura de la antena se vuelve muy grande. La altura de la torre alrededor de 300 m no es poco común para tales estaciones. Incluso después de la costosa preparación de la tierra, al enterrar gran cantidad de cobre en la antena, la eficacia de la antena es mayor al 50 por ciento y no es más fácil de lograr.

Propagación de banda de VLF

Como se mencionó anteriormente, estas ondas viajan a lo largo del suelo guiadas por la ionosfera y la tierra, con el vector E como vertical. La intensidad de campo en diversas distancias. El ruido atmosférico en estas frecuencias es muy alto. El límite de distancia desde el transmisor hasta el que puede recogerse la señal VLF se alcanza cuando la intensidad del campo de señal se reduce a un valor que es solo 10 dB más alto que la intensidad de campo del ruido atmosférico.

A medida que la señal penetra en el agua hasta el submarino ubicado debajo, tanto las señales como el ruido se atenúan por igual, manteniendo una relación señal / ruido constante hasta que ambos se reducen tanto que el ruido térmico del receptor también se convierte en un factor importante. Esto produce una profundidad límite hasta la cula la señal puede demodularse y recibirse adecuadamente. Con los actuales receptores de vanguardia y las antenas montadas en el casco, esta profundidad es del orden de 8-10 m. La profundidad de 10 m es la capacidad del actual sistema receptor de última generación que no se considera seguro para las submarinos. Para que los subamrinos puedan recibir ondas VLF mientras operan a profundidades mas seguras (100 m)

Dos

tipos de antenas pueden utilizarse para seleccionar estas señales, es decir, antena de cable horizontal y antena de lazo. En realidad, ambos se utilizan al montarlos en el casco, es decir, en la superficie exterior del submarino. Si en lugar de montar estas antenas en la superficie del casco, se hacen arreglos para hacerlas flotar cerca de la superficie del agua, dentro de los 10 m de profundidad donde hay suficiente señal disponible y si también se hacen arreglos para llevar estas señales al submarino a través de un cable, el submarino no necesita subir.

COMUNICACIÓN ELF Los submarinos que operan a profundidades más seguras de 100 m tienen dificultades para recibir señales de radio mientras navegan a estas profundidades. Esto se resuelve utilizando un cable de arrastre o una boya de tipo de antena. Pero esta disposición engorrosa no solo restringe la velocidad de crucero del submarino sino que también lleva al peligro de detección mediante técnicas de detección mejoradas que ahora se han vuelto factibles. Hubo, por lo tanto, la necesidad de explorar las posibilidades de utilizar ondas de longitudes de onda incluso más largas que el VLF.

Romper en el diseño de la antena transmisora Se necesitaba un verdadero avance en el diseño de la antena transmisora ​antes de poder considerar ELF (10-100 Hz) para la comunicación submarina. Varios enfoques de diseño fueron estudiados y experimentados. • Un enfoque fue usar una antena espiral con carga superior. Esto necesitaba una estructura aérea masiva en el rango ELF • cable vertical suspendido de un helicóptero, pero debido al enorme peso del cable fue rechazada. • Un lazo en el plano vertical. Los cálculos mostraron que se requeriría un área de sección transversal del orden de varios cientos de kilómetros cuadrados para lograr la cantidad deseada de radiación desde la antena • isla con el mismo propósito

Antena de alambre horizontal

Un cable horizontal largo como el que se muestra se coloca sobre el suelo o se entierra debajo. El cable puede ser enterrado a una profundidad considerable sin pérdida significativa de la potencia radiada. El cable está aislado a lo largo de su longitud, solo en los extremos está desnudo para proporcionar un buen contacto con el suelo. El cable se alimenta en el centro. La ruta de retorno es a través del suelo. El campo irradiado por la antena de cuadro es proporcional a su área. El área equivalente del bucle es l. δ/2 donde l es la longitud del cable y δ es la profundidad del revestimiento, que a su vez es igual a (2Iwµσ ") donde σ es conductividad.

La profundidad del terreno es inversamente proporcional a la conductividad de la tierra. Por lo tanto, se prefiere la tierra de baja conductividad ya que resultará en un área más grande. Se necesita una mejor conductividad solo cerca de los extremos. Para aumentar la longitud , podemos colocar varios cables en paralelo. La longitud efectiva será la suma de todas las longitudes. Para mantener los voltajes y la corriente uniforme a lo largo de la longitud, se usa alimentación distribuida. Esta antena de bucle es direccional. Para hacerlo omnidireccional, una matriz similar de antena se usan longitudes perpendiculares a ella. La forma final se muestra.

Sistemas de visión y detección Cuando un submarino navegaba en superficie llevaba en la torreta cierto número de vigías como método de detección, con el objetivo de vigilar un limitado sector de mar. Otros hacían lo mismo con el cielo, por los ataques aéreos. Pero dado que la escasa altura limitaba el radio de localización, en 1942 la firma Focke Achgelis empezó a fabricar por encargo aparatos denominados FA 230 Bachstelze (aguzanieves), que no eran más que grandes cometas de palas rotatorias como un helicóptero, que arrastradas por los U-Boote podían subir a varias decenas de metros con un observador a bordo. Cuando se localizaba una nave, la cometa era recuperada y el submarino tomaba rumbo hacia su objetivo. Eran muy apreciadas los binoculares con lentes Zeiss (en el caso de los alemanes) por su calidad y dureza. Este sistema forma parte de los medios de detección de un sumergible.

Periscopio Es conformado con un tubo de acero retráctil, posee un sistema de espejos prismas y en su interior que permiten ver por encima de la superficie estando en inmersión. Activados por motores eléctricos y cables de acero, se podía subir-bajar controlando la altura de la cabeza del periscopio. En los años 1940 los sistemas de visión eran divididos por mecanismos, se tenían 2 periscopios: uno de observación y otro de ataque, para uso normalmente en inmersión.

Hidrófono El uso de ondas sonoras es una forma de propagación en uso, el sonido se propaga con mayor velocidad y menor atenuación a través del agua que en el aire. Si un submarino está en las proximidades de un altavoz y un hidrófono (transductor de sonido a electricidad para ser usado en agua o en otro líquido, de forma análoga al uso de un micrófono en el aire) entonces podría comunicarse a través de ellos.

Comunicaciones y escucha Por Radio basadas en la transmisión de ondas hercianas, capaces de transportar sonidos los cuales se propagan de un punto emisor a otro. Los submarinos como todos los buques de la época disponían de radio para los mensajes (radio-mensaje). Estos se podían efectuar sólo cuando estaban en superficie, y de forma discontinua, para evitar ser detectados. Las frecuencias operaban por encima de los 30MHz hasta los 300MHz aprox.

Radiogoniómetro Este dispositivo trata de determinar la medida de ángulos por radio; la dirección de una señal radioeléctrica, y el lugar donde se produce esta señal, lo cual permite saber posición, dirección, y distancia. Normalmente consta de una antena direccional y de un transmisor-receptor, su funcionamiento es electromecánico, y funciona al girar la antena receptora circular captando las señales en ángulos (gonios), y tomando puntos de referencia, para receptar mejor las ondas se ponían en la torreta.

Radar Denominado así por las iniciales de las palabras (Radio detecion and ranging), es un equipo de búsqueda electrónica basado en captar la reflexión que sufren las ondas electromagnéticas que se propagan en el ambiente cuando chocan con un obstáculo. Naturalmente el uso es dirigido al cielo, para la detección de aviones. Aunque también usadas en la superficie del mar, aunque un poco limitadas por su empleo complejo, ya que no son muy efectivos al localizar pequeños objetivos, debido a la perturbación del oleaje. Pero son lo suficientemente efectivos para localizar buques solos o convoyes.

Satélites Transit Fue el primer sistema de navegación vía satelital, antes de la llegada del GPS. Fue desarrollado por la US Navy para dar coordenadas a los submarinos balísticos. Unas estaciones terrestres suministraban a cada satélite, periódicamente, su posición y horario exacto. Cuando el satélite pasaba por la zona del horizonte del submarino (unos 15 minutos de tiempo máximo) éste conseguía los datos mediante un sistema Doppler y de esa manera actualizaba sus propias coordenadas. El sistema fue operativo a partir de 1964 y dejo de usarse en 1996, cuando los nuevos satélites de los sistemas GPS, mucho más efectivos, entraron en servicio.

CONDUCTIVIDAD DEL AGUA El agua en su estado puro es un aislante, pero en la naturaleza, contiene sales disueltas y otros materiales que la hacen parcialmente conductora. Cuanto mayor es su conductividad, mayor es la atenuación de las señales de radio que pasan a través de ella. La conductividad (s) varia tanto con la salinidad como con la temperatura. El agua de mar tiene una alto contenido salino y alta conductividad variando desde 2 mhos/m en las regiones frías del ártico hasta 8 mhos/m en las aguas cálidas y altamente salinas del Mar Rojo. La conductividad media del mar normalmente se considera que es de 4 mohs por metro. El agua dulce tiene menor conductividad y el análisis muestra que las sales totales disueltas son aproximadamente 300mg/litro y la conductividad de 0,0546 mhos por metro

ATENUACIÓN La atenuación de las ondas de radio en el agua( y de hecho, en cualquier medio conductor) aumenta tanto con el incremento de conductividad como con el aumento de la frecuencia

REFRACCIÓN o PERDIDA DE CAMBIO DE MEDIO EN LA SUPERFICIE Cuando una onda electromagnética viaja del aire al agua o del agua al aire, existe una perdida por refracción debido al cambio de medio. La perdida puede ser calculada con la siguiente formula:

LONGITUD DE ONDA EN EL AGUA La longitud de onda en el agua es una fracción de la misma en el espacio, y se calcula con la siguiente formula: Longitud de onda (lambda) en metros = 1000 (raiz cuadrada de 10/f(sigma))

Bandas de frecuencias en las que operan los submarinos Los sistemas de comunicaciones submarinas se las realiza con antenas de radio frecuencia (RF) y equipos de sala de radio, tanto para transmisión y recepción en banda base. Los submarinos se comunican ocupando múltiples sistemas de RF, logrando cubrir la mayoría de las frecuencias radioeléctricas, ya que una sola banda de frecuencia no puede tolerar a todos las necesidades que demandan las comunicaciones submarinas.

Para lograr determinar el uso adecuado de la banda de frecuencias y el método de comunicación, dependerá de la posición o ubicación del submarino, ya sean en la superficie o en las profundidades.

TÉCNICAS DE COMUNICACIÓN DEL DÍA PRESENTE Un submarino debe tener la capacidad de recibir comunicación mientras permanece sumergido a profundidades operacionales. Esto solo podría ser posible utilizando esas ondas de radio que podrían penetrar el agua a una profundidad considerable. la penetración de ondas de radio en agua es directamente proporcional a su longitud de onda e inversamente proporcional a su frecuencia. Por lo tanto, las ondas más largas podrían usarse para el propósito indicado anteriormente. Su modo de propagación es tal que viajan a lo largo del terreno delimitado por dos planos, es decir, la tierra y la ionosfera. Este modo de propagación de guía de onda solo admite polarización vertical. Más larga es la longitud de onda, más pequeña es la longitud eléctrica del radiador de antena vertical. Esto reduce la eficiencia de la radiación y restringe su ancho de banda. En el sitio de la antena, se necesita mucho cobre enterrado en el suelo para aumentar la conductividad circular, para reducir las pérdidas de tierra y mejorar así el rendimiento de la antena.

Estaciones Airborne VLF Las estaciones de transmisión de VLF debido a sus grandes tamaños y su enorme estructura de antena son objetivos muy suaves y fáciles para los ataques enemigos. Esto ha puesto en uso las estaciones aerotransportadas para todo clima, capaces de una operación sostenida incluso bajo un entorno nuclear. Se instala un sistema de comunicación completo en una aeronave que permite la recepción simultánea desde tierra o satélite y la transmisión a submarinos. A la vez, hay varias aeronaves a flote operando en diferentes ubicaciones dispersas. El sistema aerotransportado, a diferencia del basado en tierra fijo, puede estar más cerca del campo de operación y, por lo tanto, la potencia de radiación del orden de 200 kW es suficiente frente a 1 MW en el caso de una estación en tierra. Un cable largo que cuelga debajo del avión puede actuar como un elemento radiante muy bueno y eficiente de una longitud eléctrica apreciable y, por lo tanto, con una buena eficiencia de radiación.

COMUNICACIÓN ÓPTICA’ Aunque las técnicas ELF pueden mejorar las actuales capacidades de comunicación de radio submarina, no pueden proporcionar capacidades ideales de transmisión y recepción encubierta de alta velocidad de datos a ninguna profundidad y velocidad. Los nuevos métodos que utilizan la comunicación óptica pueden acercarse para proporcionar estas capacidades ideales. Se ha encontrado que la luz particularmente del láser verde azul (es decir, 475 nm) tiene la capacidad de penetrar el agua de mar. Mientras que las ondas de radio ELF tienen una profundidad de hasta 144 m, las ondas de luz azul-verde tienen profundidades de profundidad que van desde 50 m dependiendo de la claridad del agua de mar local.

COMUNICACIÓN ACÚSTICA Además de las técnicas de radio y óptica, son posibles otros métodos de comunicación submarina. Por ejemplo, los submarinos pueden comunicarse usando técnicas acústicas. Las ondas sonoras pueden transmitirse a miles de millas bajo el agua, especialmente si el sonido se genera y recibe en una capa de agua conocida como el canal de sonido profundo que tiene una profundidad de 1200 a 1800 m. Sin embargo, la interferencia multitrayectoria (autointerferencia de la señal transmitida con sus ecos del fondo del océano, la superficie del océano y los gradientes de refractividad) limita la velocidad de datos que se puede alcanzar a grandes distancias.

Además, las ondas de sonido que se propagan a aproximadamente 1500 m / s requerirían una hora o más para llegar a los submarinos distantes, y las comunicaciones acústicas de largo alcance son vulnerables al atasco. El retardo de propagación se puede reducir usando matrices de transmisores acústicos en boyas submarinas conectadas por cable al continente; sin embargo, estos podrían ser ubicados por el enemigo en tiempos de paz y destruidos rápidamente en tiempo de guerra. Los métodos acústicos se utilizan actualmente para las comunicaciones submarino a barco y submarino a submarino.

El sistema es el primer método de comunicación bidireccional para submarinos en profundidad Lockheed Martin desarrollo tres versiones de las boyas de comunicación en conjunto con Erapsco y Ultra Electronics Ocean Systems. • La primera versión está atada al submarino y se comunica con el submarino a través del cable de fibra óptica y con el mundo exterior a través de la constelación de satélites Iridium. • La segunda versión se comunica con el mundo exterior a través de UHF. • La tercera versión es una boya acústica a RF sin conexión que puede ser lanzada desde el aire o lanzada desde el vertedero de basura del submarino .

La imagen muestra el sistema de comunicación completo utilizado en un submarino. Las bandas VLF y ELF son solo una pequeña parte de las comunicaciones totalmente dirigidas desde y hacia los submarinos. Las bases de tierra, la estación aérea y los satélites están involucrados.

1.Situación en Ecuador Ecuador cuenta con dos submarinos: Shyri y Huancavilca de tipo U209 con 40 años de vida, cuya propulsión es diesel eléctrica. Ambos fueron construidos en Alemania. La tripulación consta siempre de 10 oficiales y 35 tripulantes, entre ellos, enfermeros, mecánicos y demás especialistas. Los submarinos tienen 60 metros de largo, 6 metros de diámetro y pueden navegar hasta 45 personas. Están diseñados para andar a una profundidad de 300, 400 y hasta 500 metros para no correr riesgos. tienen una velocidad mínima de 3 nudos (5 kilómetros por hora) y máxima de 25 nudos (40 y 50 kilómetros por hora). Navegan a una temperatura de 12 a 16 grados.