En este artículo, Ioseba Tena, Director de Defensa de Sonardyne, y Jonathan Davies, Científico Jefe de Sonardyne, analizan las tendencias de las comunicaciones submarinas aliadas y lo que significan realmente la colaboración y la interoperabilidad para los responsables de la estrategia de comunicaciones navales.
Las armadas aliadas tienen idiomas, tradiciones, buques y estrategias diferentes. Sin embargo, si comparten la misma tecnología, es posible que estas flotas de buzos, vehículos submarinos autónomos y submarinos también compartan inteligencia y datos.
El panorama tecnológico de las comunicaciones submarinas
A lo largo de los últimos 20 años, se ha desarrollado una base de tecnologías comerciales disponibles para permitir la comunicación, la navegación y el rastreo submarinos en entornos subacuáticos excepcionalmente hostiles y desafiantes, impulsados en gran medida por las necesidades no relacionadas con la defensa en sectores del mercado marítimo como la exploración de petróleo y gas, la construcción marina y las energías renovables.
En un periodo de tiempo similar, la Royal Navy y el resto de las armadas del mundo se han hecho cada vez más conscientes de la creciente necesidad e importancia de las comunicaciones seguras, tanto por encima como por debajo del agua, a la hora de proporcionar efectos y capacidades militares, como parte de una fuerza marítima modernizada, más ágil, más versátil desde el punto de vista operativo y más interoperable.
Aprovechar y adaptar las tecnologías de comunicación submarina COTS no relacionadas con la defensa para satisfacer las necesidades militares específicas en términos de rendimiento, seguridad e interoperabilidad sigue siendo un reto muy interesante. El mercado de la tecnología comercial submarina ha respondido, en parte, a las necesidades de la defensa, por ejemplo, adoptando portadores multifísicos (acústicos/ópticos/electromagnéticos) hay potencial para soluciones de comunicación mucho más sofisticadas en apoyo de los activos encubiertos. Todavía queda camino por recorrer, y algunas tecnologías destacan por encima del resto.
Las armadas internacionales necesitan poder comunicarse entre sí bajo el agua, con la misma facilidad que lo hacen en tierra. Debido a la naturaleza del mar, los adversarios se ocultan fácilmente, lo que significa que la detección y salvaguarda mediante la tecnología es fundamental para las misiones de inteligencia y vigilancia. En mayo de 2020, la Agencia de Comunicaciones e Información (NCI) de la OTAN acordó un acceso seguro a las comunicaciones por satélite para las operaciones marítimas y para actualizar los equipos criptográficos de los buques. Este tipo de acuerdo demuestra que la colaboración en materia de comunicaciones es una prioridad absoluta. Para hacerla posible en una variedad de plataformas y formatos de proveedores, la interoperabilidad y los estándares abiertos son fundamentales.
El desafío se ejemplifica en los submarinos de la clase Astute de la RN y en el papel potencial de la tecnología de comunicación táctica submarina para mejorar la eficacia de las misiones, en diversas funciones, desde el apoyo tradicional a los grupos de ataque de los portaaviones y las operaciones de las fuerzas especiales, cada una de ellas con requisitos tácticos y operativos específicos, hasta las funciones nuevas y emergentes que implican una mayor coordinación y control de las tecnologías de sensores autónomos y vehículos submarinos autónomos (AUV).
AUVs - las necesidades de la Armada y las limitaciones actuales
Los AUV son relativamente fáciles de manejar, supervisar y controlar, pero para comunicarse en las profundidades del entorno submarino, las tecnologías de superficie, como la radio y el vídeo, quedan inutilizadas después de algunos metros. Por ello, la innovación está ahora en manos de los tecnólogos y físicos para ofrecer soluciones tecnológicas con luz y sonido, que siguen desarrollándose con furia para llevar las comunicaciones al siguiente nivel, siendo la seguridad la prioridad número uno.
Para poner esto en perspectiva, debemos observar los usos de las aplicaciones de la tecnología submarina. En una sola misión, los AUV de la RN pueden necesitar estar fuera de la vista durante muchas horas, a veces incluso días. Sus operadores quieren saber que todo funciona de forma óptima, por lo que dependerán de la monitorización continua y de las actualizaciones periódicas del estado. Mientras un AUV se encuentra en una exploración, la Armada puede querer asignarle una tarea durante esta misión exploratoria, como por ejemplo tomar fotos de un contacto o ubicación y, por esta razón, la comunicación con el AUV es de importancia clave. Existe una amplia gama de activos subacuáticos, desde grandes plataformas submarinas hasta sensores autónomos de muy baja potencia asentados en el fondo marino. El reto consiste en que hay una gran variedad de requisitos y factores en cuanto a lo que pueden hacer esos distintos activos, los sensores que tienen y la forma en que se comunican. No todos pueden comunicarse físicamente, ya que no siempre pueden operar en la misma frecuencia. Entonces, ¿cómo conseguir que todos estos sistemas navales dispares se comuniquen entre sí?
JANUS como primera solución
El sistema de comunicaciones JANUS de la OTAN, creado en 2017 por su Centro de Investigación y Experimentación Marítima (CMRE), fue un gran comienzo, pero el jurado aún no está decidido en cuanto a su papel más amplio como solución de comunicación acústica táctica, debido a la tasa de datos moderada, la falta de una capa de seguridad de transmisión subyacente (TRANSEC) y los gastos generales relativamente grandes asociados con los protocolos JANUS, lo que significa que las plataformas transmiten más energía en el agua, lo que eleva colectivamente la contra-detección y el riesgo de explotación de la información. La posible adopción de JANUS como protocolo de "primer contacto", capaz de soportar el posterior traspaso a formas de onda y protocolos específicos de cada país, es una probable dirección de avance. Se trata de equilibrar las necesidades básicas de interoperabilidad multinacional con las necesidades de comunicación táctica más amplias y específicas de cada país. El uso de JANUS, por supuesto, no impide compartir formas de onda soberanas entre aliados y socios, ya que éstas se desarrollan y prueban con el tiempo.
La comunicación acústica, aunque multifacética y técnicamente desafiante, está probada y madura, por lo que el problema de la interoperabilidad no se refiere sólo a la tecnología subyacente, sino también a la forma en que la industria, la academia y las instituciones gubernamentales colaboran a nivel nacional e internacional para abordar los desafíos específicos de la comunicación militar en el dominio submarino en áreas como la seguridad de la transmisión, la red multiusuario y el conocimiento de la situación.
Un sensor submarino autónomo sin supervisión que ya se utiliza en aplicaciones comerciales.
La necesidad de normas abiertas
Las armadas buscan misiones en las que los sistemas autónomos puedan aportar un valor añadido, lo que significa que los proveedores de tecnología están jugando con los conceptos y presentando distintos robots con todo tipo de capacidades diferentes. En la actualidad, si quieren que todos estos robots funcionen juntos, los clientes tendrán que seleccionar un módem de un proveedor específico y un lenguaje específico de ese proveedor. Pero si quieren que sean realmente eficaces, tienen que idear un lenguaje común que no les encasille en un proveedor concreto. Hasta que esto ocurra, las armadas no serán interoperables entre sí a través de sus submarinos, buzos y AUVs.
Phorcys - La forma de onda acústica abierta y segura del Reino Unido
Teniendo en cuenta las necesidades futuras de la defensa del Reino Unido en materia de comunicaciones acústicas submarinas de espectro completo y las limitaciones de JANUS para satisfacer esas necesidades, el Laboratorio de Ciencia y Tecnología de la Defensa del Reino Unido (DSTL) ha desarrollado, junto con socios de la industria británica y el Centro Nacional de Ciberseguridad (NCSC), una forma de onda de comunicación acústica propiedad del gobierno del Reino Unido para hacer frente a los desafíos de la comunicación acústica táctica interoperable y abierta.
Phorcys se ha desarrollado como una forma de onda abierta y segura para permitir que las plataformas y tecnologías submarinas del Reino Unido se comuniquen de forma eficaz y segura. La forma de onda Phorcys, propiedad del gobierno británico, puede compartirse con otros aliados y naciones para facilitar la interoperabilidad.
Phorcys funciona con claves criptográficas que proporcionan dos capas separadas de encriptación tanto para las formas de onda como para los datos, lo que hace casi imposible descifrar el código. La forma de onda de Phorcys permitirá a los proveedores de equipos de Phorcys certificar los equipos, y así ofrecer una comunicación acústica realmente segura e interoperable.
Resolver el reto del tamaño de la tasa de datos y el alcance
No existe una única frecuencia operativa que satisfaga los numerosos y dispares requisitos de los usuarios para la comunicación acústica táctica. La frecuencia acústica determina el alcance, ya que las frecuencias más bajas proporcionan un mayor alcance y el tamaño del transductor acústico utilizado para generar las formas de onda es inversamente proporcional a la frecuencia. Esto significa que los sistemas de baja frecuencia son más grandes y pesados. El estándar de forma de onda de Phorcys abarca tres bandas de frecuencia para proporcionar un espacio de solución de compromiso que abarca el alcance ultralargo, más de 15 millas náuticas, el mando y control (C2), es decir, la "localización" de activos, el alcance medio, hasta 15 millas náuticas, las aplicaciones de mando, control y comunicación (C3), y el alcance corto, hasta 3 millas náuticas, las aplicaciones C3.
Una consideración clave en este enfoque multibanda de la comunicación acústica submarina es el hecho de que el tamaño, el peso y la complejidad se deben al transductor acústico y no al software o al hardware responsable de generar y recibir las señales acústicas. En consecuencia, la comunicación acústica táctica multibanda puede ser atendida por una única arquitectura consolidada de módem definido por software (SDM), configurable por separado para cada banda y transductor, que es alojada en diferentes plataformas de hardware.
La integración de formas de onda abiertas y seguras y de arquitecturas SDM flexibles es, sin duda, el paso clave para liberar el potencial futuro de las comunicaciones acústicas militares.
¿Qué otras tecnologías existen?
Existen tres enfoques posibles para la comunicación submarina: la acústica, la electromagnética y la óptica. Cada tecnología tiene sus ventajas y sus inconvenientes, pero la acústica es actualmente la única capaz de alcanzar un alcance superior a un kilómetro, con el potencial de superar varias decenas de kilómetros en función de la frecuencia de funcionamiento.
La naturaleza de la transmisión del sonido en el agua a través de dispositivos mecánicos resonantes significa que, aunque la comunicación acústica a muy largo alcance es posible, por encima de los cincuenta kilómetros, los anchos de banda acústicos son limitados, lo que limita la velocidad de los datos, y puede afectar a la capacidad de ocultar las señales acústicas por debajo del ruido de fondo utilizando técnicas de diseño de señales de espectro ensanchado.
En el caso de las plataformas submarinas encubiertas y tripuladas, la postura operativa preferida será siempre la de permanecer pasivo, siendo la brevedad de la transmisión acústica la clave para mitigar el riesgo de detección. En el caso de las plataformas AUV que operan de forma encubierta en el espacio acuático denegado, por ejemplo, aumentando las capacidades de los sensores de las plataformas convencionales, se aplican consideraciones similares, aunque probablemente se vean superadas por la imagen táctica que proporcionan estos activos de detección distribuidos.
El electromagnetismo submarino de baja frecuencia ocupa una posición relativamente nicho y ambivalente en el espacio de la tecnología de comunicación acústica submarina. Mientras que la tecnología de radio de muy baja frecuencia (VLF) está bien establecida y es una parte clave de la infraestructura C3 submarina, la electromagnética submarina como tecnología portadora táctica de corto alcance no está ni ampliamente establecida ni madura, debido a la relativamente limitada envoltura de rendimiento que proporciona la tecnología.
El electromagnetismo submarino ofrece un alcance corto, de metros a algunas decenas de metros, una velocidad de datos moderadamente alta, de decenas de bits por segundo a varias decenas de kilobits por segundo, y una baja latencia, limitada en última instancia por la física de la propagación electromagnética en medios conductores. Como tal, la tecnología es intrínsecamente encubierta pero, en última instancia, de alcance limitado.
Comparación de los métodos de transmisión de señales submarinas
Tecnologías del futuro
El futuro podría estar en las comunicaciones ópticas e híbridas ópticas y acústicas, y más concretamente en los módems ópticos de espacio libre integrados con módems de comunicación acústica para aprovechar las ventajas sinérgicas de ambas tecnologías. El alcance será proporcionado por la acústica y los módems ópticos proporcionarán mayores anchos de banda.
Esto ya está superando la fase de concepto. Con las comunicaciones ópticas, los sistemas emiten luz modulada para transferir datos a alrededor del 75% de la velocidad de la luz. Si la Armada quiere transmitir entre 10 y 150 metros del activo (submarino o AUV), puede hacerlo porque, a esa distancia, sus posibilidades de exposición al enemigo desde sólo esos 150 metros son limitadas.
El activo sigue sin estar encubierto, porque está lanzando luz visible, típicamente azul y verde, por todas partes, pero al utilizar un módem óptico a una distancia moderadamente corta, el riesgo se minimiza. La acústica proporciona los medios para localizar, establecer el aspecto y comunicarse a distancia con otros sistemas de módem óptico.
También puede utilizarse la luz ultravioleta no visible, que tiene un enorme potencial para permitir la comunicación submarina encubierta, junto con conceptos de operaciones híbridos acústico-ópticos. Los especificadores de tecnología de defensa están pendientes de este espacio para los nuevos conceptos de AUV.
Saab SABRETOOTH: demostración de comunicaciones acústicas y ópticas en el Laboratorio de Flotabilidad Neutral de la NASA.
Los estándares abiertos son imprescindibles
La RN está aumentando la inversión en sistemas no tripulados y buscando aplicaciones más avanzadas que transmitan datos de forma encubierta a mayor distancia. Los AUVs necesitan una mayor capacidad para compartir datos más refinados para la seguridad, la vigilancia y la comunicación internacional. Teniendo en cuenta las limitaciones de los sistemas actuales, ha quedado claro que se necesita un estándar abierto y seguro, de ahí que el mercado de las comunicaciones submarinas encubiertas esté en constante desarrollo para satisfacer estas necesidades. Siempre habrá un lugar para las soluciones propietarias, pero sólo con estándares abiertos para una mejor integración de los vehículos autónomos será posible una verdadera interoperabilidad bajo el agua.
Fuente:https://www.navylookout.com
