CAPTAS-4 de THALES: el sonar elegido para las fragatas F-110

CAPTAS-4 de THALES

El sonar elegido para las fragatas F-110

Por Federico Supervielle Bergés

Teniente de navío

A finales del año 2019, en una semana en la que vieron la luz varias importantes noticias sobre los futuros escoltas de la Armada, las fragatas F-110, se incluía la confirmación de la adquisición del sonar CAPTAS-4 de THALES. Esta referencia pasó relativamente desapercibida entre noticias mucho más mediáticas, como la propuesta de nombres para las cinco fragatas. En nuestra opinión, la adquisición de este sonar se trata probablemente de la noticia más importante hasta la fecha sobre las futuras F-110. Un sonar que ya está en uso en otras marinas de nuestro entorno, y a lo largo de este artículo intentaremos demostrar por qué.

Las fragatas F-110 o, como son conocidas desde hace escasos días; la futura clase Bonifaz, están llamadas a integrar la 41ª escuadrilla de escoltas sustituyendo a los seis veteranas buques de la clase Santa María. Estas últimas, las conocidas internacionalmente como clase Oliver Hazard Perry por el buque que inauguró la serie, y ampliamente exportadas, nacieron como buques con un rol eminentemente antisubmarino.

Su sonar pasivo remolcado, el SQR-19 TACTAS, les permitía detectar submarinos soviéticos a gran distancia (más adelante veremos cómo) y, empleando la que quizás es su mejor arma, los helicópteros Seahawk, para re-detectar y enfrentar dichos submarinos.

Al nacer ya en una época en la que los barcos puramente especializados estaban desapareciendo poco a poco, las Perry fueron dotadas de otras armas y sensores que les han permitido —y les permiten todavía en nuestro caso— llevar a cabo una amplia gama de misiones: radar aéreo y direcciones de tiro, misiles antiaéreos y antibuque, cañón de 76mm, etc.

Se trata, en definitiva, de un diseño muy exitoso que estuvo en servicio en la US Navy durante casi cuatro décadas (1977-2015) y que sigue siendo empleando por países tan distintos como Bahrein, Egipto, Pakistán, Polonia, Turquía, Taiwán y España.

Nuestra otra serie de escoltas, todavía puntera y llamada a convivir con las F-110 durante al menos dos décadas, es la clase Álvaro de Bazán. Las F-100, basadas en los destructores americanos Arleigh Burke, son barcos eminentemente antiaéreos que fueron construidos y que operan sobre la base del poderoso radar multifunción SPY-1D aunque, una vez más, fueron dotados de otros sensores y armas para batirse en todos diversos escenarios.

La pura lógica dicta que nuestra nueva clase de escoltas deberá estar especialmente orientada a la guerra antisubmarina, pero a lo largo de este artículo intentaremos demostrar de una forma más ilustrada esta necesidad. Como no puede ser de otra manera en un artículo de divulgación, la información que reproduciremos será toda de dominio público. En este aspecto tenemos la suerte de que la parte de la guerra antisubmarina que trataremos tiene bastante poco de táctica y mucho de ciencia.

Fragata F-81 Santa María

EL SONAR

El desarrollo del ASDIC, el primer sonar operativo de la Historia, otorgó a la Royal Navy una importante ventaja en la lucha antisubmarina contra los sumergibles de Hitler en la Segunda Guerra Mundial. Cuando EE.UU. entró en la guerra, los británicos cedieron su invento a sus aliados y estos le asignaron un nuevo nombre, quizás más práctico. Si «radar» significa radio detection and ranging, algo así como detección y determinación de la distancia por radio, el sonar sería sound navigation and ranging, navegación y determinación de distancia por sonido.

Para empezar, podemos dividir los sónares en dos tipos: pasivos y activos. En el primer caso, el equipo emite una onda de sonido que, tras rebotar en el blanco, vuelve al emisor y proporciona la posición del objeto en el que ha rebotado. En el segundo caso, el equipo solo escucha los sonidos del mar y, si es lo suficientemente sensible, es capaz de detectar barcos, submarinos y otros emisores de sonido (desde lluvia en la superficie a animales marinos).

En realidad, todo es algo más complejo y no hemos sido del todo rigurosos, pues pues la mayoría de los sónares son capaces de funcionar en los dos modos. Es decir, son capaces de emitir y escuchar la respuesta, pero también son capaces de solo escuchar. Lo que sí es cierto es que suelen estar diseñados para desarrollar una de las dos funciones como cometido principal y es esta en la que son realmente provechosos.

A priori, podría parecer que los sónares activos son ventajosos, pero tienen un gran inconveniente: Si nosotros somos capaces de escuchar el rebote de la onda sonora en el blanco (ese famoso «ping» de las películas), sin duda el blanco será capaz de escuchar esa onda de sonido. La lógica dicta —y lo veremos a continuación— que la onda va perdiendo fuerza a medida que se propaga y, por tanto, será más potente cuando llegue al blanco que cuando nos vuelva a nosotros. Esto también significa que puede ser que un blanco reciba la onda de sonido pero nosotros no escuchemos el eco.

Los más avezados ya habrán deducido que los submarinos, por lo general, operan en pasivo. Es decir, aunque cuentan con transmisores sonar, suelen navegar solo escuchando lo que hay a su alrededor para no delatar su posición. Evidentemente, esta técnica depende de lo silencioso que sea el enemigo. O el amigo, porque en febrero de 2009 un submarino británico y uno francés colisionaron en el Atlántico. Todo parece indicar que no se vieron. O, mejor dicho, no se escucharon.

ASDIC mostrado en el Museo Tecnológico de Berlín.

LA ACÚSTICA SUBMARINA i

A diferencia del radar, cuyas emisiones se transmiten por el aire, medio que, de forma generalizada, mantiene sus propiedades constantes, las ondas de sonido que viajan bajo la superficie se transmiten por el agua, un medio cuyas características cambian francamente en sus distintas capas. Además, las ondas de sonido se ven más afectadas por las condiciones del medio que las electromagnéticas. Esto hace que el estudio del medio sea fundamental en la guerra antisubmarina (y submarina, por supuesto).

El análisis de la salinidad, temperatura y presión de las distintas capas del mar daría respuesta a las preguntas de los perplejos operadores sonar de la Segunda Guerra Mundial. Los marinos de mediados del siglo pasado no entendían por qué, en ocasiones, no eran capaces de detectar contactos a pocos cientos de yardas de sus barcos. A continuación, intentaremos arrojar algo de luz sobre el misterio.

De las tres condiciones que hemos mencionado —temperatura, presión y salinidad— la temperatura es, con diferencia, la que más afecta a la transmisión de las ondas sonoras. En concreto afecta a la velocidad de las ondas y las ondas de sonido tienden a ir hacia las zonas de menor velocidad. Sí: los rayos sonoros se curvan. En función de la temperatura, el mar se divide en cuatro capas:

Superficial: hasta unos 50 metros de profundidad. Afectada por la meteorología en superficie y la radiación solar. Termoclina estacional: con un gradiente negativo (la temperatura disminuye) pronunciado en verano y menos en invierno. Termoclina permanente: hasta unos 1.600 metros. Gradiente negativo constante y suave. Isoterma profunda: la temperatura permanece constante. La velocidad de los rayos sonoros se ve afectada por el aumento de presión.

Estas capas, combinadas con los fenómenos que afectan a los rayos sonoros (reflexión y refracción), nos dan las distintas formas en las que se aprovecha el sonido para el sonar:

Rayo directo: también conocido como canal sonoro de superficie porque los rayos sonoros tienden a curvarse hacia arriba. Se da cuando la temperatura es más o menos constante y los rayos sonoros se ven afectados por la presión buscando las zonas más lentas, que están cerca de la superficie. Al incidir en la superficie, los rayos sonoros rebotan (reflexión) hacia abajo repitiéndose el proceso de curvatura hacia arriba hasta que vuelven a la superficie. La profundidad que alcanza el rayo que llega más profundo de los que vuelven a la superficie se conoce como profundidad de capa. En el esquema se aprecia como los rayos que bajan de esa profundidad nunca vuelven por encima de la capa lo que significa, a efectos prácticos, que un sonar situado por encima de la capa no puede escuchar nada que esté por debajo (salvo que esté muy, muy cerca).

Trayectoria de los rayos sonoros en trayectoria directa. Obsérvese la zona de sombra cercana al transmisor que se genera por debajo de la capa.

Rebote en el fondo: con grandes sondas y rayos sonoros que se curvan hacia abajo, puede darse que estos reboten en el fondo y vuelvan a subir. Tras rebotar en la superficie podría repetirse el fenómeno. Debido a las pérdidas no suelen ser aprovechables más que dos o tres rebotes. Este fenómeno se da simultáneamente con el canal sonoro de superficie (con los rayos que escapan por debajo de la capa).

Trayectoria de los rayos sonoros por rebote en el fondo.

Zona de convergencia: la zona de convergencia se da cuando los rayos que se curvan hacia las profundidades (debido a la diferencia de temperatura) vuelven a curvarse hacia arriba (la velocidad del sonido se iguala a la de la superficie al equilibrarse la temperatura y aumentar la presión). Puede darse una segunda e, incluso, una tercera zona de convergencia después del rebote en la superficie. Los alcances pueden estar alrededor de las 20 millas náuticas, dependiendo de las diferencias de temperatura y, por tanto, de la zona y la época del año. No hay alcance en todo ese círculo alrededor del sonar, sino que lo hay en un anillo de, aproximadamente, un 10% del alcance. Como es lógico, para que los rayos sonoros recorran este camino, es necesario que haya la profundidad suficiente para que se curven hacia abajo y luego hacia arriba. Este es el método que empleaba el TACTAS de las Perry.

Trayectoria de los rayos sonoros por zona de convergencia. Nótese que cerca de la superficie solo se tiene detección por rayo directo hasta alcanzar el anillo de la zona de convergencia.

Vista cenital de una transmisión por zona de convergencia. Solo el anillo rojo está sonorizado cerca de la superficie; en el círculo blanco no veremos nada por este método.

Canal sonoro: los canales sonoros se producen entorno a un punto de mínima velocidad del sonido al que los rayos tienden a volver, curvándose en una trenza eterna (si no golpean con el fondo ni con la superficie y hasta que se atenúen) dentro de una capa cuyos límites de profundidad tienen la misma velocidad del sonido. Su ventaja sobre el canal sonoro de superficie —o rayo directo— es que no sufre las pérdidas por rebote, obteniéndose alcances mucho mayores. Esta es, sin lugar a dudas, la mejor trayectoria de propagación en la mar. Existe un canal sonoro permanente con el eje entre 700 y 1500 metros, lo que lo hace poco utilizable para la mayoría de los submarinos y para los sensores usados por sus depredadores. Pero se dan también canales estacionales menos profundos: en el Mediterráneo, por ejemplo, suele haber canales con el eje a menos de 300 metros en primavera, verano y otoño.

Trayectoria de los rayos sonoros por un canal profundo. Están representados los rayos límite. Por fuera de estos, se saldrán del canal hacia la superficie y hacia el fondo. Por dentro, realizarán los recorridos intermedios y sonorizarán todo el canal.

EL APROVECHAMIENTO DE LOS CANALES SONOROS

Las transmisiones por rayo directo tienen corto alcance por las pérdidas en los sucesivos rebotes, pero además un sonar cercano a la superficie está prácticamente sordo a todo lo que pase por debajo de la capa. La trayectoria de rebote en el fondo necesita de unos fondos muy concretos y, aun así, tiene muchísimas pérdidas. La zona de convergencia solo se da en determinadas condiciones y, aunque tiene un gran alcance, no nos permite ver nada por dentro del anillo de detección.

En definitiva, la forma de aprovechar la acústica submarina a nuestro favor es mediante los canales sonoros y, como es lógico, deberemos poner nuestros sónares en el mismo canal que el blanco, el submarino. Y, sin olvidar que los submarinos modernos son muy difíciles de escuchar —recordemos el accidente francobritánico—, intentaremos explotar los sonares activos. Teniendo en cuenta que los barcos (no submarinos) tienen la costumbre de navegar por la superficie del mar, ¿cómo aprovechamos los canales sonoros?

Mediante aeronaves hay dos métodos principales:

Sonoboyas: se pueden utilizar sonoboyas, sónares de usar y tirar que transmiten sus detecciones al avión o helicóptero mediante una antena colocada en la boya de la que cuelgan. Las sonoboyas se pueden «calar» a distintas profundidades y pueden usarse tanto activas como pasivas.

Sonar calable: El otro método consiste en usar sónares calables (generalmente activos) desde helicópteros. Básicamente, se amarra un sonar a un cable que cuelga de la panza del aparato y, con este haciendo estacionario muy bajito, se desenrolla el cable hasta poner el sonar a la profundidad deseada. Estos métodos son muy útiles, pero requieren la presencia de un aeronave con la que, por disponibilidad, meteorología u otros motivos, no siempre podremos contar.

¿Cómo aprovechamos el canal sonoro desde un barco? Pues de forma muy similar a como lo hacen los helicópteros: colgando de un cable un sonar que, largado por la popa, podremos poner a la profundidad elegida. Además, tenemos la ventaja de que, al alejarlo del ruido producido por nuestro propio barco, mejoramos su capacidad de escucha.

Funcionamiento de las sonoboyas.

LAS CAPACIDADES ASW EN LA ARMADA ESPAÑOLA

Hace unos años, antes de la tan mentada crisis, la Armada contaba con sonoboyas en los aviones de patrulla marítima P-3M (con los que nos apoya el Ejército del Aire) y en los Seahawk de la Décima Escuadrilla de Aeronaves. También con sónares calables en los Seaking de la Quinta y un sonar pasivo remolcado, el ya mencionado TACTAS, en las fragatas clase Santa María. Tanto estas como las F-100 cuentan con un sonar de casco que, por lo que hemos visto (rayo directo), produce unos alcances reducidos.

Con la crisis, los Seaking se convirtieron en transportes y a las Santa María les «cortaron el rabo»ii. De golpe, la capacidad española de explotar el mejor método de transmisión submarina (quitando a nuestros propios submarinos, por supuesto), quedó limitada a las sonoboyas. Un barco operando sin apoyo de aeronaves se ve limitado a utilizar el canal sonoro de superficie con su sonar de casco. Pero, además, las sonoboyas son fungibles, es decir, se gastan, como la munición. No podemos ir sembrando el mar de sónares desechables, por practicidad, por presupuesto y por la logística que implicaría.

Si el lector ha sido capaz de aguantar hasta aquí y recuerda la atrevida afirmación con la que introducíamos este artículo, quizás comience a entender la importancia del anuncio del sistema ASW de las F-110. Con la entrega de la «Bonifaz», la Armada española recuperará una verdadera capacidad antisubmarina.

Equipo de estiba de un sonar remolcado. En este caso a bordo de la fragata francesa La Motte-Picquet.

THALES CAPTAS-4

En este epígrafe detallaremos, apoyándonos en lo estudiado hasta ahora, las características del sonar remolcado CAPTAS-4 que aparecen en el folleto promocional de la propia THALES, la empresa fabricante del mismo.

El subtítulo del folleto reza «sonar de profundidad variable (VDS) activo y pasivo de baja frecuencia». Se entiende que la baja frecuencia es en transmisión, es decir, cuando funciona como sonar activo. No hemos hablado de la frecuencia, pero baste decir, mediante una simplificación burda con objeto de no aburrir al lector, que a menor frecuencia mayor alcance. Tenemos, por tanto, un sonar que podemos poner a la profundidad que queramos (dentro de unos límites, por supuesto) y usarlo de forma activa, emitiendo ondas sonoras, o pasiva, solo escuchando lo que tiene alrededor.

El primer apartado de las características, el alcance, hay que leerlo teniendo en cuenta lo que hemos aprendido más arriba. «Alcances de hasta 150 km (segunda zona de convergencia)». Es bueno saber que el equipo está preparado para explotar la transmisión por zona de convergencia, pero nosotros, expertos ya en acústica submarina, sabemos que esta trayectoria tiene sus desventajas: solo se da en determinados casos y solo se detecta en su anillo. Lo que no nos da es el alcance previsto en un canal sonoro. Podemos pensar que es por la naturaleza sensible de esta información, pero la realidad es que esta predicción es casi imposible de hacer de forma genérica. Dependerá mucho de las condiciones ambientales.

En lo relativo a las «funcionalidades» THALES ofrece empleo activo, pasivo, combinado, análisis, audio y alerta de torpedos. Si bien, en equipos modernos, es lo habitual, es importante que tenga estas funcionalidades que permitirán, por ejemplo, analizar a posteriori un encuentro con un «objeto» sumergido e intentar aislar sus características para que nos sea más fácil encontrarlo la próxima vez.

El límite operacional se establece en estado de la mar 6 (muy gruesa, de cuatro a seis metros de ola). Unas condiciones razonables cuya limitación, probablemente, esté más en la maniobra de largado y recogida del sonar que en el equipo acústico en sí.

En el apartado de profundidad de operación THALES vende «hasta 230 metros». Si tenemos en cuenta las cotas operativas de los submarinos modernos y que los canales sonoros son bastante anchos (no tenemos que poner el transmisor en el eje del canal), nos permitirá sonorizar una parte muy importante de las profundidades.

La frecuencia (de transmisión, se entiende) se establece «por debajo de 2kHz». Los sónares de casco de las fragatas F-100 trabajan, según la información que proporciona INDRA, en 3,75kHz. Si damos por válida la premisa que mencionamos antes (a menor frecuencia, mayor alcance), el CAPTAS-4 no solo podrá funcionar a la cota óptima, sino que lo hará en una frecuencia que, a priori, le tiene que dar alcances superiores. Como novedad curiosa, el CAPTAS va dividido en dos «arrays», es decir, que el receptor va separado del transmisor, en cables distintos. Probablemente esto permita una mejora de la recepción y el procesado de datos. Y, evidentemente, permitirá utilizar el sistema pasivo sin necesidad de remolcar el transmisor.

Otra característica muy destacable que vende THALES es que el CAPTAS se puede largar y recoger sin necesidad de tener personal dedicado a ello en el compartimento (normalmente próximo a la popa) en el que se estiba el bicho cuando se encuentra a bordo. Algo muy a tener en cuenta en esta era de dotaciones reducidas y búsqueda de la máxima y económica eficiencia.

Otras características habituales hoy día pero, aun así, muy útiles, son su capacidad de predecir alcances y su propio programa de adiestramiento de operadores.

Como último argumento de las bonanzas de este equipo, baste decir que Reino Unido, Francia e Italia lo montan en sus Tipo 23 y FREMM. Y Marruecos, nuestro vecino del sur, en su FREMM, claro. Otros países que cuentan a día de hoy con el CAPTAS-2 son Malasia, Noruega, Arabia Saudita y Emiratos Árabes Unidos.

Por cierto. THALES vende un sonar calable para aeronaves, el FLASH, diseñado para operar junto al CAPTAS. Y Francia ya lo monta en sus NH-90. ¿Soñamos?…

Detalle del sonar CAPTAS 4 de THALES a bordo de una fragata FREMM.

CONCLUSIÓN

Este epílogo va a ser poco sorprendente. No nos cabe ninguna duda de que España ha acertado con la elección del sensor principal antisubmarino de sus nuevos escoltas y no podemos esperar a verlos en funcionamiento.

Dentro de muy poco, volveremos a contar con una capacidad antisubmarina nada desdeñable. Y, con el AEGIS aun proporcionando una de las mejores coberturas aéreas del mundo, la Armada podrá presumir de tener un tándem de fragatas de primera línea.

NOTAS

i Todo lo explicado en este apartado está extraído de Apuntes de acústica submarina, de Juan Manuel de Santiago Collada.

ii Julio Albert Ferrero. El auge mundial del arma submarina. Cuadernos de pensamiento naval nº 24. 2018.
Fuente: Ejercitos.org
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