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Cómo funciona el sonar activo?
17 de enero de 2018 
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El Sonar es un instrumento fundamental de la guerra antisubmarina. Es un dispositivo creado para detectar y localizar objetos sumergidos en el agua a través de las ondas sonoras que los blancos reflejan o producen.

El sonar activo funciona básicamente como el radar, sólo que usa pulsos sonoros en lugar de las ondas de radio. Las ondas de radio no se propagan bajo el agua, además de pocos metros.
El sonar de pulso (para escuchar el "ping" de sonar activo, haga clic aquí ), se emite y se encuentra con un obstáculo, devuelve al remitente. Medir el tiempo que el "ping" llevó para ir y volver, se tiene como calcular la distancia del objeto ecoado con "relativa" precisión.
La precisión es "relativa" porque las muñecas del sonar sufren diversos tipos de atenuación causados por la temperatura, salinidad y presión del agua, que cambian de acuerdo con las estaciones del año, posiciones geográficas y condiciones atmosféricas.
El sonido es una ondulación mecánica cuya propagación es posible debido a la conexión elástica entre las moléculas.

Hardware del Sonar Kingklip de media frecuencia de Thales, que opera en modo activo y pasivo para buques de superficie, fragatas o corvetas - Foto: Thales

Telas de sonar a bordo de un destructor de la Royal Navy: además del hardware, hay que dominar el software del sonar

Las moléculas en los líquidos están más cerca unas de otras que en el aire, por lo que la velocidad del sonido en el agua es 4,4 veces mayor que en el aire. La velocidad exacta del sonido en el agua es de 1.438m / s, cuando la temperatura del agua es de 8 grados Celsius.
La velocidad y la dirección de las ondas sonoras dependen de la temperatura, la salinidad y la profundidad del agua.
Por ejemplo, el aumento de la temperatura del agua hace que la velocidad del sonido sea mayor. Cuando el sonido se propaga a través de capas de agua de diferentes temperaturas, ocurre el fenómeno de la refracción, que es el desvío de la onda sonora. La refracción puede ser negativa (verano) o positiva (invierno).

refracción negativa (gráfico superior) : durante el verano, la temperatura del agua disminuye al aumentar la profundidad. La onda sonora se desvía hacia el fondo del mar. Si el submarino está en menor profundidad, cerca de la superficie, el sonar del barco puede no detectar el submarino.


positiva de refracción (por encima de gráfico): en invierno, la temperatura del agua aumenta con la profundidad. Las ondas sonoras se curvan hacia la superficie del mar. Si el submarino está junto a la superficie del mar, el sonar del barco puede detectarlo. La refracción positiva hace que el alcance del sonar más grande.

Los termoclinas (gráfico superior) : cuando se utiliza un batitermógrafo, es posible detectar capas de agua donde la temperatura es más alta que la capa de la superficie más caliente y que tiene por debajo de ella, una capa de enfriador de agua. Cuando se encuentra una capa de temperatura menor, la onda sonora se curva rápidamente hacia el fondo. La onda sonora va hacia el fondo del mar y se vuelve inútil. Si un submarino está sumergido en la termocina o debajo de ella, no será capturado por la onda sonora y así permanecerá indetectable.
Hay normalmente dos capas de termoclas en el verano. Una capa se encuentra a unos 15 a 20 metros de profundidad, y otra alrededor de 150 metros de profundidad. La profundidad de 15 a 20 metros es importante, ya que durante el verano, por la tarde, si las condiciones meteorológicas son buenas, un submarino no puede ser detectado por un sonar de casco de barco.
Al mismo tiempo, esa profundidad es buena para la observación y el lanzamiento de torpedos. Si un buque de superficie desea detectar un submarino, tendrá que estar equipado con sonar remolcado de profundidad variable (VDS). En este caso, el sonar debe sumergirse debajo de la termocina.

Como un fenómeno muy conocido que perjudica los sonares activos son las capas termales o termoclinas, las capas de agua que sufren un cambio brusca de temperatura, que desvían las olas de los sonares, hacia arriba y hacia abajo, creando zonas de sombra, donde los submarinos pueden ocultarse (figura arriba).
Como el mar es un ambiente dinámico, principalmente con los barcos en movimiento, las capas termales pueden cambiar de profundidad, alterando la curva de alcance del sonar. Estas curvas de alcance se computan con datos obtenidos en el lanzamiento de sondas batelográficas (BT), que van buceando y transfiriendo al buque o aeronave, la localización de las capas termales en ese momento, la presión del agua y la temperatura, datos que permiten obtener la velocidad del sonido en profundidad. Estas sondas se publican periódicamente.
En el dibujo, parte del haz del sonar emitido por el barco, se propaga cerca de la superficie, en el fenómeno conocido como "ducto de superficie" y parte del haz se desvía hacia abajo, volviendo hacia arriba hacia adelante (debido al aumento de presión , que eleva la velocidad del sonido). La desviación de los haces sonoros deja una zona de "sombra", en la cual el submarino normalmente busca ocultarse, pues él también posee batitermógrafo en el casco y sabe cuál es la profundidad de la capa mientras navega.
En esas condiciones, el submarino conoce la posición del barco de superficie, porque usa el sonar pasivo, que usa hidrofonos sólo para escuchar. Típicamente, el rango de la sonar pasivo de un submarino es al menos el doble de la gama de sonar activo a partir de un buque de superficie , lo que le da una gran ventaja táctica.

Un barco de superficie necesita bajar el sonar de profundidad variable para detectar un submarino debajo de la termoclina

Submarinos saben con antelación donde están los barcos enemigos, oyendo el ruido de sus máquinas y la emisión de sus sonares activos. De este modo, los submarinos pueden ocultarse debajo de la termocina y esperar el mejor momento y posición para el ataque.
En ciertas condiciones, los submarinos consiguen escuchar buques de superficie a más de 50 millas de distancia, mientras que el alcance típico del sonar activo de los barcos gira alrededor de 10 millas (exceptuando las situaciones de "zona de convergencia"). Los sonares activos de helicópteros tienen alcance aún menor, pues son sonares de alta frecuencia.
Para abordar el problema de capas térmicas, que utiliza la VDS (Sonar profundidad variable - S ng profundidad variable) que puede ser sumergido en la capa.
Como desventaja, el sonar de profundidad variable tiene alcance menor que el sonar de casco, pues normalmente emplea altas frecuencias debido al pequeño tamaño del transductor. El VDS también limita la movilidad del buque, que no puede navegar a altas velocidades ni hacer maniobras bruscas, a riesgo de romper el cable y perder el "pez". En las fotos abajo, algunos tipos de "peces" VDS, americano, canadiense y otro francés.

El VDS de una fragata clase Knox siendo descargado

Un VDS en la popa de un barco canadiense

Un VDS en la popa de un escolta francés

Fuente: http://www.naval.com.br