DARPA explora la red “UnderSea GPS-Like”

La agencia de investigación del Pentágono y BAE Systems están trabajando juntos para desarrollar una tecnología de comunicaciones de drones submarinos de próxima generación, para ayudar a identificar minas, localizar submarinos enemigos y vigilar asuntos relevantes para misiones de combate.

Utilizando señales acústicas subacuáticas, una boya de superficie, señales de baliza o “nodo” y GPS de forma coordinada, el sistema de posicionamiento para navegación oceánica profunda (POSYDON) puede retransmitir rápidamente las coordenadas de ubicación de los drones submarinos en patrulla a los sistemas de mando y control a bordo de un buque o submarino.

El programa, ahora en la fase I de desarrollo, es una iniciativa de colaboración entre la industria y la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa (DARPA).

POSYDON proporciona “un posicionamiento omnipresente y robusto en todas las cuencas oceánicas. Una plataforma submarina sería capaz de obtener el posicionamiento continuo y preciso, sin necesidad de emerger para una solución GPS “, explicaron los desarrolladores de DARPA.

Aunque los expertos dicen que algunos emisoras radio de muy baja frecuencia pueden transmitir algún tipo de señal submarina, los submarinos necesitan emerger a la superficie, para lograr una señal de radiofrecuencia (RF) fuerte o de GPS para obtener los datos de su situación y comunicaciones.

“Se puede recibir GPS en bajas profundidades, pero eso no de forma relevante para operar. POSYDON aporta una capacidad “similar al GPS” a los usuarios sumergidos “, dijo Lin Haas, gerente de programa de la Oficina de Tecnología Estratégica de DARPA, en un podcast recientemente publicado por la agencia.

Los científicos militares y los desarrolladores de tecnología se refieren al esfuerzo por establecer la conectividad en un entorno “denegado para el GPS” como la adquisición de “precisión, navegación y sincronización”.

Sin embargo, los desafíos científicos de traer la conectividad continúa bajo del mar, similar a la manera en que las funciones del GPS en la superficie, son substanciales, explicó Haas.

Las señales GPS funcionan con algoritmos capaces de calcular la distancia de un objeto al conocer la velocidad constante o “fija” de la luz y el tiempo de viaje. Si se identifica la longitud del recorrido, junto con la velocidad de una señal, los algoritmos pueden determinar rápidamente una distancia precisa, por lo tanto, identificar un objeto.

Por ejemplo, una señal electromagnética utilizada por un sistema de radar, o láser, desde el telémetro láser de un arma, usaría la velocidad conocida de la luz y el tiempo de viaje para identificar rápidamente la ubicación, la forma o la velocidad de un objeto.

Sin embargo, con señales acústicas submarinas, determinar la distancia es mucho más complejo, explicó Haas.

“Para el GPS la velocidad de la luz es constante. Ése no es el caso para la velocidad subacuática del sonido. Las señales subacuáticas son una función de muchas cosas, principalmente la temperatura y la salinidad. Hemos desarrollado modelos que tienen en cuenta de todas estas señales acústicas bajo el agua. Las señales submarinas no viajan en línea “, dijo Haas. Como resultado, no hay transmisión lineal de señales acústicas desde el transmisor al receptor.

“Las señales acústicas pueden tomar muchos caminos; la señal es refractada a través de perfiles de temperatura y presión. Los algoritmos pueden mejorar los modelos actuales y desarrollar nuevos modos “, agregó Haas.

Por lo tanto, los drones submarinos pueden utilizar ondas acústicas para retransmitir información en tiempo real de vuelta a los submarinos.

“Las señales GPS rebotan sobre las superficies oceánicas y no pueden penetrar en el agua del mar. La importancia de POSYDON es asegurarse de que estos UUVs [vehículos submarinos no tripulados] puedan realmente concentrarse en sus misiones, sin tener que salir periódicamente a la superficie para que el GPS pueda determinar exactamente dónde están “, dijo Geoff Edelson, director de Maritime Systems and Tecnología en BAE Systems.

La tecnología se basa en una especie de “triangulación”, explicó Edelson. Una señal GPS que emerge de un satélite se envía a un nodo de superficie, que luego utiliza ondas acústicas para conectar con y localizar a un drone submarino.

“Muchas señales no se propagan bajo el mar. La luz no puede viajar muy lejos y las señales de RF no se propagan realmente en él. Con POSYDON, una señal GPS es reemplazada por señales acústicas de baja frecuencia “, dijo Edelson.

El esfuerzo de POSYDON está en la fase I de un programa de tres fases: la Fase I consiste en modelar canales de propagación de señales; la Fase II está destinada a desarrollar una única forma de onda; y la Fase III está dirigida a construir un prototipo completo de sistema de posicionamiento, según DARPA.

“En este momento estamos analizando datos para asegurar que el concepto vale la pena, dijo Edelson.

La aparición de esta tecnología, que todavía tardará varios años para su uso operativo, es totalmente compatible con la estrategia del drone submarino de la Armada. Los drones submarinos son cada vez más críticos para contrarrestar las amenazas emergentes superficiales y submarinas de alta tecnología, tales como la tecnología submarina más silenciosa y avanzada y las armas desarrolladas por potenciales adversarios.

Los UUV más capaces de transmitir información a las plataformas anfitrionas y proporcionar rápidamente sus datos de ubicación, pueden ayudar naturalmente a localizar objetivos enemigos, minas submarinas y otros elementos de importancia crítica para las misiones de la Marina.

La tecnología POSYDON, una vez operativa, podría funcionar con las plataformas existentes, como el Wave Gliders, diseñadas para obtener información sobre amenazas y objetivos, así como información oceanográfica e hidrográfica. Por ejemplo, un drone subacuático conocido como Seaglider utiliza la flotabilidad y las alas para moverse, en comparación con una hélice accionada eléctricamente. Durante largos periodos de tiempo es capaz de obtener datos oceanográficos, tales como temperatura de la columna de agua o salinidad y luego enviarlos de vuelta.

La tecnología emergente POSYDON también podría ser de gran utilidad para los submarinos de ataque de la clase Virginia y los submarinos de misiles balísticos de la clase Columbia para establecer parámetros de navegación, identificar objetos de interés e incluso identificar lugares de amenaza a distancias mayores.

De hecho, la Marina ahora está experimentando con drones submarinos que se pueden lanzar y regresar de los tubos submarinos de misiles, mejorando la eficiencia de la misión y acelerando las operaciones de lanzamiento y recuperación. Por lo tanto, ser capaz de identificar con precisión la ubicación de UUV operacionales en un área de operaciones dada sería de gran valor.

Dado que gran parte de la tecnología se basa en algoritmos de rápido desarrollo, el progreso rápido en el área de la inteligencia artificial (AI) tendrá gran importancia para este programa.

Esta trayectoria conducirá en última instancia al uso de más inteligencia artificial (AI), basándose en sistemas independientes, no tripulados, computarizados para reunir, organizar e integrar una gran variedad de información y datos de sensores antes de proporcionarlos a los comandantes humanos.

Grupos de drones submarinos utilizarán simultáneamente sonar y diferentes sensores para identificar y destruir submarinos enemigos y buques de superficie, buscar minas, recopilar datos oceanográficos y realizar misiones de reconocimiento, todo mientras un solo humano desempeñará funciones de mando y control a bordo de un buque de la Armada o submarino, explicaron altos funcionarios de la Navy.

Tal vez varios robots submarinos lanzados por submarinos o vehículos submarinos no tripulados de gran desplazamiento puedan identificar un submarino enemigo o un buque de superficie a distancias mucho más allá de la distancia de detección normal.

La idea es aprovechar la creciente velocidad de procesamiento informático y las rápidas mejoras en el desarrollo de software de vehículos autónomos. Esto permitirá que los sistemas no tripulados operen rápidamente con un mayor nivel de autonomía, funcionen juntos como parte de una red integrada y más rápidamente realicen una gama más amplia de funciones sin necesidad de cada tarea individual sea controlada por humanos. La estrategia también está dirigida a permitir que submarinos, buques de superficie y algunas operaciones terrestres aprovechen estas tecnologías informáticas de rápido surgimiento.

Tal vez un número de pequeños drones podría enviar un pitido acústico y luego analizar la señal de retorno para identificar la ubicación de un objetivo enemigo, proporcionando a un submarino los datos necesarios para lanzar un torpedo pesado guiado de precisión para destruir la amenaza de una forma más segura distancia.

Los grupos de drones integrados transmitirían instantáneamente los datos pertinentes a los sistemas de cómputo y sensores subacuáticos o embarcados. Como resultado, los seres humanos en una función de mando y control tendrían acceso a información relevante de manera más rápida y eficiente, proporcionando una ventana más grande con la que tomar decisiones críticas, explicaron altos funcionarios de la Marina.