Electrificación naval: «Una parte crítica de la cadena de muerte»

Las armas de energía dirigida, los radares de alta potencia, el aumento de los costes de combustible y el deseo de la Armada de ampliar sus operaciones sin aumentar su huella medioambiental son los factores que impulsan las necesidades de energía eléctrica de la Armada.

A primera vista, un buque de transporte anfibio y un destructor de misiles guiados (DDG) de la clase Arleigh Burke tienen poco en común. Sin embargo, ambos están desempeñando un papel importante en los experimentos de la Marina para llevar la electrificación a la flota. Para probar la viabilidad de la propulsión eléctrica, la alimentación con baterías para las armas de energía dirigida y la gestión de la energía para las aplicaciones a bordo, la Navy ha electrificado parcialmente varios de esos buques con estos sistemas:

• Un Energy Storage Module en el buque muelle anfibio USS Portland (LPD 27) para apoyar el Solid State Laser;
• El High Energy Laser with Integrated Optical-dazzler and Surveillance (HELIOS) en el USS Preble (DDG 88); y
• El Air and the Missile Defense Radar (AMDR) Power Conversion Module en el primer destructor DDG 51 Flight III Arleigh Burkeclass botado en junio-el futuro Jack H. Lucas (DDG 125). La configuración Flight III se centra en el radar de defensa aérea y de misiles AN/SPY-6(V)1 e incorpora mejoras en la capacidad de alimentación eléctrica y de refrigeración

La hoja de ruta de desarrollo tecnológico de la Armada para los Naval Power and Energy Systems (NPES) para el período 2019-2037 considera que la electrificación naval es «una parte crítica de la cadena de muerte», basándose en sus necesidades de electrificación para los radares y redes de alta potencia, las armas de energía dirigida para los sistemas y misiles no tripulados, la propulsión principal para la marcha silenciosa y la ruptura de la cadena logística para el reabastecimiento.

«La Marina espera más de su futura flota», afirma el informe del NPES. «La electricidad permite trasladar grandes cantidades de energía de un lugar a otro, de forma controlada y rápida, haciendo que el recurso energético (la energía generada por los motores primarios) sea extremadamente funcional. La tendencia a la electrificación de la capacidad bélica aprovecha y se basa en la naturaleza funcional de la electricidad. «Un sistema energético integrado implica la conversión de la energía a las necesidades del arma o del sensor eléctrico. La visión de los sistemas integrados de energía y potencia lleva esto más allá, con el objetivo final de vincular todos los consumidores de energía con todas las fuentes de energía en una única red eléctrica para maximizar la flexibilidad que afecta a las funciones del buque, es decir, una solución total y completa para la gestión de la energía táctica que proporciona la optimización de la capacidad.»

¿ELECTRIFICACIÓN ESPECÍFICAMENTE PARA QUÉ?

Hay una serie de factores que impulsan el aumento de las necesidades de energía eléctrica de la Armada, como los nuevos y más avanzados sistemas de armas y radares, el aumento de los costes del combustible y el deseo declarado de la Armada de ampliar sus operaciones sin aumentar su huella medioambiental. Estos impulsores incluyen:

• Cargas útiles avanzadas: En un futuro próximo llegarán tecnologías de nueva generación que requerirán mucha energía, como los sistemas de radar de mayor potencia y los láseres de energía dirigida ofensivos y defensivos, que la Armada quiere i  ncorporar a una serie de buques. Las grandes ráfagas de energía de las armas de pulso junto con los sensores de radar de defensa aérea y de misiles avanzados exigen más potencia, una potencia que no siempre pueden satisfacer los sistemas   mecánicos.
• Propulsión avanzada: Esto proporciona una importante capacidad de combate en las áreas de mejora de la supervivencia, el despliegue de plataformas no tripuladas, el diseño flexible y la capacidad de actualización en todo el interior del buque, y el aumento de la resistencia de la plataforma para las operaciones marítimas distribuidas.
• Coste: Los costes de operación y mantenimiento de la Armada superan con creces los costes de construcción de buques. A esto hay que añadir el creciente precio de la gasolina y el gasóleo, junto con los costes de apoyo logístico para suministrarlo a los buques en el mar. Los propulsores eléctricos e híbridos pueden satisfacer muchas de las necesidades de energía y propulsión de la Armada con una reducción de los costes de combustible y de su transporte, al tiempo que permiten el uso de hélices de paso fijo más sencillas y menos costosas.
• Medio ambiente: Los buques que funcionan con combustible o lo transportan generan dióxido de carbono que contribuye al calentamiento global. El beneficio medioambiental de los propulsores eléctricos es significativo y directamente proporcional al ahorro de costes operativos.

Los buques que dependen menos de su cadena de suministro para obtener combustible y que están mejor equipados con sistemas de radar de alta potencia y armas de energía dirigida también serán más adecuados para el nuevo concepto de combate de la Armada, conocido como Distributed Maritime Operations (Operaciones Marítimas Distribuidas), dirigido a China y Rusia en la competición del Great Power (Gran Poder). «China está haciendo básicamente todo lo posible para alejar a nuestros buques del continente y del Mar de la China Meridional», dijo Jonathan Miller, vicepresidente senior y director general de Sistemas de Energía Naval de Leonardo DRS. «Eso aumenta la cantidad de energía de radar y de detección que se necesita para operar los sistemas tácticos y de defensa y potencialmente lanzar armas navales a distancia.

Los sistemas de energía eléctrica pueden hacer uso más eficiente de la energía existente y suministrarla de forma intermitente según sea necesario». A grandes rasgos, el DMO supone un cambio de las grandes plataformas, cada vez más vulnerables, que operan en grupo, hacia una flota muy dispersa pero altamente conectada en red, compuesta en su mayoría por buques más pequeños y plataformas aéreas de inteligencia/vigilancia/reconocimiento, tanto tripuladas como no tripuladas, integradas estrechamente con una amplia gama de sistemas de sensores y armas para lograr el máximo conocimiento del dominio, la supervivencia y la letalidad.

El desarrollo del DDG 51 Flight III está orientado específicamente al concepto de operaciones de la DMO que permitirá al buque de ataque de superficie más avanzado de la Armada operar ofensiva y defensivamente, de forma independiente, o como unidades de Carrier Strike Groups, Expeditionary Strike Groups y Surface Action Groups en entornos de amenazas múltiples que incluyen amenazas aéreas, de superficie y subsuperficiales. Estos buques proporcionarán o aumentarán la proyección de poder, los requisitos de presencia avanzada y las operaciones de escolta en el mar. «La electrificación y la hibridación apoyan una fuerza naval más poderosa con requisitos logísticos reducidos», dijo a Breaking Defense el portavoz de la Armada, el teniente Lewis Aldridge, de la Oficina de Información de la Armada estadounidense (CHINFO) en el Pentágono. «Aumentar nuestro poder letal al tiempo que reducimos nuestra cola logística significa un mayor rendimiento de los dólares del pueblo estadounidense, literalmente».

En su esencia, la mejora de la capacidad de combate y la letalidad es el núcleo de la electrificación, ya que ofrece oportunidades para ampliar el alcance operativo de las plataformas mediante mejoras en la eficiencia energética y el reparto de energía de proa a popa. Y, sobre todo, desde el punto de vista medioambiental, las mismas tecnologías que apoyan la mejora de la capacidad de combate y la letalidad también tienen efectos positivos sobre el cambio climático. Además de mejorar la carga útil, la propulsión, el coste y el medio ambiente, la electrificación es como una multivitamina militar que puede aportar elementos esenciales a muchas áreas de operaciones. Por ejemplo:

• Supervivencia: Ofrece una mejora de la susceptibilidad (capacidad de evitar la detección, de reducir la probabilidad y el número de impactos o de almacenar las armas en zonas menos vulnerables), de la vulnerabilidad (capacidad de resistir los daños, de minimizar las bajas y de maximizar la capacidad de recuperación) y de la recuperabilidad (restablecimiento de capacidades clave como la movilidad, la navegabilidad, los sistemas críticos del buque y las capacidades de combate).
• Sistemas no tripulados: El NPES de a bordo puede desarrollarse para apoyar la carga rápida y simultánea de múltiples sistemas no tripulados para mejorar la eficacia de los activos desplegados en el teatro.
• Seguridad de las comunicaciones y de la información/Ciberseguridad: Las comunicaciones y la información son vitales para apoyar el conocimiento de la situación y la toma de decisiones coordinada. La Armada exige que la ciberseguridad se incorpore y sea nativa en el diseño y desarrollo de los nuevos productos y sistemas de NPES.
• Buque flexible/modularidad/interfaces modulares estándar: Esto permitirá el desarrollo paralelo de cargas útiles y plataformas, la instalación de cargas útiles justo a tiempo, una modernización y actualización tecnológica más eficiente y frecuente, y una reconfiguración más rápida de la misión según sea necesario.

RECURSOS PARA APROVECHAR LA ELECTRIFICACIÓN

Generar energía eléctrica para la propulsión, los radares de alta potencia y las armas de energía dirigida es sólo la mitad del desafío. Almacenar esa energía y gestionarla de forma que pueda repartirse en un número ilimitado de pulsos para las armas láser, por ejemplo, o tener la capacidad de desplazarla por el buque hacia donde más se necesite, son la segunda mitad del reto. «La Armada está desarrollando sistemas de almacenamiento de energía seguros, de alta densidad y de larga duración, así como controles avanzados de gestión de la energía para apoyar la integración del almacén de energía en los buques, ya sea como una capacidad de uso (backfit) o en una futura arquitectura eléctrica del sistema de energía como parte de un sistema de energía integrado global», explicó Aldridge.

«El Energy Magazine es un sistema de almacenamiento de energía común, modular, escalable e intermedio que podría usarse en múltiples sistemas de misión e instalaciones de buques, que puede complementar la energía de servicio típica de los buques para evitar poner cargas estocásticas y grandes pulsos directamente en los generadores.»

Además, a medida que la Armada desarrolle su futuro DDG(X), un gran destructor de misiles guiados de superficie, incorporará un sistema de energía integrado que permita almacenar la capacidad de generación de energía y dirigirla hacia donde se necesite, es decir, hacia los sistemas de propulsión y de misión, según Aldridge.

De hecho, la energía almacenada fue la función original del programa Energy Magazine de la Armada para permitir el funcionamiento de generadores de una sola turbina en el año 2019. Al igual que la energía almacenada, los módulos de potencia específicamente diseñados para su uso a bordo de los buques de la Armada, usando tecnología comercial en su caso, pueden contribuir a aumentar la potencia a bordo. También se pueden aprovechar las arquitecturas existentes para reducir tanto los costes como los riesgos. Por ejemplo, la arquitectura modular y escalable de propulsión eléctrica para submarinos de misiles balísticos de la clase Columbia, desarrollada por Leonardo DRS, se diseñó específicamente para su uso común tanto en submarinos como en buques de superficie.

«La Armada ve claramente la demanda de electrificación de sus buques», dijo Miller. «Han dado varios pasos importantes en esa dirección, y han señalado claramente que planean hacerlo más con las nuevas clases de buques». «Para que la Armada avance hacia una futura flota de propulsión eléctrica, al tiempo que optimiza la energía existente a bordo de la flota actual, debe aprovechar todos sus recursos», dijo Miller. «Esto incluye: primero, la optimización de los diseños arquitectónicos actuales de los buques para aumentar la potencia y facilitar el uso de la energía intermitente; segundo, un uso más eficiente de la energía existente a través del almacenamiento de energía y los ajustes del proceso, como el cambio de la velocidad de los ventiladores en lugar de la estrangulación del flujo de aire para la recuperación del calor residual; y tercero, un mayor uso de los módulos de potencia diseñados específicamente, empleando tecnología comercial donde y cuando tenga sentido».

Fte. Breaking Defense