Breve Historia del Sonar

Breve Historia del Sonar
Introducción
Durante la Primera Guerra Mundial se hizo evidente la necesidad de desarrollar tecnología para poder detectar y eludir o inutilizar la amenaza submarina, a finales de la Primera Guerra se consiguieron algunos avances en este campo, pero al acabar ésta, la investigación quedó relegada a un segundo plano que sólo se volvería a retomar con ocasión de la Segunda Guerra Mundial y por la amenaza que supusieron los U-Boot Alemanes.
Se hizo necesario contar con aparatos que los detectasen para poder contraatacar de una manera eficaz. El documento siguiente no pretende ser un estudio en profundidad del sonar, sólo presentar una cronología de los descubrimientos más relevantes que se aplicaron en este campo así como una evolución de los distintos equipos y avances del sonar, todavía no está completa pero consideramos que ya cuenta con una buena cantidad de información que nos gustaría compartir, con un poco de suerte y constancia esperamos completarla poco a poco, de momento está más o menos reflejada la historia del sonar por parte aliada, alguna referencia al eje pero este apartado será completado así como se completarán los temas que toca de momento superficialmente. La recopilación de datos a veces es fácil si tratamos fechas relativamente cercanas, pero cuando las fechas son más lejanas la cosa se complica y es más costosa, pero con un poco de paciencia y tesón iremos completando la información expuesta en el documento siguiente.

Cronología

1440

Se descubre la "Magnetoestricción" deformación en algunos materiales cuando son atravesados por un campo magnético

1826 - 1827

Primeros datos de velocidad de sonido en el agua. Por el Ingeniero y físico suizo Jean-Daniel Colladon(1802-1893) y el matemático francés Jacques Charles François Sturm(1803-1855) en el lago Lemán (Ginebra).

Sturm sumergió una campana en el lago y Colladon se situó a una distancia ya conocida al otro lado del mismo con un cronómetro, Sturm hacía sonar la campana y Colladon registraba el tiempo que el sonido tardaba en cruzar el Lago Lemán.

El resultado de su medida fue de 1.434 mts./seg. , hoy en día esta está calculada en 1.400-1.600 mts./seg. según condiciones del agua salinidad, temperatura, presión, etc ...

1842

Johan Christian Doppler matemático y físico austriaco nació en Salzburgo 1803 y murió en Venecia 1853 fue el descubridor del "efecto Doppler".

El efecto doppler trata de la variación de frecuencia producida por el movimiento de la fuente del sonido.

Si nos paramos en el andén de una estación y observamos el ruido de un tren al llegar, podremos observar que el ruido es más agudo que al partir de la misma, en que el ruido es más grave, el nivel de ruido es el mismo, la distancia también, esta diferencia se debe al “Efecto Doppler”.

Cuando la fuente de sonido se acerca a nosotros las ondas llegan a nuestros oídos más juntas unas de otras, cuando la fuente del sonido se aleja de nosotros las ondas llegan más separadas.

Para aplicar esto al sonar tomaremos como fuente del sonido al submarino, el retorno que escuchamos es el rebote del sonido en el submarino, luego el origen de este será el propio submarino, en este caso un sonarista emplearía los siguientes términos:

Ping alto = El blanco (Submarino) se acerca a nosotros

Ping bajo = El blanco se aleja de nosotros

1880

“Piezoeléctricidad”

Jacques y su hermano Pierre Curie descubren la “Piezoeléctricidad”, propiedad de algunos cristales de generar cargas eléctricas cuando son sometidos a presión, así como de transformar en vibraciones mecánicas la energía eléctrica que les es aplicada.

Podríamos considerar este descubrimiento como el inicio de la electrónica moderna, ya que su corazón se basa en los osciladores de cuarzo.

Jacques Curie arriba izq. Pierre Curie arriba Dcha y sus padres

1906
Lewis Nixon inventa el primer Hidrófono de escucha submarina como una vía para detectar icebergs, en 1914 tras la pérdida del TITANIC demostró la utilidad de su invento midiendo la distancia a un iceberg situado a 2 millas de distancia.

1915
	John Williams Strutt (1842 – 1919) más conocido como “Lord Rayleigh” d escubre que el oido humano es capaz de determinar la procedencia de un sonido, por la diferencia de fase con la que lo escucha cada oído.(Estereo) Se desarrollarían sistemas de sensores biaurales y serían instalados en submarinos alemanes (De esto último se han encontrado algunas referencias pero sin fechas de las mismas) Entre 1877 y 1878 publicaría su teoría del sonido en dos volúmenes.

1917
	El desarrollo de los transductores de ultrasonidos empezó con las investigaciones de Langevin en 1917. Utilizó las propiedades piezoeléctricas del cuarzo para construir el primer sonar submarino, este primer dispositivo tenia poco alcance pero sentó las bases de la detección submarina.

1919

El Nachrichten-Versuchsabteilung (NVA) Departamento de Pruebas de Comunicaciones situado en Kiel, el Dr. Rudolf Kühnhold trabajó con ondas sonoras capaz de detectar objetos sumergidos y se hicieron pruebas cronometrando tiempos de ida y vuelta del eco para calcular la distancia. También teorías del científico alemán H. Lichte

1921

El “Asdic” es instalado en el buque “HMS Antrim” 1905-1922, este consiguió contactos submarinos a más de 2.000 yardas, quedando demostrada su eficacia en la lucha antisubmarina.

El HMS Antrim fue comisionado en 1905 y causó baja en 1922

1927

Los Estados Unidos utilizan por primera vez el sonar, éste y el inglés serían secretos hasta después de la WWII

1931

El sonar americano es efectivo a 6 nudos

1933

El astillero Naval de Washington fabrica 20 unidades del sonar (SOund NAvigation and Ranging)

1934
El Buque Uss Rathburne DD-113 (DesDiv 20) comisionado el 24 Junio 1918 fue uno de los primeros en montar el sonar, echo acontecido en 1934, 16 años después de su puesta en servicio.

1937

Athelstan Frederick Spilhaus (1911 – 1998) teniente coronel de la marina americana presenta el batitermógrafo, aparato que proporcionaba una gráfica de la temperatura a distintas profundidades.

El batitermógrafo se lanzaba por un costado del buque mediante un montaje que a su vez también servia para recuperarlo una vez echa la medición.

1939

Es fundada la Escuela de Sonido de la costa Oeste “West Coast Sound School” en San Diego , en esta escuela se impartirá la formación de los operadores de sonar de la marina americana.

1941

Octubre se dota a la flota americana de batitermógrafos, tanto a buques de superficie como a submarinos, aunque estos últimos solo podían hacer uso del mismo en superficie.

1942

The "Q-attachment" Evolución del Asdic con Emisor y Receptor separados interconectables al sistema principal, este nuevo avance facilitó que el Asdic detectara submarinos a gran profundidad el emisor operaba en varias frecuencias de 14 a 22 Kcs. Y el receptor a 38 1/2 Khz.

Los Alemanes utilizaron un equipo similar y se lo cedieron a los Italianos durante 1942.
El primer sonar alemán, dio buenos resultados, y fue implantado a mediados de 1943 en las corbetas que participaron en la lucha antisubmarina de la marina italiana.

1943

Nuevo sonar tipo 147 “Sword”

Los avances en la investigación del sonar condujeron a una nueva serie de sónares, en los cuales se hallaban separadas la emisión de la recepción, la emisión trabajaba en las frecuencias comprendidas entre los 14 y los 22 Kilociclos, mientras que el receptor lo hacía en los 38,5 Kilociclos.

Su cono de búsqueda abarcaba 65º en horizontal y 45º en vertical, este nuevo sonar permitía mantener y seguir de manera mucho más satisfactoria los contactos a gran profundidad, además fue el primero que proporcionaba datos sobre profundidad del contacto.

buque “HMCS Aida” , entre los diversos sónares que montó, el tipo 147 fue uno de ellos

1944

Ewing Maurice, Willian (1906 – 1974) “Teoría de los canales de sonido “
El Geofísico y Oceanógrafo americano presenta su teoría de los “Canales de sonido en el mar”.

Según la misma, existen canales en el medio marino por los cuales el sonido puede viajar grandes distancias sin sufrir grandes pérdidas por absorción del mismo, estos canales vendrían proporcionados por las diferentes capas de agua debido a su diferente temperatura, salinidad y presión.

1945

Manual del sonarista 1945 perteneciente al Uss Pampanito SS-383 (Clase Balao) comisionado 6 noviembre 1943

En este manual se encontraba todo lo conocido hasta la fecha sobre sonar y fue de obligado cumplimiento por parte de los operadores de sonar.

En el manual venían explicadas muchas situaciones ya conocidas y los procedimientos a seguir en cada una de las operaciones en las que intervenía el sonar, incluía manejo, como reportar contactos, manejo de la “Eco Sonda”, batitermógrafo y Tdc.

1950

Nuevo tipo de sonar, el 163A. Los componentes se reducen y el transductor también, siendo este rotado eléctricamente, estas modificaciones facilitaron su instalación en buques más pequeños.

Nuevo tipo de sonar 164B , este estaba pensado para controlar el lanzamiento de los “Erizos” o “Hedgehog” , fue montado principalmente en fragatas y destructores, este nuevo equipo contaba con equipos individuales de Distancia, Marcación y Profundidad que suministraban datos al mismo.

Nuevo tipo de sonar AN/SQS 10 , el nuevo tipo de sonar sería totalmente diferente a los anteriores, éste era omnidireccional y sus transductores no utilizaban un oscilador de cuarzo en su lugar se utilizó la "Magnetoestricción", tenía dos transductores uno dedicado a al modo búsqueda “Search” y otro especialmente diseñado para poder mantener el contacto si éste se encontraba muy cerca del buque o muy profundo “MCC” (Maintenance of Close Contact), este modo era seleccionable por el operador de la consola , este cambio daría lugar a la eliminación de la zona muerta del sonar y al incremento de la distancia efectiva de detección, pasando esta de unas 2.000 yardas con los equipos anteriores a unas 6.000 con este equipo y buenas condiciones, este fue el primer sonar avalado por las siglas AN.

1958
Primeros sonares experimentales VDS o de profundidad variable por parte de EE.UU., con estos se conseguía eliminar los efectos negativos de las capas termales al poder sumergir su transductor por debajo de la misma. Characteristics: sonar AN/SQS 23 Beam Width: 9.25x 9.25 deg; could be varied and widened vertically. Scan Coverage: 360 degree omnidirectional. Range Scales: 1000, 2500, 5000, 10000, 20000, and 40000 yds. Power/Frequency: 60kW/4.5, 5 and 5.5 kc. Pulse Length/Repetition: 5, 30, and 120 us./150 cps.

Sonido en el Mar

En el agua, los sonidos se propagan con mayor rapidez y menor pérdida de energía que en el aire; las ondas sonoras y ultrasonoras se transmiten en el mar a una velocidad entre 1.400 y 1.600 metros por segundo, mientras que en la atmósfera la velocidad de propagación es de 340 metros por segundo. Esto se debe a que el agua del mar no se encuentra comprimida, es decir, no se puede reducir a un menor volumen, por lo que la absorción de las ondas sonoras es mínima, contrariamente a lo que sucede en la atmósfera, en donde los sonidos se absorben a distancias muy cortas.

Por las características del agua del mar la velocidad de propagación del sonido cambia de acuerdo con las variaciones de temperatura, salinidad y presión. Cuanto más altas sean estas características del agua, tanto mayor será su velocidad. Por ejemplo, en agua dulce, a una temperatura de 30ºC, es de 1.509,6 metros por segundo, mientras que en el agua del mar, con la misma temperatura, pero con una concentración de sales de 35%, será de 1.546,2 metros por segundo.

Los oceanógrafos han estimado que cuando la temperatura aumenta en un grado centígrado, la velocidad del sonido lo hace en 2,5 metros por segundo; si la salinidad se incrementa en 1%, la velocidad presentará 1,4 metros por segundo de más; y si la presión sube 10 atmósferas, al bajar 100 metros de profundidad, el sonido registra 1,8 metros por segundo de ascenso.

Por cada aumento de velocidad el sonido aumenta aprox.:

Temperatura
1°C
2.5 m/s

Salinidad
1 parte por mil
1.4 m/s

Profundidad
100 metros
1.8 m/s

Links

Link sobre el desarrollo del radar alemán
http://www.warships1.com/Weapons/WRGER_02.htm

Link con un montón de sonidos de hidrófonos y demás
(en un idioma incomprensible para mí creo, que ruso, pero al fin y al cabo muchos sonidos
son identificables)
http://www.tsure.ru/University/Faculties/wmk/interesting/sounds/sounds.htm

Sobre sonar y batitermógrafo:
http://uboat.net/articles/?article=45

Link ASROC
http://www.gyrodynehelicopters.com/asroc.htm

Bibliografia y Documentacion

The history of Sonar, Mary Bellis
http://inventors.about.com/library/inventors/blsonar.htm

John William Strutt “Lord Rayleigh”
http://www-gap.dcs.st-and.ac.uk/~history/Mathematicians/Rayleigh.html

Spilhaus
http://www.arlingtoncemetery.net/spilhaus.htm

“HMCS Aida”
http://webhome.idirect.com/~jproc/sari/sarintro.html

Ewing Maurice, Willian
http://www.rr0.org/EwingMauriceWilliam.html

Manual del sonarista de USS año 1945
http://www.maritime.org/fleetsub/sonar/index.htm

Batitermógrafo
http://www.maritime.org/radio-bath.htm

Cronología del sonar
http://www.de220.com/Electronics/Sonar/Sonar.htm

Caracteristicas sonar AN/SQS 23
http://www.ussjpkennedyjr.org/850son.html

Consolas SQS
http://webhome.idirect.com/~jproc/sari/asd_et2.html

Artículo realizado por Francisco José Santos para U-Historía

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