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n los últimos tiempos he-mos asistido a grandesavances en Robótica eInformática que, entreotras cosas, han impul-sado la evolución de los

vehículos submarinos no tripuladoshasta niveles cada vez mayores desofisticación.

Los primeros vehículos de estetipo, cuyo desarrollo se inició en los años60, fueron los Vehículos Operados Re-motamente (conocidos como ROV, eninglés) que son controlados por opera-dores humanos a través de un cable (ocordón umbilical) que une al vehículocon su plataforma de control (un buque,una plataforma petrolífera, un submari-no, etc.). Inmediatamente estos mini-submarinos encontraron importantesclientes en la industria del petróleo y elgas, de forma que actualmente son im-prescindibles para la inspección, mante-nimiento y reparación de cables, tuberí-as y otras estructuras subacuáticas.

En el mundo militar, diversasmarinas los utilizan también para lacaza de minas o la inspección de cas-cos de buques en busca de posiblesexplosivos adosados. Otras importan-tes aplicaciones son el salvamentomarítimo, la hidrografía o la arqueolo-gía submarina, por citar sólo algunosejemplos.

Una evolución del ROV ha sidoel vehículo autónomo submarino (AUV= Autonomous Underwater Vehicle), enel que el control pasa a tomarlo un or-denador instalado en el propio vehícu-lo, lo cual le permite operar de forma in-dependiente. De esta forma, un AUVes capaz de tomar decisiones en fun-ción de cambios del medio o de los dis-tintos eventos que sus sensores detec-ten y su software interprete. Sus aplica-ciones son similares a las de los ROV,con las ventajas añadidas de poder ac-tuar de forma encubierta y de contarcon suficiente alcance y autonomía pa-ra operar alejados de su plataforma decontrol.

Los AUV fueron desarrolladosen los años 70 tanto por el MIT (Mass-achusetts Institute of Technology) deEstados Unidos como por la Marinasoviética. Sin embargo, como se haindicado, los grandes avances en eldesarrollo de esta tecnología han ve-nido recientemente de la mano de laindustria privada, siendo frecuenteque incluso los vehículos proyectadospor institutos tecnológicos u oceano-gráficos sean comercializados y man-tenidos por empresas. Con la tenden-cia a la baja de los presupuestos deinvestigación en Defensa (por lo me-nos en Occidente), esta evolución pa-rece que no vaya a cambiar en lospróximos años.

PODER NAVAL

E

VEHICULOS AUTONOMOS SUBMARINOSNUEVOS ACTORES EN LAS OPERACIONES NAVALES

Por Juan Ramón Conforto Sesto, CC AE

704 Navales Final.qxp 11/03/2010 09:13 p.m. Página 139

Características de un AUV

Los elementos y el diseño deun AUV son básicamente los mismosde un submarino convencional. UnAUV típico tiene un casco de formacilíndrica o ahusada y está impulsadopor baterías eléctricas, o bien por célu-las de combustible que accionan unahélice situada a popa. El control se con-sigue a través de la propia hélice, deplanos de deriva y de profundidad y dehidrorreactores. Naturalmente, incorpo-ran uno o varios sistemas de navega-ción (inercial, giroscópica, etc.) y con-trol, así como módems acústicos paracomunicaciones submarinas.

Las dimensiones de un AUVvan desde el metro y medio a los sietemetros, siendo los mayores normal-mente aquellos diseñados para operara mayor profundidad. La velocidadmáxima en inmersión ronda los cuatrou ocho nudos, según el modelo.

La instrumentación que puedemontar el vehículo (payload) la integraun amplio espectro de sensores y dis-positivos: sónares (batimétricos, de ba-rrido lateral, de apertura sintética, etc.),sensores CTD (Conductividad, Tem-peratura y Profundidad), ecosondas, vi-

deocámaras, etc. Normalmente losAUV tienen un diseño modular paraque pueda instalarse un tipo u otro desensores, dependiendo de la misión,proporcionando así una gran versatili-dad de uso.

Como ejemplo de AUV mode-lo, la figura 1 muestra un esquema delvehículo MUSCLE del NURC en el quese localizan los distintos sistemas e ins-trumentos. La zona de instrumentaciónen este caso incorpora como sensorprincipal un sonar de apertura sintética(SAS) de alta resolución. Otra particu-laridad de este AUV es que utiliza unahélice articulada en lugar de aletas mó-viles para el control de dirección.

Cuando el vehículo está en su-perficie puede utilizar los sistemas decomunicación por radiofrecuencia (RF)y determinar su posición medianteGPS. Una vez sumergido, la navega-ción se realiza mediante un sistemainercial, aunque el vehículo cuenta tam-bién con sistemas precisos de posicio-namiento acústico submarino de tipoUSBL (Ultra Short Base Line) y LBL(Long Base Line). La baliza luminosase utiliza para facilitar la localización vi-sual y recuperación del AUV una vezcompletada la misión.

Figura 1: Esquema del vehículo MUSCLE y sus principales elementos.

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Las reducidas dimensiones delos AUV dificultan su detección. Si te-nemos en cuenta que los submarinosconvencionales son capaces de llegarde forma desapercibida a distancias detiro contra buques de fuerzas navalesperfectamente equipadas y entrenadascon lo mejor en guerra antisubmarina -recuérdese el caso del submarino chinoclase Song que emergió frente al portaa-viones USS Kitty Hawk en 2006 (1), oel del argentino Tipo 209 ARA San Luisdurante la Guerra de las Malvinas, quede no ser por un fallo técnico pudo habertorpedeado a una fragata británica (2)-,podemos ser conscientes de la dificultadque entrañaría la detección de un pe-queño y silencioso AUV.

Planeadores submarinos

Los planeadores submarinos(denominados Underwater Gliders, osimplemente Gliders, en inglés), son si-

milares a los AUV pero, en lugar de con-fiar su propulsión a una hélice utilizan suforma hidrodinámica, alas y cambios deflotabilidad (mediante el efecto hidrostáti-co de sus tanques de lastre) para pla-near, realizando movimientos en zigzagvertical, con un característico patrón detrayectoria en forma de diente de sierraentre la superficie y el fondo del océano.Su bajo consumo energético les dota deuna autonomía de meses en el mar sinnecesidad de intervención humana.

En el curso de una misión, elplaneador se acerca periódicamente ala superficie para comunicarse vía sa-télite, transmitir los datos recogidos yrecibir nuevas instrucciones.

Figura 2: Vehículo autónomo submarino Ocean Explorer del NURC.

____________(1) Moss, Treffor: Power to the people: China's military moderni-

zation, part one. Jane's Defence Weekly, 45 (30), 2008, pp. 26-30.

____________(2) ScoTT, Richard: New coastal submarino concepts get ready

to break the surface. Jane's Intemational Defence Review, 41,june 2008, pp. 71-77.


Si el AUV es muy difícil de de-tectar, el planeador lo es aún más: esdel mismo o incluso de menor tamaño,no emite prácticamente ninguna señalacústica y la única radiación que puedeemitir es aquella de sus propios senso-res, que es muy limitada. Constituye,pues, no sólo una magnífica plataformapara recoger datos durante largos pe-riodos de tiempo, sino también un ex-celente espía.

Aplicaciones de los AUV en las operaciones navales

A continuación efectuamos unrepaso de aquellos aspectos de la gue-rra naval donde los AUV son más utili-zados.

Medidas Contraminas

El primer uso documentado delos AUV en el curso de una operaciónnaval tuvo lugar frente al puerto iraquíde Umm Qasr en el año 2003, cuando

un vehículo Remus 100 de la Marinanorteamericana procedió a reconocercon su sonar de barrido lateral todoslos accesos al puerto en busca de mi-nas y otros peligros sumergidos paralas fuerzas expedicionarias (3). Actual-mente los vehículos submarinos sonmuy comunes en los ejercicios navalesde la OTAN.

Las minas submarinas son es-pecialmente difíciles de detectar cuan-do yacen sobre fondos marinos irregu-lares (aún más si hay vegetación), o seencuentran parcialmente enterradas.Otras veces puede ser difícil distinguir-las de otros objetos sumergidos, ya se-an rocas, restos de pecios o materialesde desecho. También puede ocurrir quela mina esté emplazada en una zonade difícil acceso para los buques caza-minas y sus sensores. En todas lassituaciones anteriores el AUV resulta


Figura 3: Planeador submarino Spray.

____________(3) ScoTT, Richard: Clearing the way: UUVs evolve to meet-

frontline MCM requirements. Jane's International Defence Re-view, 41 (2008), pp. 42-48.



una plataforma ideal, puesto que puedeacercarse a una mina u otro objeto sos-pechoso con menor riesgo de activarsu explosión por su menor firma acústi-ca, magnética o de presión que la deun navío. Por su menor tamaño y ope-ración submarina puede llegar a sitiosde difícil acceso para el cazaminas.Junto a esto, su mayor valor reside enque evita exponer vidas humanas ycostosos buques en zonas minadas.

Debido a la reducida visibilidadbajo el agua, los AUV usados en medi-da contraminas (MCM) cuentan con unsonar como sensor principal para la ob-servación del fondo marino. Los sona-res modernos son capaces de obtenerimágenes con resoluciones de pocoscentímetros, siendo el tipo de sonarmás utilizado el de barrido lateral (Side-Scan, en inglés). Este tipo de sonar tie-ne la desventaja de que su resolucióndecrece con la distancia de observa-ción, un limitación que no afecta a losmás avanzados sónares de aperturasintética (SAS), que ofrecen resoluciónconstante hasta rangos de varios cen-tenares de metros.

En la figura 4 se muestran dosvistas de un objeto cilíndrico de unos

cuatro metros de longitud (muy posible-mente una antigua mina de la SegundaGuerra Mundial) obtenidas por el SASdel vehículo MUSCLE durante la re-ciente campaña oceanográfica Colo-ssus 2 en el mar Báltico. Las imágenestienen una resolución de cinco centíme-tros por píxel y han sido obtenidas a 5 y145 metros de distancia, lo que da unaidea de la calidad de imagen que puedeobtenerse con este tipo de sensor.

Utilizando las detalladas imá-genes proporcionadas por los sonaresde apertura sintética (SAS) o de barri-do lateral y el procesado de la imagencon técnicas de reconocimiento auto-mático de blancos (Automated TargetRecognition, ATR, en inglés), es posi-ble determinar que objetos asentadosen el fondo marino son potencialmenteminas. Complementariamente, el AUVpuede utilizar otro tipo de sónares uotros sensores no acústicos (magnetó-metros, videocámaras, etc.) para con-seguir mayores niveles de precisión ensu análisis.

Así pues, un AUV en configu-ración contraminas podría contar conla siguiente combinación de sensores:un sonar de apertura sintética para

Figura 4: Dos vistas de un objeto cilíndrico de unos cuatro metros de longitud observado a 55 metros (izquierda) y 145 m (derecha) dedistancia mediante el sonar de apertura sintética del vehículo MUSCLE. La resolución de las imágenes es de cinco centímetros por píxel.


literalmente ver las minas; un sonar debaja frecuencia, cuya señal pueda pe-netrar en los sedimentos (donde pue-de haber minas parcial o totalmenteenterradas); un sensor magnético pa-ra detectar los componentes metáli-cos; y un sensor químico para detectartrazas de explosivos (4).

Evaluación Rápida de las Condicio-nes Ambientales

El conocimiento de la orogra-fía marina y de las condiciones am-bientales del lugar donde se va a rea-lizar una operación naval es funda-mental para una correcta implementa-ción de la misma. Esta caracterizaciónfísica del teatro de operaciones se de-nomina Evaluación Rápida de lasCondiciones Ambientales (Rapid En-vironmental Assessment, REA, en in-glés). La adquisición de esta informa-ción ambiental debe realizarse de for-ma segura y encubierta. Estos dos as-pectos hacen que los AUV y planea-dores submarinos sean de especialinterés para esta actividad.

Estos robots autónomos pue-den realizar incursiones discretas enaguas territoriales ajenas para propor-cionar información batimétrica, oceano-gráfica e hidrográfica de la misma. Lainformación adquirida se transmite me-diante sistemas de comunicación sate-litales al buque nodriza. Una vez recibi-da, dicha información se asimila en mo-delos de simulación numérica para pro-porcionar diagnósticos y pronósticos delas condiciones ambientales en dichoterritorio.

Vigilancia de puertos

El auge del terrorismo en estadécada, ha dado una importante rele-

vancia a la protección y vigilancia delas instalaciones portuarias y de losbuques presentes. No es preciso recal-car las graves consecuencias huma-nas, medioambientales y económicasque pueden suponer los atentados con-tra buques de pasaje, petroleros, mer-cantes cargados con productos quími-cos, etc.

Una forma natural de entradade terroristas -u otro tipo de intrusos -son las propias aguas del puerto: nada-dores, buceadores y, por supuesto,también AUV, minisubmarinos y pe-queñas embarcaciones. Desde el pun-to de vista de la detección, cada una deestas amenazas tiene sus propias pe-culiaridades, que se traducen en diver-sos tipos y/o configuraciones de senso-res (5).

Además de la propia vigilanciacon fines antiterroristas y contra otrostipos de intrusos, existen otras activida-des complementarias de protección depuertos en las que los AUV colaborande forma efectiva:- Verificación de las condicionesdel casco de los buques en el puerto. - Verificación de la correctaseñalación y navegabilidad de loscanales. - Verificación del estado de lasinstalaciones del puerto.- Determinación de la seguridadmedioambiental del puerto.- Detección de la entrada defauna marina a través de los cambiosdel agua de los tanques de lastre.


____________(4) Bovio, E.: Autonomous underwater vehicles for port protec-

tion. International conference on new concepts for harbour pro-tection. Littoral security and shallow-water acoustic communica-tions (Istanbul, 4-8 julio 2005).

____________(5) KESSEL, Ronald T.: Protection in ports: countering under-

water intruders. Undersea Defence Technology Europe (Ná-poles, 5-7 junio 2007).



El papel del AUV reside, fun-damentalmente, en los siguientes co-metidos:- El reconocimiento o patrulla re-gular de las aguas portuarias para de-tectar con sus sensores la presencia deintrusos, peligros medioambientales(vertidos de combustible u otros pro-ductos contaminantes), etc.- La inspección automática delos cascos de los buques fondeados oamarrados en busca de explosivos a-dosados o de grietas y fisuras.- La prospección hidrográficadetallada del puerto y sus accesos conel fin de catalogar con el máximo deta-lle todos los objetos del fondo. Una vezrealizada la batimetría y catalogaciónde objetos es mucho más fácil descu-brir, en el curso de posteriores patru-llas, la presencia de nuevos objetos ainvestigar e identificar (6).

Además de grandes exigen-cias de precisión de los sensores, de-bemos señalar que semejante nivel dedetalle en el posicionamiento de losobjetos sumergidos exige forzosamen-te sistemas de navegación GPS, iner-cial y/o posicionamiento acústico sub-marino (USBL o LBL). Además, el tran-sitado entorno portuario impone espe-ciales exigencias al sistema de detec-ción de obstáculos integrado en el AUV.

Guerra antisubmarina

Como ya hemos mencionadoanteriormente, los submarinos moder-nos son cada vez más difíciles de de-tectar. La situación será todavía más di-fícil para las fuerzas antisubmarinas enel futuro: los submarinos serán cadavez más silenciosos y raramente emer-gerán gracias a la propulsión indepen-diente del aire. Los revestimientos ane-coicos los hacen detectables sólo a

pequeñas distancias. Incluso están endesarrollo sistemas para disminuir laintensidad de las olas internas genera-das por el propio avance del submarinobajo el agua. A esta dificultad crecientede detección cabe añadir el aumentode capacidades OTHT de los nuevossubmarinos con sistemas de misilesantibuque lanzables en inmersión y dealcance superior a los de cualquier sis-tema de detección sonar (7).

Además, la progresiva miniatu-rización de los sistemas y su automati-zación permite prever un futuro cercanocon submarinos convencionales máspequeños y con tripulaciones muy redu-cidas, que operarán principalmente cer-ca de la costa y/o en aguas someras.

En este escenario, los AUVoperarán desde ambos bandos: seacomo vehículos de exploración auxiliardel propio submarino o bien como unaplataforma adicional de sensores paralas fuerzas antisubmarinas, actuandoindependientemente o como parte de unconjunto coordinado de efectivos. Esteúltimo concepto es importante dada laimportancia que están cobrando los sen-sores multiestáticos, que requieren emi-sores y receptores situados en localiza-ciones distintas. En este caso el AUVactuará, según convenga, como emisoro receptor en el contexto de estas redesde sensores que, como ya ha sido de-mostrado, aumentan notablemente lasposibilidades de detección (8). ____________(6) TRUVER, SCOtt C.: Mines and underwater IEDs in US

ports and waterways. Naval War College Review (2008), v.61(1), pp. 106-127.

____________(7) ZIMMERMAN, Stan: Submarine technologyfor the 2]st cen-

tury. Victoria: Trafford, 2000.

____________(8) BEEN, R., Hughes; D. T., VERMEIJ, A.: Heterogeneous un-

derwater Networks for ASW. Undersea Defence TechnologyEurope (Glasgow, 10- 12 junio 2008).


La versatilidad de los sensoresque un AUV puede incorporar quedademostrada con la matriz acústicaremolcada SLITA (Slim Towed Array),desarrollada por el NURC especial-mente para su uso en vehículos autó-nomos submarinos (9).

Temas pendientes y aspectos amejorar

Los AUV, como toda tecno-logía naciente, tienen sus limitaciones.En primer lugar, la autonomía que pro-porcionan las baterías que los propul-san, y en segundo, el sistema de lan-zamiento y de recuperación, que es deespecial importancia para aquellas apli-caciones militares en que deban operarcerca de (o directamente en) aguasenemigas.

Las baterías eléctricas clásicastienen gran limitación de autonomía. Aligual que en los propios submarinos o

diversos modelos de torpedos, la solu-ción parece encontrarse en los siste-mas de propulsión independiente delaire (AIP), tales como las mencionadascélulas de combustible. La investiga-ción en estas tecnologías ha dado pa-sos de gigante y en un futuro a corto omedio plazo se espera que aparezcanversiones de bajo costo de este tipo deimpulsores. Vale la pena mencionarque también la industria automovilísticaestá investigando en este tipo de siste-mas como alternativa a los actualesmotores de combustión interna.

A nivel de limitaciones tambiéncabe señalar la capacidad de almace-namiento y transmisión de datos. Lagran cantidad de información generadapor los modernos sensores (por ejem-plo, las imágenes generadas por un so-nar de apertura sintética) debe ser al-


Figura 5: Otra imagen de un vehículo Ocean Explorer, esta vez mostrando la matríz acústica remolcada SLITA, desarrollada por el NURC.

____________(9) BARBAGELATA, A.; GUERRINI, P.; TROIANO, L.: Thirty

years of towed arrays at NURC. Oceano r hy (2008)1, v. 21, n.2, pp. 24-33.



macenada y preprocesada en el propiovehículo, antes de su transmisión. Pos-teriormente deberá de disponerse delsuficiente ancho de banda de transmi-sión que permita su transferencia en untiempo breve. Es éste, no obstante, uncampo en el que también se está asis-tiendo a espectaculares progresos tec-nológicos, tanto a nivel de almacena-miento y preprocesado como de proto-colos y tecnologías de comunicaciones.

La inmensa mayoría de losAUV están proyectados para ser lanza-dos al agua desde buques o instalacio-nes de superficie utilizando grúas uotros dispositivos similares. La necesi-dad de poder desplegar y recuperar es-tos vehículos en zonas alejadas y/o deforma encubierta ha propiciado nuevoavances. Ya se han efectuado lanza-mientos de AUV desde los tubos lanza-torpedos de submarinos (10) y tambiénse está investigando en la posibilidadde transportarlos acoplados al cascode submarinos para su oportuno lanza-miento y recuperación desde el mismo.

Conclusiones

Los vehículos autónomos sub-marinos han superado la fase experi-mental han sido incorporados por lasprincipales marinas del mundo comoplataformas de todo tipo de sensoressubmarinos. El aumento de su fiabili-dad y prestaciones, a la par de la re-ducción de costo, los sitúan al alcancede la mayor parte de las marinas deguerra.

Nuevas capacidades y con-ceptos operativos en áreas clave, comola vigilancia y el reconocimiento maríti-mo, o las medidas contraminas, estánemergiendo de la mano de esta tecno-logía. En los próximos años veremossu uso de forma regular en las opera-ciones navales.

De “REVISTA GENERAL DE MARINA”, JUN/2009

____________(10) GLASSBOROW, Kety: USN submarine launches covert

AUV.Jane´s Navy International, 01/2006.

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