https://navalpost.com/how-do-submarines-communicate-with-the-outside-world/
Durante a Guerra Fria, foram desenvolvidos submarinos movidos a energia nuclear que podiam ficar submersos por meses. No caso de uma guerra nuclear, submarinos com mísseis balísticos submersos devem ser acionados rapidamente para lançar seus mísseis, porém a dificuldade na comunicação pode atrasar o recebimento de ordens. A transmissão de mensagens para esses submarinos é uma área ativa e intensa pesquisa.
Para manter os submarinos seguros abaixo da superfície, os comandos navais começaram a explorar a extremidade mais baixa do espectro de rádio. Enquanto as bandas de alta frequência (HF: 3 MHz a 30 MHz) e baixa frequência (LF: 30 kHz a 300 kHz) são perfeitamente capazes de alcançar todo o globo graças à refração ionosférica, a alta condutividade da água do mar atenua rapidamente os sinais nessas bandas.
Diminuindo um pouco o espectro, a banda de frequência muito baixa (VLF: 3 kHz a 30 kHz) começa a exibir uma penetração decente da água do mar, até uma profundidade de talvez 20 metros. Indo ainda mais longe no espectro, os sinais na banda de frequência extremamente baixa (ELF: 3 Hz a 30 Hz) são capazes de penetrar 120 metros de água do mar, o que é profundo o suficiente para qualquer submarino manter sua discrição.
Existem muitos métodos de comunicação subaquática em uso/em desenvolvimento. Vamos verificar alguns deles mais detalhadamente:
Telefone Subaquático
Um telefone subaquático, às vezes chamado Gertrude, também é usado para se comunicar com submersíveis. O telefone subaquático é todo sistema controlado por microprocessador, que possibilita a comunicação entre submarinos e embarcações através de ondas acústicas submarinas. Comunicações feitas de duas maneiras, incluindo os modos de telefone e telégrafo. Estão disponíveis versões fixas do telefone subaquático para embarcações e versões portáteis para bots de resgate. Geralmente funciona entre 2 kHz a 40 kHz.
Frequência muito baixa
Ondas de rádio VLF (3–30 kHz) podem penetrar na água do mar até algumas dezenas de metros e um submarino em pouca profundidade pode usá-las para se comunicar. Uma embarcação navegando mais profunda pode usar uma boia equipada com uma antena em um cabo longo. A boia sobe a alguns metros abaixo da superfície e pode ser pequena o suficiente para não ser detectada pelo sonar e radar inimigo. No entanto, esses requisitos de profundidade restringem os submarinos a curtos períodos de recepção, e a tecnologia de guerra antissubmarino pode ser capaz de detecta-la ou sua antena nessas profundidades rasas.
O ruído de fundo natural aumenta à medida que a frequência diminui, portanto, é necessária muita energia irradiada para superá-lo. Pior ainda, pequenas antenas (em relação a um comprimento de onda) são inerentemente ineficientes. Isso implica em altas potências de transmissão e antenas muito grandes cobrindo quilômetros quadrados. Isso impede que os submarinos transmitam em VLF, mas uma antena relativamente simples (geralmente um longo fio à direita) será suficiente para a recepção. Ou seja, as VLF são sempre de mão única, de terra para barco. Se for necessária comunicação bidirecional, o barco deve subir mais perto da superfície, levantar um mastro de antena para se comunicar em frequências mais altas, geralmente HF e acima.
Devido às estreitas larguras de banda disponíveis, a transmissão de voz é impossível; apenas dados lentos são suportados. As taxas de transmissão de dados VLF são em torno de 300 bits/s, portanto, a compactação de dados é essencial.
Apenas alguns países operam instalações VLF para comunicação com seus submarinos: Noruega, Estados Unidos, Rússia, Reino Unido, Alemanha, Turquia, Austrália, Paquistão e Índia.
Frequência extremamente baixa
Ondas eletromagnéticas nas faixas de frequência ELF e SLF (3-300 Hz) podem penetrar na água do mar a profundidades de centenas de metros, permitindo que os sinais sejam enviados aos submarinos em suas profundidades operacionais. Construir um transmissor ELF é um desafio formidável, pois eles precisam trabalhar em comprimentos de onda incrivelmente longos: o sistema Project ELF da US Navy, que era uma variante de um sistema maior proposto sob o codinome Projeto Sanguine, operado a 76 Hertz, o sistema soviético/russo (chamado ZEVS) em 82 Hertz. Este último corresponde a um comprimento de onda de 3.656,0 quilômetros. Isso é mais de um quarto do diâmetro da Terra. Obviamente, a antena dipolo usual de meio comprimento de onda não pode ser construída de forma viável.
Em vez disso, alguém que deseja construir tal instalação tem que encontrar uma área com condutividade de terra muito baixa (um requisito oposto aos locais usuais de transmissores de rádio), enterrar dois eletrodos enormes no solo em locais diferentes e, em seguida, alimentar linhas para eles de um estação no meio, na forma de fios em postes. Embora outras separações sejam possíveis, a distância usada pelo transmissor ZEVS localizado perto de Murmansk é de 60 quilômetros (37 milhas). Como a condutividade do solo é ruim, a corrente entre os eletrodos penetrará profundamente na Terra, essencialmente usando uma grande parte do globo como antena. O comprimento da antena em Republic, Michigan, foi de aproximadamente 52 quilômetros (32 milhas). A antena é muito ineficiente. Para acioná-lo, parece ser necessária uma usina de energia dedicada, embora a potência emitida como radiação seja de apenas alguns watts.
Devido à dificuldade técnica de construir um transmissor ELF, os EUA, China, Rússia e Índia são as únicas nações conhecidas por terem construído instalações de comunicação ELF. Até ser desmontado no final de setembro de 2004, o American Seafarer, mais tarde chamado de sistema Project ELF (76 Hz), consistia em duas antenas, localizadas em Clam Lake, Wisconsin (desde 1977), e em Republic, Michigan, na Península Superior ( desde 1980). A antena russa (ZEVS, 82 Hz) está instalada na Península de Kola, perto de Murmansk. Foi notado pelo Ocidente no início de 1990. A Marinha da Índia tem uma instalação de comunicação VLF operacional na base naval INS Kattabomman para se comunicar com seu submarinos class Arihant e classe Akula. A partir de 2012, esta instalação estava sendo atualizada para também transmitir comunicações ELF. A China, por outro lado, construiu recentemente a maior instalação ELF do mundo, aproximadamente do tamanho da cidade de Nova York, para se comunicar com suas forças submarinas sem que elas tenham que vir à tona.
A instalação de transmissores ELF da US Navy Clam Lake, Wisconsin, é usada para se comunicar com submarinos profundamente submersos. Os direitos de passagem das duas linhas de transmissão aéreas perpendiculares de 14 milhas (23 km) que constituíam a antena dipolo terrestre que irradiava as ondas ELF podem ser vistas no canto inferior esquerdo. Foi operado entre 1989 e 2004.
Transmissão acústica
O som viaja longe na água, e alto-falantes e hidrofones subaquáticos podem cobrir uma grande lacuna. Aparentemente, tanto a marinha americana (SOSUS) quanto a russa colocaram equipamentos de comunicação sônica no fundo do mar de áreas frequentemente percorridas por seus submarinos e os conectaram por cabos de comunicação subaquáticos às suas estações terrestres. Se um submarino se esconder perto de tal dispositivo, ele pode ficar em contato com sua sede.
Tecnologia de rádio padrão
Um submarino na ou próximo à superfície pode usar comunicações de rádio comuns. Os submarinos podem usar frequências navais nas faixas de HF, VHF e UHF (ou seja, bandas) e transmitir informações por meio de técnicas de modulação de voz e de dados. Quando disponíveis, os sistemas de satélite de comunicações militares dedicados são preferidos para comunicações de longa distância, pois o HF pode revelar a localização do submarino. O sistema da US Navy é chamado Submarine Satellite Information Exchange Sub-System (SSIXS), um componente do Sistema de Comunicações por Satélite de Alta Frequência da Marinha (UHF SATCOM).
Combinando transmissões acústicas e de rádio
Uma tecnologia recente desenvolvida por uma equipe do MIT combina sinais acústicos e radar para permitir que submarinos submersos se comuniquem com aviões. Um transmissor subaquático usa um alto-falante acústico apontado para a superfície. O transmissor envia sinais sonoros multicanal, que viajam como ondas de pressão. Quando essas ondas atingem a superfície, elas causam pequenas vibrações. Acima da água, um radar, na faixa de 300 GHz, reflete continuamente um sinal de rádio na superfície da água. Quando a superfície vibra levemente graças ao sinal sonoro, o radar pode detectar as vibrações, completando a jornada do sinal do alto-falante subaquático para um receptor no ar. A tecnologia é chamada de comunicação TARF (Translational Acoustic-RF), pois utiliza uma tradução entre sinais acústicos e de RF.
Modems Subaquáticos, Projeto JANUS
Em abril de 2017, o Centro de Pesquisa e Experimentação Marítima da OTAN anunciou a aprovação do JANUS, um protocolo padronizado para transmitir informações digitais debaixo d'água usando som acústico (como modems e aparelhos de fax fizeram em linhas telefônicas analógicas).
Satélites e telefones celulares, construídos com padrões internacionais, ajudam o mundo a se conectar. Mas a tecnologia de comunicação que usamos em terra não funciona bem debaixo d'água. Como a água cobre mais de 70 por cento da superfície da Terra, a OTAN patrocinou pesquisas para estabelecer o primeiro padrão digital de comunicações subaquáticas.
Documentado no STANAG 4748, ele usa frequências de 900Hz a 60kHz em distâncias de até 28 quilômetros (17 mi). Está disponível para uso com dispositivos militares e civis, da OTAN e não pertencentes à OTAN; foi nomeado após o deus romano dos portões, aberturas, etc.
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