O oceano representa um cenário singular onde ondas de rádio e luz visível nem sempre são a melhor forma de sensoreamento, especialmente no ambiente subaquático. Sob a superfície, onde as ondas do radar alcançam poucos metros e a escuridão é crescente à medida que se desce, o controle não é disputado pela visão, mas pelo som. Nesse ambiente hostil, o sonar emerge como os olhos e os ouvidos das forças navais, sendo uma tecnologia estratégica indispensável para a sobrevivência e às operações de meios navais.
Diferente das versões civis utilizadas para a pesca ou mapeamento do relevo, os sonares que servem às marinhas de guerra, operam sob a lógica do sigilo e da precisão extrema. Este equipamento opera as ondas sonoras tal qual um radar opera as ondas eletromagnéticas. Operadores altamente treinados escutam o oceano, tentando identificar dentre os diversos sons marinhos, àqueles que tenham interesse militar, como a assinatura acústica única de um submarino inimigo em meio ao ruído de fundo sem valor, como o da fauna marinha.
Mais do que um simples instrumento de navegação, o sonar é o coração da guerra antissubmarino (ASW) e da proteção de frotas contra minas e ameaças submersas. Em um jogo de esconde-esconde de proporções globais, dominar a acústica subaquática significa a diferença entre detectar uma ameaça a tempo ou ser surpreendido pelo inimigo nas profundezas.
Como Funciona
Este sistema baseia-se na emissão ou captação de ondas acústicas. A água do mar funciona como uma barreira quase impenetrável para as ondas eletromagnéticas, como a luz e as ondas de rádio de um radar, que são absorvidas rapidamente após viajarem poucos metros. Em contrapartida, as moléculas de água são muito próximas e elásticas, e permitem que ondas acústicas se propaguem por km com pouca perda de energia. Esta característica do meio aquático define a base de toda a estratégia naval no que tange ao combate submarino.
A operação de um sistema sonar se dá de 2 formas distintas. Cada uma tem uma função estratégica completamente diferente, onde a escolha entre uma ou outra pode significar o sucesso de uma missão ou a detecção pelo inimigo.
O sonar ativo assume o custo de revelar a própria posição em troca de obter a distância e a localização exata de um alvo silencioso. Funcionando de forma análoga a um "radar", ele usa o som em vez de ondas de rádio, e seu funcionamento básico pode ser dividido em 4 etapas principais: O sistema envia um sinal para o transdutor, um dispositivo feito de cristais especiais ou cerâmica piezoelétrica. Esse transdutor converte a energia elétrica em vibrações mecânicas, tal qual uma alto-falante, gerando uma onda de som muito forte e focada na água, o famoso "ping". Como a água é um meio denso, as moléculas transmitem a vibração mecânica rapidamente. O som viaja a cerca de 1.500 m/s (4,5 vezes mais rápido do que no ar). Essa onda viaja em linha reta (teoricamente) pelo oceano até encontrar um obstáculo. Quando a onda sonora atinge um objeto como o casco de um submarino, um cardume ou o fundo do mar, ela bate e ricocheteia. Parte desse som volta na direção de onde veio. O transdutor então faz o trabalho inverso recebendo o eco e o transformando de volta em um sinal elétrico. O computador servo mede com precisão milimétrica o tempo que o som levou para ir e voltar, calculando a distância. Além da distância, os sistemas modernos analisam a distorção do som recebido (Efeito Doppler) para descobrir se o alvo está se movendo, qual a sua velocidade e até o seu tamanho aproximado, exibindo tudo visualmente em uma tela para o operador. A direção do alvo é deduzida pelo azimute da emissão, e com a distância calculada tem-se a posição precisa deste.
Ao contrário do sonar ativo, a operação no modo passivo funciona em silêncio absoluto, atuando exclusivamente como um receptor de som. Enquanto o modo ativo precisa revelar sua própria presença ao emitir um pulso sonoro para “iluminar” o ambiente, o sonar passivo adota uma postura de espreita e ocultação total. Ele permite que um submarino detecte e acompanhe navios inimigos a km de distância sem que eles sequer desconfiem que estão sendo vigiados. Este modo operativo é totalmente dependente dos erros do oponente. Se o alvo estiver completamente parado e com os motores desligados, o sonar passivo não conseguirá detectá-lo. Em vez de apenas registrar um eco genérico, os hidrofones do sonar passivo captam a frequência exata das máquinas e o ritmo das hélices. Esses dados funcionam como uma "impressão digital" acústica, permitindo ao computador identificar o modelo exato do navio ou submarino rastreado, desde que estes dados estejam em sua “biblioteca”. Daí a importância em tempos de paz do acompanhamento destes alvos em potencial a fim de registrar suas características.
Em suma, se o sonar ativo funciona como uma lanterna em um quarto escuro, que clareia o ambiente, mas mostra onde você está, o sonar passivo funciona como um óculos de visão noturna, que depende da energia emitida pelo próprio ambiente para ver sem ser notado.
As Termoclinas
O mar não é homogêneo. A temperatura, a pressão e a salinidade mudam conforme a profundidade e a localização no globo, e isso faz com que a velocidade do som neste meio mude o tempo todo. Na prática, a água do mar funciona como um prisma de vidro que entorta a luz, ou seja, ela distorce as ondas sonoras.
Quando o som atinge a termoclina, a camada onde a temperatura da água cai bruscamente, a velocidade do som diminui drasticamente, fazendo com que a onda sonora sofra refração e mude de direção. Submarinos usam essa distorção para se esconder exatamente abaixo desta camada, criando uma "zona de sombra" onde o sonar dos navios de superfície não consegue penetrar.
São 3 camadas acústicas principais do oceano que afetam diretamente a caça aos submarinos.
A camada de superfície (Mixed Layer) vai da superfície até cerca de 100 a 200 metros de profundidade. Ela é constantemente misturada pelos ventos e pelas ondas, o que mantém a sua temperatura relativamente uniforme. Como a temperatura é constante, o fator que predomina é o leve aumento da pressão conforme se desce. A pressão esmaga a água, tornando-a mais rígida, o que faz a velocidade do som aumentar ligeiramente com a profundidade. Esse aumento na velocidade canaliza o som, criando um "canal de superfície". As ondas do sonar de navios tendem a curvar-se ligeiramente para cima, rebatendo na superfície e viajando por longas distâncias dentro dessa camada. É uma zona excelente para detectar alvos que também estejam na superfície.
A termoclina, a zona de sombra, está localizada logo abaixo da camada de superfície, e é uma faixa onde a temperatura da água despenca abruptamente à medida que se desce. A temperatura tem o maior impacto na velocidade do som. Na água mais quente o som se desloca com maior velocidade. Na termoclina, a queda rápida da temperatura sobrepuja o efeito da pressão. Como resultado, a velocidade do som cai drasticamente. Quando uma onda sonora emitida por um navio na superfície entra na termoclina, ela sofre uma refração severa, desviando-se para baixo, em direção à água mais fria e com velocidade mais lenta. Isso cria a famosa zona de sombra (Shadow Zone), uma região logo abaixo da termoclina onde as ondas do sonar de casco simplesmente não conseguem penetrar. Submarinos usam essa camada como um escudo invisível para se esconder de navios de superfície.
Esse fenômeno cria o Canal SOFAR (Sound Fixing and Ranging), uma espécie de "supervia expressa" acústica no fundo do oceano onde o som pode viajar por milhares de quilômetros sem perder quase nada de energia. Esse efeito cria fenômenos acústicos avançados que os militares exploram. Exatamente no ponto de transição onde a velocidade do som para de cair (fim da termoclina) e começa a subir (início da camada profunda), cria-se o "eixo de velocidade mínima". O som que entra nesse canal fica preso, curvando-se repetidamente para cima e para baixo sem bater na superfície ou no fundo. Submarinos nucleares usam esse canal para ouvir transmissões distantes. Quando os sonares ativos de alta potência dos navios atravessam a camada profunda, a pressão curva o som de volta para a superfície. Essas ondas focam em áreas específicas na superfície, geralmente a cada 50 ou 60 km de distância do navio. Um navio pode não ouvir um submarino a 20 km devido à zona de sombra, mas pode detectá-lo perfeitamente a 60 km através de uma zona de convergência.
Para mapear essas camadas em tempo real, os navios utilizam sensores chamados batitermógrafos (BT), que medem a temperatura e a pressão da água em diferentes profundidades. Com esses dados, os computadores calculam exatamente onde as zonas de sombra estão se formando. Se um submarino estiver escondido abaixo da termoclina, o navio lança o seu sonar de profundidade variável (VDS) ou um helicóptero joga um sonar mergulhante, afundando o sensor abaixo da camada térmica para anular o subterfúgio usados pelos submarinos.
Dentro da Termoclina
Navegar ou lutar dentro da termoclina é uma faca de 2 gumes, frequentemente evitada pelos comandantes, mas usada estrategicamente em momentos muito específicos. Estar dentro dessa camada muda completamente o comportamento do som devido à variação brutal de temperatura e densidade.
Em algumas situações, a estrutura da termoclina, ou logo abaixo dela, onde se forma o canal SOFAR, pode agir como um guia de onda. O som gerado ali dentro não consegue escapar para cima nem para baixo; ele fica rebatendo nas bordas da camada e viaja por distâncias absurdamente longas sem perder força. Se um submarino estiver dentro desse conduto e fizer qualquer barulho como bater uma ferramenta ou ligar uma bomba, esse ruído será canalizado e poderá ser ouvido por um inimigo a centenas de km de distância. É o equivalente a gritar dentro de um tubo de metal.
Como a temperatura ali muda a cada metro de profundidade, a refração do som dentro da própria camada é caótica e imprevisível. O sonar do submarino que está dentro da termoclina sofre distorções massivas. Ele pode receber ecos fantasmas ou simplesmente não conseguir calcular a distância real de um alvo. Ao mesmo tempo em que o submarino fica muito difícil de ser detectado por quem está fora, ele também fica praticamente cego e surdo para o que está acontecendo ao seu redor.
Um comandante pode decidir entrar na termoclina em momentos específicos. Um submarino ao entrar na termoclina, pode desligar quase todos os sistemas, ficar em silêncio ultra-absoluto e pairar ali. Ele se torna um "buraco negro" no oceano. Ele não consegue ouvir bem, mas sabe que ninguém conseguirá achá-lo. Ele espera o inimigo passar perto o suficiente para sair da camada e atacar. Se um submarino foi detectado ou tem um torpedo vindo em sua direção, mergulhar diretamente para dentro da termoclina serve para confundir os sonares de busca dos torpedos inimigos, fazendo com que o armamento perca o travamento (lock) devido à mudança repentina de densidade e velocidade do som.
Em resumo os submarinos preferem operar abaixo da termoclina onde a água é estável, fria e ótima para seus próprios sonares ouvirem o que vem de cima, e usam o "dentro" apenas como um esconderijo temporário de emergência ou para táticas de tocaia.
Tipos de Sonar
Os sonares são classificados não apenas pela forma como lidam com o som (ativos ou passivos), mas principalmente pelo seu modo de instalação, frequência e aplicação estratégica no ambiente em que operam.
O sonar de casco (Hull-Mounted Sonar) é o modelo mais usual e difundido. O sistema de transdutores fica fixado diretamente na proa (frente) ou na quilha (fundo) do navio ou submarino. Pode operar tanto no modo ativo quanto no passivo. Sofre muito com o ruído gerado pelo próprio motor da embarcação e deve ser montado o mais longe possível deste, e pela turbulência da água batendo no casco, o que pode mascarar alvos distantes. Para operar este tipo de sonar a embarcação deve navegar de forma mais lenta possível de forma a emitir o menor nível de ruído.
Sendo o modelo mais tradicional e difundido do mundo, ele é a "linha de frente" da detecção subaquática, mas exige uma disciplina operacional rígida devido aos seus problemas inerentes. Para mitigar a turbulência da água que bate na proa e mascararia os alvos, os transdutores são protegidos por uma estrutura aerodinâmica chamada domo de sonar, geralmente feita de borracha reforçada ou fibra de vidro especial, que deixam o som passar perfeitamente sem criar arrasto ou bolhas. A velocidade é a maior inimiga deste sonar. Se o navio acelera, o fluxo da água pelo casco gera um "ruído de fluxo" (flow noise) ensurdecedor para os sensores. Navegar lentamente não serve apenas para o navio fazer menos barulho para os outros (silêncio tático), mas também para conseguir ouvir melhor.
O sonar de profundidade variável (VDS - Variable Depth Sonar), é um tipo de equipamento usado para captor o som em diferentes camadas. A água do mar possui diferentes camadas de temperatura e salinidade que desviam as ondas sonoras, criando "zonas de sombra" onde os submarinos procuram se esconder. O VDS é um equipamento pesado e blindado, abaixado por um cabo de aço na traseira do navio. O navio pode regular a profundidade exata do sonar para colocá-lo abaixo dessas camadas térmicas, anulando o esconderijo dos submarinos inimigos.
A capacidade de regular a profundidade é o que quebra a principal defesa de um submarino: as termoclinas. Como a velocidade do som muda drasticamente com a temperatura e a pressão, uma camada de água fria logo abaixo de uma camada quente funciona literalmente como um "espelho acústico". Se o sonar do navio estiver fixo no casco (perto da superfície), o ping atinge essa camada térmica e é desviado para cima ou para longe, criando a chamada zona de sombra onde o submarino navega de forma indetectável.
Ao lançar este equipamento o navio ganha 3 vantagens táticas. O VDS atravessa fisicamente a termoclina. Se o submarino está escondido na água fria profunda, o VDS dá o ping diretamente dentro dessa mesma camada, destruindo o efeito de refração. Ao afastar os sensores (hidrofones/transdutores) do casco do navio, o sonar fica livre do barulho gerado pelas próprias máquinas e hélices da embarcação que o reboca, tornando a recepção infinitamente mais clara. Por ser pesado, hidrodinâmico e blindado, o VDS consegue manter a estabilidade e a profundidade desejada mesmo enquanto o navio se move em velocidades consideráveis na superfície. Essa tecnologia transforma o oceano de um labirinto de pontos cegos em um ambiente tridimensional totalmente monitorado.
O sonar de matriz rebocada (Towed Array Sonar), foi criado para escapar do barulho do próprio navio, e seus hidrofones (microfones subaquáticos) são colocados dentro de um longo cabo flexível. O cabo (que pode ter km de extensão) é lançado na popa e rebocado a uma distância segura do navio. Opera predominantemente como um sonar passivo de altíssima sensibilidade. Ele consegue "escutar" submarinos inimigos a distâncias enormes, pois fica livre do ruído do navio operador.
Enquanto o VDS foca em "perfurar" as camadas térmicas para caçar de forma ativa, a matriz rebocada adota uma filosofia de espreita passiva de longa distância. Colocar os hidrofones em um cabo flexível que chega a ter km de extensão resolve o maior problema de qualquer navio de guerra: o barulho de suas próprias máquinas, geradores e a cavitação de suas hélices (conhecido como self-noise).
O sonar de matriz rebocada introduz dinâmicas táticas e operacionais fascinantes no oceano. Na física do som, quanto maior for a linha de receptores (a abertura da matriz), mais baixas são as frequências que ela consegue captar. Como os submarinos modernos emitem ruídos em frequências extremamente baixas para tentar passar despercebidos, o comprimento quilométrico desse cabo é justamente o que permite "sintonizar" esses sons quase imperceptíveis. Como o cabo é uma linha reta perfeita de microfones no meio do oceano, quando ele capta um ruído vindo de um lado, os hidrofones não conseguem distinguir sozinhos se o som vem da esquerda (bordo) ou da direita (boreste). Para resolver essa ambiguidade, o navio operador precisa realizar uma manobra suave de zigue-zague. Ao mudar o ângulo do cabo, os computadores comparam a variação do tempo de chegada do som e determinam o lado real do alvo. Por ser um cabo imenso arrastado na popa, o navio perde agilidade. Curvas fechadas ou mudanças bruscas de velocidade podem fazer o cabo afundar demais, curvar-se sobre si mesmo ou até se romper, exigindo uma navegação muito calculada e suave durante a operação.
O sonar mergulhante (Dipping Sonar) é um tipo de sonar dinâmico, operado não por navios, mas por helicópteros navais de guerra antissubmarino (ASW). O helicóptero paira sobre o oceano e joga um dispositivo de sonar preso por um cabo diretamente na água. Permite cobrir grandes áreas rapidamente sem expor navios a riscos, coletando dados e retornando o sensor ao helicóptero logo em seguida.
A operação pode ser tanto ativa quanto passiva, mas o seu uso principal e de maior destaque tático ocorre no modo ativo. O transdutor é baixado por um cabo de aço enquanto a aeronave faz um voo pairado sobre a água. Ele se destaca em ambos os modos devido à sua flexibilidade: A função de sonar ativo é a primordial do sonar mergulhante. O helicóptero mergulha o sensor na água e dispara pulsos sonoros (pings) de alta potência. Como o helicóptero não está flutuando, o submarino inimigo não consegue contra-atacar a aeronave. Portanto, o helicóptero não precisa se preocupar em "revelar sua posição" ao emitir o som. Ele usa o modo ativo com força total para arrancar a localização exata de submarinos ultra-silenciosos que não seriam detectados apenas escutando seus ruídos ultra-discretos.
A operação no modo passivo também é possível por este equipamento. O helicóptero pode colocar o sensor na água em silêncio absoluto apenas para monitorar e escutar o oceano (atuando como um hidrofone). Isso permite fazer uma varredura inicial sem alertar um submarino que esteja por perto, antes de decidir se precisará dar o "ping" ativo para confirmar o alvo.
Vale lembrar que o ruído do helicóptero também pode ser escutado pelo submarino alvo. O batimento das pás do rotor principal e o ruído dos motores geram vibrações mecânicas intensas no ar. Devido à física da interface ar-água, uma parte dessa energia sonora consegue penetrar na superfície do oceano — um fenômeno conhecido na acústica naval como "cone de transmissão" ou penetração acústica.
Isso cria um duelo tático durante a operação passiva. Um operador de sonar passivo altamente treinado a bordo de um submarino consegue detectar a assinatura acústica de um helicóptero pairando logo acima da superfície. O som das pás do rotor cortando o ar ecoa na água como um ruído rítmico de baixa frequência. Ao escutar o helicóptero em seu sonar passivo, o comandante do submarino sabe imediatamente que está sendo caçado. Sua reação imediata costuma ser ordenar "silêncio ultra-absoluto" (desligando sistemas não essenciais) ou manobrar para se esconder sob uma termoclina. Sabendo que sua presença física pode ser denunciada pelo próprio barulho no ar, o piloto do helicóptero tenta alternar rapidamente de posição (adotando uma tática chamada leapfrogging ou "salto de rã"), baixando o sonar mergulhante em pontos diferentes para não dar tempo ao submarino de calcular sua rota de fuga.
Em resumo, ele é um sistema híbrido (ativo/passivo), mas projetado especificamente para ser a ferramenta de busca ativa mais agressiva e segura contra ameaças submarinas.
As sonobóias (sonobuoys) são pequenos dispositivos ejetáveis lançados por aeronaves de patrulha ou helicópteros. São ferramentas fundamentais na Guerra Antissubmarino (ASW) e na patrulha marítima. Ao caírem no mar, elas flutuam e estendem um microfone subaquático. Elas captam os sons da região e transmitem os dados via rádio de volta para a aeronave. São descartáveis e excelentes para criar barreiras de escuta em gargalos oceânicos. Podem se passivas que apenas escutam os ruídos do oceano (como motores e hélices), operando de forma silenciosa para não denunciar a própria presença; ou ativas que emitem um pulso sonoro (ping) e medem o eco de retorno para determinar a distância e a posição exata do alvo. Após o término da vida útil da bateria, elas possuem um sistema que as inunda com água, fazendo com que afundem e se autodestruam para evitar que caiam em mãos inimigas ou virem lixo flutuante. É uma tecnologia vital para o controle de rotas marítimas e estrangulamentos fluviais/oceânicos (chokepoints).
Quando é lançada por tubos pneumáticos ou ejetada de paraquedas a partir de uma aeronave, a sonobóia passa por uma transformação física instantânea ao atingir a água. O impacto com o mar ativa uma pequena carga que infla uma boia na superfície e ejeta o corpo do sensor para o fundo. Uma antena de rádiofrequência (RF) se estende para fora d'água. Ela serve para transmitir os dados de volta para o computador da aeronave. Um cabo de aço se desenrola e desce até uma profundidade pré-programada que pode variar de 27 a mais de 450 m. Na ponta desse cabo fica o hidrofone ou o transdutor acústico. O microfone capta a vibração acústica sob a água, transforma em sinal elétrico, envia pelo cabo até a boia de superfície e a antena transmite as informações via rádio para os analistas no ar.
A História do Sonar
A história do sonar começou com observações simples da natureza e evoluiu rapidamente devido às demandas extremas das 2 grandes guerras mundiais. O primeiro registro histórico do conceito de sonar veio de Da Vinci. Ele descobriu que ao colocar uma das extremidades de um tubo longo na água e a outra no próprio ouvido, era possível escutar o ruído de embarcações a longas distâncias. Esse foi o princípio básico do sonar passivo. Em 1822, Daniel Colloden calculou pela primeira vez com precisão a velocidade do som na água utilizando um sino subaquático no Lago Genebra. Essa descoberta provou cientificamente que a água era um excelente meio de propagação acústica.
O naufrágio do RMS Titanic após colidir com um iceberg chocou o mundo e gerou uma corrida científica para criar sistemas de segurança náutica. Reginald Fessenden em 1914, desenvolveu um dispositivo chamado Oscilador Fessenden. Ele conseguia emitir um sinal acústico e captar o eco de um iceberg a cerca de 2 milhas de distância, criando o primeiro protótipo funcional de um sonar ativo. Com o início da 1ª Guerra, a maior ameaça aos navios aliados eram os submarinos alemães (U-boats). Como o radar não funciona debaixo d'água, os militares focaram totalmente na acústica subaquática. O físico francês Paul Langevin, em 1915, trabalhando com o engenheiro russo Constantin Chilowski, revolucionou a tecnologia ao usar cristais de quartzo piezoelétricos. Esse avanço permitiu emitir pulsos de ultrassom muito mais fortes e nítidos, conseguindo detectar submarinos a mais de 1 km de distância. Na época, os britânicos batizaram a tecnologia de ASDICS (Anti-Submarine Detection Investigation Committee). Até o fim da guerra em 1918, os primeiros sistemas puramente operacionais já estavam em uso.
Durante a 2ª Guerra, a tecnologia amadureceu drasticamente. Foi neste período que os EUA cunharam o termo acrônimo usado até hoje: SONAR (Sound Navigation and Ranging). Os sistemas passaram a integrar telas semelhantes a osciloscópios (precursores dos monitores modernos) para que os operadores pudessem visualizar graficamente a distância e a direção do alvo, em vez de apenas confiar em fones de ouvido.
Após a 2ª Guerra Mundial, a evolução do sonar disparou de forma exponencial, impulsionada pela Guerra Fria. O surgimento dos submarinos de propulsão nuclear, que podiam ficar submersos por meses, e a ameaça de mísseis balísticos lançados a partir de ambiente submerso, forçaram os EUA e a URSS a transformarem a acústica submarina em uma ciência de altíssima precisão.
Na 2ª Guerra, o sonar ativo era a norma. Mas emitir um som revelava a posição do navio caçador. No pós-guerra, o foco mudou drasticamente para o sonar passivo, discreto por operar sem emissões e consequentemente impossível de ser detectado. Em vez de usar apenas hidrofones fixados no casco do navio, que sofriam com o barulho do próprio motor, criou-se os sonares de matrizes rebocadas ou “Towed Arrays”, equipamentos de cabos com km de extensão repletos de sensores acústicos, rebocados longe da embarcação. Isso permitia ouvir ruídos vindos de direções específicas com clareza cristalina. Foi nesse período que nasceu o SOSUS, espalhando hidrofones fixos pelo leito oceânico diretamente nas profundezas do Canal SOFAR.
Nos anos 1960, os submarinos aprenderam a se esconder abaixo dessa camada térmica para desviar os sonares de superfície. Para anular esse esconderijo, foram criados os Sonares de Profundidade Variável (VDS). Navios e helicópteros anti-submarino passaram a guinchar e "mergulhar" os transdutores de sonar por cabos blindados para emitir e captar som diretamente abaixo da termoclina, eliminando a zona de sombra do inimigo.
Até a década de 1970, os operadores de sonar dependiam quase que exclusivamente de seus próprios ouvidos treinados. Com a chegada dos computadores e do processamento digital de sinais, tudo mudou. O som analógico captado na água passou a ser convertido em sinais digitais. Supercomputadores militares começaram a filtrar ruídos biológicos (camarões estaladores, baleias, ondas) e isolar frequências específicas geradas por defeitos milimétricos nas pás das hélices de submarinos soviéticos. Surgiram as telas “waterfall displays”, que transformaram o som em padrões visuais de frequência ao longo do tempo.
Após o fim da URSS, o design de sonares deixou de depender de hardwares de silício ultra-secretos e personalizados, migrando para tecnologias COTS (Commercial Off-The-Shelf), ou seja, componentes comerciais adaptados. Isso barateou a tecnologia de forma avassaladora e permitiu que as matrizes de processamento realizassem trilhões de operações matemáticas por segundo. Essa enxurrada de processamento digital é o que permitiu o nascimento dos sonares civis multifixe, capazes de mapear o fundo do mar em 3D com precisão milimétrica, e dos sonares portáteis de hoje em dia.
O Canal SOFAR
O Canal SOFAR (Sound Fixing and Ranging Channel), também conhecido como Canal de Som Profundo, é uma camada natural no interior dos oceanos que funciona como um guia de ondas acústicas, permitindo que o som viaje por milhares de km sem perder quase nada de energia. Ele atua como uma verdadeira "supervia expressa" para as ondas sonoras nas profundezas do mar.
Um dos segredos mais bem guardados e estrategicamente cruciais da Guerra Fria foi a utilização deste canal pelos EUA e a OTAN. Ele permitiu que se anulasse a maior ameaça militar soviética da época: a sua gigantesca frota de submarinos nucleares. Na década de 1950, sabendo que as ondas sonoras de baixa frequência viajam por milhares de km dentro do Canal SOFAR sem perder energia, a US Navy instalou secretamente uma vasta rede de hidrofones fixos ancorados diretamente no leito oceânico, exatamente nas profundidades desse canal.
Esse projeto ultrassecreto foi batizado de SOSUS (Sound Surveillance System). Os microfones subaquáticos interceptavam continuamente os ruídos de baixa frequência dos motores e hélices soviéticos que reverberavam pelo canal acústico.
Para a URSS atacar o território norte-americano ou cortar as linhas de suprimento da OTAN no Atlântico, os seus submarinos precisavam sair das bases no norte da Rússia e cruzar a falha GIUK (o corredor marítimo entre a Groenlândia, Islândia e o Reino Unido). Os EUA posicionaram as matrizes do SOSUS perfeitamente acopladas ao canal SOFAR nessa região. Graças a isso, a OTAN conseguia rastrear um submarino soviético em tempo real no exato momento em que ele entrava no Atlântico Norte, eliminando o fator surpresa da URSS. O sistema era tão preciso que em 1962 detectou um submarino nuclear soviético quando ele ainda cruzava os arredores de Barbados.
A Guerra Fria baseava-se na Doutrina de Destruição Mútua Assegurada (MAD): se um lado atacasse, o outro deveria ter capacidade de responder com um contra-ataque nuclear avassalador. Se os submarinos soviéticos conseguissem se aproximar da costa americana sem serem vistos, eles poderiam lançar mísseis nucleares com poucos minutos de tempo de alerta. Ao dominar a acústica do Canal SOFAR, os EUA garantiram que os soviéticos nunca pudessem se posicionar para um "ataque surpresa decapitante". Sabendo que estavam sendo vigiados debaixo d'água, os comandantes soviéticos eram forçados a agir com extrema cautela, o que ajudou a manter o equilíbrio estratégico global. Com o fim da Guerra Fria na década de 1990, o SOSUS foi parcialmente desclassificado e o Canal SOFAR passou a ser utilizado por cientistas civis para monitorar terremotos submarinos, erupções vulcânicas e acompanhar o canto de grandes baleias pelo globo.
Aspectos Táticos da Operação do Sonar
Na guerra antissubmarino (ASW), o sonar não é apenas um sensor, mas o elemento central de um jogo tático complexo travado sob a superfície. Como os submarinos modernos tornaram-se extremamente silenciosos e os torpedos atingem distâncias cada vez maiores, as táticas de operação de sonar evoluíram significativamente.
O dilema do silêncio contra detecção é a decisão tática mais crítica para qualquer comandante de submarino ou navio. Submarinos operam quase 100% do tempo em modo passivo, apenas escutando o ambiente. Emitir um pulso sonoro (ping) entrega sua posição exata para qualquer receptor inimigo na região. O sonar ativo só é ligado em situações muito específicas como quando um contato passivo já foi detectado e o comandante precisa da distância exata para disparar um torpedo; como arma psicológica para colocar o inimigo na defensiva ou forçá-lo a manobrar, gerando ruído; e em navios de superfície protegendo comboios, criando uma "barreira de pings" para impedir a aproximação de ameaças.
Com o auxílio de batitermógrafos, os operadores calculam constantemente as distâncias de propagação do som e localizam a termoclina. Um submarino caçado por navios de superfície descerá imediatamente para baixo da termoclina. Ele sabe que a mudança de temperatura desviará as ondas do sonar de casco do navio para baixo, gerando uma zona de sombra onde ele ficará invisível. Para contra-atacar essa vantagem, navios de superfície desaceleram para estender seus sonares de matriz rebocada ou abaixam o VDS através da camada térmica, quebrando o escudo do submarino.
Antigamente, um navio emitia o sinal e esperava o próprio eco retornar. Hoje, as marinhas utilizam táticas biestáticas e multiestáticas para caçar alvos silenciosos. Um helicóptero naval paira e emite um pulso de sonar ativo de baixa frequência altamente potente na água. O submarino inimigo, que está escondido, rebate esse som. O eco do submarino não é captado pelo helicóptero, mas sim por um navio aliado que está a km dali navegando em silêncio absoluto com um sonar passivo rebocado. O submarino detecta o “ping” do helicóptero, mas não faz ideia da localização do navio rastreador, pois não pode definir sua posição real através do ricochete do som.
O pior inimigo de um operador de sonar é o ruído do próprio navio. Quando uma embarcação acelera demais, formam-se bolhas de vácuo nas pás da hélice que implodem com grande violência, um fenômeno chamado cavitação. Navios de guerra antissubmarino raramente navegam em velocidade constante. Eles realizam um "sprint", ou seja, correm rápido em direção a uma área, ficando temporariamente cegos pelo barulho que fazem e depois entram em "drift" desligando ou reduzido os motores ao mínimo para que os operadores de sonar possam ouvir o oceano em silêncio absoluto.
Quando detectados por um sonar ativo inimigo, os submarinos recorrem a táticas de contramedidas acústicas: Dispositivos pequenos denimonados “decoys” (iscas), lançados pelas tubulações que imitam perfeitamente a assinatura acústica e o motor do submarino, enganando tanto os operadores humanos quanto os computadores e torpedos inimigos. O submarino gira o seu casco de modo a apresentar a menor área de reflexão possível para o sonar ativo inimigo, reduzindo drasticamente a força do eco que retorna ao caçador.
Sonares Orgânicos dos Torpedos
Os torpedos pesados modernos são drones caçadores subaquáticos autônomos. Eles abandonaram completamente a trajetória retilínea e cega como faziam na 2ª Guerra Mundial. A ogiva de cada torpedo pesado moderno, como o norte-americano Mk-48 ADCAP ou o europeu Spearfish, abriga um nariz acústico sofisticado e um computador de alta capacidade que o transformam em um robô mortal capaz de tomar decisões táticas em tempo real.
Quando um submarino dispara um torpedo, ele não o deixa solto imediatamente. O torpedo desenrola um fio de fibra óptica ultrafino conectado ao submarino lançador. O sonar do submarino, que é muito superior e mais potente do que o do torpedo, rastreia o alvo à distância. O submarino envia comandos de direção através do fio, guiando-o em silêncio absoluto até ele chegar próximo ao alvo.
Quando o torpedo corta o fio de forma involuntária ou se aproxima o suficiente da área estimada do objetivo, ele ativa o seu próprio sonar interno. Inicialmente, ele entra em modo passivo para não alertar o alvo. A cabeça do torpedo possui hidrofones divididos em seções (esquerda, direita, cima, baixo). Se o ruído da hélice ou dos motores do inimigo chega mais forte de uma determinada seção, o computador interno do torpedo corrige os lemes dinamicamente para curvar o torpedo naquela direção. Ele faz isso continuamente até que o som esteja com a mesma intensidade em todos os eixos, garantindo que ele está apontado direto para o alvo.
Na fase final do ataque (conhecida como Terminal Homing), o torpedo precisa de precisão cirúrgica e não pode mais correr o risco de perder o alvo caso o inimigo desligue os motores. É neste momento que ele ativa o sonar ativo. O torpedo passa a emitir “pings” acústicos de altíssima frequência (ultrassons). A frequência é tão alta que o som emitido parece um "grito" metálico agudo debaixo d'água. Ele mede o eco ricocheteado no casco do navio ou submarino alvo. Conforme o torpedo se aproxima, a frequência dos “pings” aumenta drasticamente (o intervalo entre os sons diminui porque a distância é menor), até que ele passe exatamente embaixo do casco do alvo.
O maior desafio de um torpedo moderno não é achar o navio ou submarino inimigo, mas sim ignorar as defesas dele. Submarinos modernos lançam contramedidas (decoys). O software do torpedo analisa o eco recebido e calcula o deslocamento Doppler (velocidade), o tamanho físico do alvo e até as frequências harmônicas. Se o torpedo percebe que o sinal vem de um objeto estático ou pequeno demais para ser o submarino real, ele rejeita a isca, faz uma curva de retorno e restabelece a busca pelo alvo verdadeiro.
A matriz acústica também trabalha em conjunto com sensores de campo magnético e laser. Os torpedos pesados modernos raramente impactam o casco do navio. Eles são programados para posicionar-se exatamente abaixo da quilha. Ao detectarem a massa magnética da embarcação logo acima, eles detonam. A explosão cria uma bolha de gás gigantesca que levanta o navio e, em seguida, colapsa. A gravidade quebra a espinha dorsal da embarcação ao meio, afundando-a em segundos.
A marinha russa especializou-se em um tipo diferente de sonar para torpedos chamados de Torpedos Wake-Homing ou perseguidores de esteira, que visa os navios de superfície. Quando um grande navio navega, suas hélices agitam a água e criam uma gigantesca trilha de microbolhas e turbulência que permanece por milhas atrás do navio. Os torpedos russos são programados para cruzar essa região e ativar um sonar de altíssima frequência apontado para cima. Ele não busca o casco do navio diretamente, mas sim a barreira física de microbolhas (esteira).
O torpedo começa a fazer curvas em "S" de um lado para o outro da esteira, usando as bolhas como guias, avançando em direção à popa do navio até colidir e destruir os lemes e hélices da embarcação.
Os torpedos “Wake-Homing” são algumas das armas antinavio mais perigosas do mundo porque ignoram completamente as contramedidas acústicas tradicionais, como despistadores (decoys) que imitam o som do motor do navio. Como eles seguem uma perturbação física na água (as microbolhas), eles não são enganados por barulho.
Para lidar com essa ameaça, as marinhas ocidentais desenvolveram estratégias e tecnologias específicas, divididas entre manobras táticas, contramedidas ativas e sistemas de destruição direta. A forma mais eficaz de parar um torpedo desse tipo é destruindo-o fisicamente antes que ele atinja a popa do navio. Sistemas como o CAT (Countermeasure Anti-Torpedo) da US Navy ou o SeaSpider alemão disparam um minitorpedo defensivo. Esse torpedo interceptor colide diretamente com o torpedo inimigo, destruindo-o por impacto ou detonação de proximidade. Sistemas baseados em lançadores de foguetes múltiplos (como o sistema russo RBU-6000 ou equivalentes ocidentais) criam uma barreira de explosões na água atrás do navio para destruir o torpedo por onda de choque. Dispositivos especiais descartáveis ou rebocados (como partes do sistema AN/SLQ-25 Nixie modificado ou o sistema LESLY) são projetados para liberar grandes quantidades de gás ou misturar a água quimicamente. Eles criam uma "esteira fantasma" longe do navio para desviar o torpedo do curso original. O navio realiza uma curva acentuada e imediata de alta velocidade (frequentemente em ângulos de 90 graus ou mais). Isso cria uma descontinuidade abrupta na trilha de bolhas. Se o torpedo perder a esteira por alguns instantes, ele pode ficar sem combustível procurando o rastro ou errar o alvo completamente. Reduzir drasticamente a velocidade diminui a cavitação (formação de bolhas pelas hélices), tornando a esteira mais "fina" e difícil de ser detectada pelos sensores de alta frequência do torpedo. Longos cabos com sonares são arrastados bem atrás do navio, posicionados exatamente onde o torpedo estaria subindo a esteira. Eles detectam o som do motor do torpedo ou os bips do seu sonar de alta frequência, dando ao navio preciosos minutos para reagir.
Técnicas de Evasão de Submarinos
O Batitermógrafo (SBT) é uma das ferramentas mais importantes a bordo de um submarino militar. Como ele mede a variação da temperatura da água em relação à profundidade, ele serve como os "olhos" do comandante para enxergar o comportamento invisível do som. Com base nos dados coletados pelo batitermógrafo (gerados na forma de um gráfico chamado batitermograma), o comando da embarcação consegue mapear o ambiente acústico em tempo real e planejar suas táticas de evasão.
O principal uso tático do batitermógrafo é identificar onde começa e onde termina a termoclina. Se o batitermógrafo indica uma termoclina acentuada a 150 metros de profundidade, o comandante ordenará que o submarino mergulhe, por exemplo, a 180 metros. Ele sabe que os “pings” do sonar ativo de navios de superfície vão refletir nessa mudança de temperatura e sofrer refração severa, criando uma zona de sombra logo abaixo. O submarino usa essa camada fria como um "teto de concreto acústico" para ficar invisível.
Ao analisar o gradiente térmico desenhado pelo aparelho, os computadores de combate do submarino calculam os ângulos de propagação do som e a distância em que os sonares inimigos perdem eficácia. O comandante descobre o chamado "ângulo crítico". Se o submarino manobrar mantendo uma geometria específica em relação ao navio perseguidor, o som do sonar inimigo baterá na termoclina em um ângulo que causa reflexão total. Em vez de o som passar pela camada, refletir no submarino e voltar, 100% da energia acústica é ricocheteada de volta para a própria superfície, fazendo com que o navio caçador receba apenas o eco da própria água.
Efeito Doppler
Os operadores de sonar utilizam o Efeito Doppler da mesma forma que os nossos ouvidos percebem a mudança no som de uma ambulância: quando ela se aproxima, a sirene parece mais aguda (frequência alta), e quando ela passa e começa a se afastar, o som fica mais grave (frequência baixa). No ambiente de combate subaquático, o cálculo dessa mudança de frequência revela instantaneamente a direção do movimento do alvo.
No modo ativo, o navio caçador tem controle total sobre a frequência do som que ele emite. O computador de bordo sabe exatamente a frequência original do sinal enviado. Se o submarino inimigo estiver navegando em direção ao navio, ele estará "correndo de encontro" às ondas sonoras. Quando a onda bate no casco em movimento e rebate, as cristas da onda são comprimidas. O eco retorna ao navio com uma frequência mais alta (som mais agudo) do que o “ping” original. Se o inimigo estiver se afastando, o eco viaja de volta "esticado", pois o casco está se movendo na mesma direção da onda que rebate. O eco retorna com uma frequência mais baixa (som mais grave). O operador ou o computador militar mede a diferença exata entre a frequência transmitida e a recebida. Essa variação permite calcular não apenas se o alvo está vindo ou indo, mas também a sua velocidade relativa exata.
No modo passivo, o submarino não emite, ele apenas escuta os ruídos constantes do inimigo, como a rotação das pás da hélice ou o motor. Como o operador não sabe de antemão a frequência exata da hélice de fábrica daquele navio em repouso, o processo exige um acompanhamento contínuo ao longo do tempo através de telas chamadas LOFAR (telas que mostram a frequência do som ao longo do tempo). Se o operador percebe que as linhas de frequência da hélice inimiga estão subindo gradualmente na tela (ficando mais agudas), o alvo está se aproximando. No momento exato em que o navio inimigo passa pelo ponto mais perto do sonar (CPA), a frequência atinge o seu pico e sofre uma inversão rápida e brusca, caindo de tom. Após o CPA, as linhas de frequência continuam a cair estavelmente (ficando mais graves), confirmando que a ameaça ficou para trás e está se afastando.
Sabendo disso, comandantes de submarinos usam manobras evasivas para enganar o Efeito Doppler. Se um submarino navegar perpendicularmente (em um ângulo exato de 90 graus) em relação ao feixe do sonar inimigo, a distância entre eles não aumenta nem diminui naquele instante.
Isso gera o chamado Doppler Zero (sem alteração de frequência). Para os computadores de filtragem de ruído do navio caçador, um objeto com Doppler Zero pode ser facilmente confundido com uma rocha no fundo do mar ou uma baleia parada, permitindo que o submarino passe despercebido.
O Helicópteros ASW
As táticas de guerra antissubmarino (ASW) envolvendo helicópteros e sonares mergulhantes (Dipping Sonar) são baseadas em velocidade, agilidade e imunidade. Como os submarinos não possuem armas eficientes para atacar aeronaves a partir do fundo do mar, o helicóptero é o caçador mais temido pelas tripulações subaquáticas.
A técnica de "Salto de Rã" (Dip and Dash) é a manobra padrão de busca rápida. Os helicópteros não conseguem usar o sonar mergulhante enquanto estão voando para a frente, pois o cabo se romperia ou entortaria com o arrasto. O helicóptero voa em alta velocidade até uma coordenada estimada. A aeronave estaciona no ar (pairo) a poucos metros acima das ondas. O operador de sensores lança o sonar (um cilindro pesado cheio de transdutores) na água por meio de um cabo de aço. O transdutor desce até a profundidade ideal, emite alguns “pings” ativos de alta potência ou escuta de forma passiva por alguns minutos. Se nada for detectado, o sensor é recolhido rapidamente e o helicóptero voa para um novo ponto a kms de distância, repetindo o processo. Isso permite cobrir uma área imensa em pouquíssimo tempo.
Outra técnica é a de Rompimento da Termoclina (Ajuste de Profundidade). Ao contrário dos navios de superfície, cujos sonares de casco estão presos à superfície da água, o helicóptero pode regular o comprimento do cabo do seu sonar mergulhante eletronicamente. Se o comandante suspeitar que um submarino está escondido na zona de sombra, ele ordena o desenrolar de mais cabo. O transdutor atravessa fisicamente a barreira térmica da água, anulando o esconderijo do submarino e emitindo o “ping” diretamente na cara do alvo.
Uma 3ª técnica é o Cercamento Multiestático com Sonobóias. Para otimizar o combustível e o tempo no ar, os helicópteros raramente trabalham sozinhos. Eles utilizam uma combinação de sonobóias e o sonar mergulhante. Ele lança um círculo de sonobóias passivas ao redor de uma área onde o inimigo pode estar. Em seguida, ele voa até o centro desse círculo e mergulha o seu sonar principal no modo ativo. O impacto do “ping” forte do sonar mergulhante assusta o submarino e faz o som rebater em seu casco. Esse eco oculto é captado pelas sonobóias passivas da periferia, que transmitem as coordenadas exatas por rádio de volta para o helicóptero, encurralando o alvo.
O Ataque Vetorado é usado quando o sonar mergulhante obtém uma solução de tiro (distância, velocidade e curso exatos do submarino), o helicóptero transiciona instantaneamente de caçador para executor. Por estar voando bem acima do alvo, o helicóptero pode lançar um torpedo leve antissubmarino (como o Mk-46 ou o Eurotorp MU90) diretamente do ar. O torpedo entra na água de paraquedas, ativa o seu próprio sonar interno e começa a perseguir o submarino a curta distância, sem dar tempo de reação para a tripulação inimiga escapar.
Sonares Towed Array
A matriz rebocada (Towed Array Sonar) é considerada a arma sensorial mais poderosa e furtiva de um submarino moderno. Ela permite que o submarino vigie o oceano e detecte ameaças a distâncias imensas sem emitir um único sinal que possa revelar a sua presença. A matriz rebocada nunca emite som; ela funciona exclusivamente em modo passivo. Embora existam modelos destes sonares com perfil ativo, não são comuns. Como o submarino apenas escuta o ambiente, nenhuma embarcação inimiga consegue detectar que está sendo monitorada através de sensores eletrônicos ou acústicos. Sons agudos de alta frequência dissipam-se rapidamente e viajam pouco na água. Já os ruídos graves de baixíssima frequência (como o giro lento do motor de um navio ou a vibração de um reator nuclear) conseguem viajar por centenas de milhas. Devido ao seu grande comprimento físico, a matriz rebocada é o único sensor a bordo capaz de capturar essas ondas longas de baixa frequência. Os computadores do submarino realizam a Análise LOFAR (Low Frequency Analysis and Recording). O sistema filtra os barulhos biológicos (como baleias) e isola assinaturas mecânicas exatas. Os operadores conseguem identificar a classe de um navio inimigo antes mesmo que esse navio saiba que há um submarino na região. Um submarino convencional tem um ponto cego crucial logo atrás da sua traseira (conhecido como baffles), onde o barulho de sua própria hélice impede que o sonar de casco escute o que vem de trás. Submarinos inimigos usam essa área para segui-lo sem serem vistos. Ao estender o cabo da matriz rebocada bem para trás, os microfones passam a ficar posicionados atrás da hélice. Isso elimina completamente o ponto cego traseiro, impedindo que qualquer ameaça tente se aproximar furtivamente pela sua esteira.
Como o cabo da matriz rebocada é uma linha reta na água, quando um hidrofone capta um ruído vindo de um lado, o computador inicialmente não consegue distinguir se o som vem da esquerda (bombordo) ou da direita (boreste). Para resolver essa ambiguidade sem comprometer sua furtividade, o comandante realiza uma manobra suave chamada "Limpar as Linhas" (Clearing the Baffles). O submarino faz uma leve curva em "S". Ao mudar a angulação do submarino e do cabo na água, o computador recalcula o tempo de chegada do som nos microfones e triangula a posição exata da ameaça, mantendo o submarino oculto e no controle total da situação.
Navegar com um cabo flexível que pode passar de um km de comprimento preso à traseira de um submarino submerso introduz desafios físicos e táticos severos. Os comandantes e engenheiros navais precisam gerenciar constantemente os riscos mecânicos e operacionais para que o sensor não se transforme em uma armadilha.
O pior pesadelo da tripulação é o enrosco. O cabo da matriz rebocada sai por uma abertura na popa (traseira), muito próxima ao hélice principal ou aos hidrojatos de propulsão. Se o submarino precisar desacelerar bruscamente ou der marcha à ré (reverter a propulsão) para evitar um obstáculo ou responder a uma emergência, o cabo perde a tensão e continua avançando devido à inércia. Desta forma pode ser sugado pelo hélice em movimento, enroscando-se nas pás. Isso pode travar os motores, destruir o sistema de propulsão e deixar o submarino completamente à deriva e indefeso sob a água.
Com um cabo imenso sendo arrastado, o submarino perde boa parte de sua agilidade. Ele não pode fazer curvas fechadas ou guinadas violentas. Se o submarino fizer uma curva muito acentuada em alta velocidade, o cabo pode chicotear na água e colidir contra o próprio casco do submarino, danificando os lemes traseiros ou os planos de profundidade. Além disso, a matriz pode fazer um "nó" em si mesma, destruindo os hidrofones internos de altíssimo custo.
A água exerce uma força de arrasto monumental em um cabo longo, especialmente quando o submarino aumenta a velocidade. Existe uma velocidade limite (geralmente em torno de 15 a 20 nós, dependendo do modelo) acima da qual a força da água arrebentará o cabo. Se o submarino for atacado e precisar iniciar uma manobra de fuga em velocidade máxima (Flank Speed), ele não terá tempo de recolher o cabo lentamente. O comandante terá que ordenar o corte mecânico de emergência da matriz, abandonando um equipamento multimilionário no fundo do oceano para salvar a embarcação.
O cabo não flutua perfeitamente alinhado com o submarino; ele possui um peso próprio e é afetado pelas correntes marinhas e pela gravidade. Em águas rasas ou próximas à plataforma continental, se o submarino desacelerar demais, a traseira do cabo começará a afundar gradualmente. Se o operador não monitorar a profundidade da matriz, ela pode bater e arrastar no relevo do fundo do mar, colidindo com rochas ou naufrágios, o que destrói instantaneamente os sensores acústicos.
O oceano está cheio de atividades civis. Grandes navios pesqueiros arrastam redes gigantescas (traineiras) que operam em profundidades consideráveis. Um submarino navegando em áreas de tráfego comercial corre o risco de ter sua matriz rebocada presa em redes de pesca civil. Isso pode alertar navios de superfície sobre a presença oculta do submarino ou, em casos extremos, criar uma força de tração que puxa o submarino em direção à superfície ou danifica sua estrutura traseira.
Para mitigar esses perigos, os submarinos modernos utilizam sistemas automatizados de Guinchos Hidráulicos Internos localizados dentro dos tanques de lastro traseiros. Esses sistemas conseguem recolher ou estender o cabo de forma controlada dependendo da velocidade da embarcação. Além disso, os computadores de navegação simulam constantemente a "geometria do cabo" em telas digitais, alertando o timoneiro se a manobra pretendida colocará a integridade da matriz ou do submarino em risco.
Técnicas de Emprego das Sonoboias
Uma sonobóia operando sozinha é descrita pelos militares como "um microfone isolado no meio do nada". O poder da arma está no padrão de lançamento coordenado pelo operador de sensores acústicos da aeronave. Aeronaves lançam linhas retas de sonobóias passivas separadas por distâncias calculadas em gargalos oceânicos (como passagens entre ilhas). Qualquer submarino que tentar cruzar a linha será "ouvido" por pelo menos duas boias. Quando um contato suspeito é detectado, o helicóptero ou avião lança um padrão circular ou em forma de trevo ao redor da área. O sistema de missão da aeronave recebe o sinal de rádio de até 30 boias simultaneamente, triangula os tempos de chegada do som e plota no mapa o rumo, a velocidade e as coordenadas exatas do alvo. Para impedir que segredos militares ou tecnologias de frequências caiam em mãos inimigas, as sonoboias possuem uma válvula de inundação programada. Após um período de tempo determinado (geralmente de 1 a 8 horas), a boia se inunda propositalmente e afunda de vez para o leito do oceano.
Os Revestimentos Anecóicos
Estes revestimentos são verdadeiros escudos de camuflagem acústica instalados como "escamas" na parte externa do casco de metal dos submarinos militares modernos. Sua função principal é contrapor a ação do sonar ativo do inimigo, fazendo com que o famoso “ping” acústico seja absorvido em vez de refletido de volta para o caçador.
As placas anecóicas são feitas de materiais poliméricos sintéticos, como a borracha ou o poliuretano. Esses materiais possuem propriedades viscoelásticas. Quando a onda do sonar inimigo atinge o casco, a pressão do som deforma microscopicamente o material. A resistência interna do polímero faz com que essa deformação gere fricção molecular, convertendo a energia da onda sonora em calor indetectável. No interior das placas, existem milhares de microcavidades ou bolhas de ar projetadas em tamanhos específicos. Quando a onda sonora penetra no revestimento, o ar dentro dessas cavidades entra em ressonância e comprime-se. Esse movimento força as paredes de borracha ao redor das bolhas a se expandirem e contraírem rapidamente. Esse processo multiplica a perda de energia por fricção, agindo como minúsculos amortecedores de som. Para que o som seja absorvido, ele precisa primeiro entrar na placa em vez de rebater imediatamente na superfície externa. A camada mais externa da placa possui uma impedância acústica muito próxima à da água do mar. Isso faz com que a onda sonora "pense" que ainda está viajando pela água, penetrando no revestimento sem sofrer reflexão inicial. À medida que o som avança em direção ao casco de aço, a densidade do material muda gradualmente para dissipar a onda antes que ela toque o metal.
Além de absorver o “ping” do sonar ativo do inimigo, essas placas exercem um papel crucial contra o sonar passivo. Elas funcionam de dentro para fora, isolando os ruídos internos do submarino; como os motores, bombas e a vibração da própria tripulação; impedindo que esses sons escapem para a água e revelem a posição da embarcação.
LiDAR (Light Detection and Ranging)
A substituição ou complementação do sonar pelo LiDAR Topobatimétrico (radar a laser aerotransportado) em águas rasas é uma das maiores revoluções recentes na guerra e no mapeamento naval. Em regiões costeiras, praias e águas de baixa profundidade, o sonar de navios enfrenta o eco do próprio fundo do mar e das ondas, perdendo eficiência. É aí que o laser entra como uma ferramenta devastadora e furtiva.
O LiDAR convencional (usado em carros autônomos ou mapeamento terrestre) utiliza lasers infravermelhos. No entanto, a água absorve completamente o infravermelho, fazendo o laser rebater como se o mar fosse um espelho sólido.
Para penetrar na água, os sistemas batimétricos utilizam 2 lasers simultâneos: Laser Infravermelho (1.064 nm) que bate na superfície da água e retorna imediatamente. Ele serve como o ponto de referência "zero" para o computador saber onde a superfície começa. Laser Azul-Esverdeado (486 nm a 532 nm) que utiliza uma cor específica de luz e fica na chamada "janela óptica" da água (onde o líquido absorve menos luz). O feixe atravessa a coluna d'água, bate no fundo do mar (ou em um submarino escondido) e retorna. O computador calcula a diferença de tempo de retorno entre o laser da superfície e o laser do fundo do mar para criar um mapa 3D perfeito com precisão de centímetros.
Até pouco tempo atrás, o padrão da indústria era o laser verde de 532 nm. No entanto, as tecnologias mais recentes introduziram os lasers azuis de 486 nm. A luz azul espalha menos e viaja ainda mais longe em águas oceânicas limpas, permitindo que aeronaves e drones perfilem estruturas biológicas e objetos militares a até 100 metros de profundidade em condições ideais de transparência da água.
O LiDAR batimétrico aerotransportado mudou o jogo da guerra antissubmarino em águas rasas. Para detectar um submarino com sonar ativo, um navio precisa emitir um “ping” que o denuncia. Com o LiDAR, um drone pesado ou aeronave de patrulha voa alto sobre a água emitindo pulsos de luz silenciosos. O submarino lá embaixo é mapeado e detectado sem ter a menor ideia de que está sendo observado. Em zonas de desembarque anfíbio (praias), o sonar de casco é inútil devido à baixa profundidade. O LiDAR consegue escanear kms de praia em minutos, revelando minas magnéticas subaquáticas, barreiras artificiais e corais que poderiam destruir embarcações de ataque. Enquanto um navio com sonar navega a meros 10–15 nós para mapear uma costa com precisão, um drone ou avião equipado com o LiDAR cobre a mesma área a centenas de km por hora.
Esta tecnologia já é totalmente operacional, mas com uma distinção crucial entre suas aplicações cartográficas/logísticas e a caça direta a submarinos. O uso do LiDAR batimétrico aerotransportado (geralmente instalado em aviões, helicópteros ou drones grandes) está maduro há décadas para mapeamento, mas sua aplicação militar ainda demanda considerações. Para fins de inteligência geomática, planejamento de invasões anfíbias e segurança de navegação, a tecnologia é amplamente utilizada pelas principais marinhas do mundo. Forças como a Royal Australian Navy utilizam sensores LiDAR batimétricos acoplados a drones em exercícios militares para mapear zonas de arrebentação, perfis de voo e rotas seguras para navios de desembarque anfíbio. A US Navy opera sistemas avançados focados em usar o LiDAR batimétrico para detectar minas marítimas e obstáculos subaquáticos na perigosa zona costeira de areia e surfe. Empresas especializadas fornecem suítes prontas que as forças armadas compram para mapear o relevo de portos e canais com precisão centimétrica.
O uso do laser para "iluminar" e detectar um submarino inimigo navegando em profundidade de periscópio ou profundidades rasas (até ~50-75 metros) é uma realidade técnica, mas enfrenta limitações físicas operacionais. O laser verde (comprimento de onda de 532 nm) penetra muito bem na água límpida do Caribe ou do Mediterrâneo. Porém, em águas costeiras turvas, com muita lama, sedimentos ou algas em suspensão (como no Atlântico Sul ou no Mar do Norte), o alcance do laser despenca drasticamente. Potências como os EUA e a China possuem programas avançados para integrar lasers azuis-esverdeados em constelações de satélites e aeronaves de patrulha marítima de longo alcance para monitorar "gargalos" oceânicos. No entanto, por causa das limitações da física da água, ela ainda não substitui o sonar tradicional em mar aberto. O LiDAR atua como um sensor complementar para expor submarinos que tentam se esconder na complexa e barulhenta faixa litorânea rasa, onde o sonar de navios sofre muito com o eco das rochas e da superfície.
Para contrapor a ameaça do LiDAR batimétrico, a engenharia naval militar desenvolveu uma nova geração de tecnologias de furtividade óptica e dinâmica. O objetivo dessas contramedidas não é necessariamente fazer o submarino desaparecer, mas sim impedir que o laser volte para o sensor do avião ou satélite inimigo com dados legíveis. Assim como os submarinos usam placas de borracha para absorver o som do sonar e aviões usam tintas para absorver o radar, os novos submarinos utilizam revestimentos compostos projetados especificamente para a luz. O casco é pintado com tintas de poliuretano especiais misturadas com nanotubos de carbono ou grafeno. Essas nanoestruturas funcionam como armadilhas de luz. Quando o laser verde do LiDAR atinge o casco, o material absorve a energia dos fótons e a transforma em calor microscópico, em vez de permitir que o laser ricocheteie de volta para a aeronave caçadora. Isso diminui drasticamente a "assinatura de retorno" óptica da embarcação. A luz obedece a regras rígidas de reflexão (ângulo de incidência é igual ao ângulo de reflexão). Se o laser bate em uma superfície perfeitamente plana, ele volta direto para a fonte com força total. O design exterior dos submarinos mais modernos adota ângulos facetados ou curvaturas hidrodinâmicas complexas calculadas por supercomputadores. Quando o feixe do laser atinge o submarino, as curvas espalham os fótons em múltiplas direções aleatórias através da água. Como apenas uma fração minúscula de luz consegue fazer o caminho exato de volta para o sensor do avião, o computador do LiDAR inimigo interpreta o retorno apenas como "ruído de fundo" do oceano ou clareza da água.
O laser azul-esverdeado do LiDAR é poderoso, mas sua capacidade de penetração está limitada pela física da água. Mesmo nas condições mais perfeitas do mundo, ele raramente consegue mapear objetos abaixo de 75 a 100 metros de profundidade. A contramedida mais simples e eficiente é puramente tática. Ao operar em áreas sob constante vigilância de satélites ou aviões com LiDAR, os submarinos evitam navegar em "profundidade de periscópio". Ao descerem para a camada profunda, eles criam uma barreira de centenas de metros de água que dispersa completamente a luz antes mesmo que ela atinja o casco.
Muitas vezes, o LiDAR não caça o metal do submarino diretamente, mas sim as distorções na superfície da água ou a bioluminescência de microalgas geradas pela passagem da embarcação. Quando um submarino navega, ele agita microrganismos que brilham no escuro, criando um rastro luminoso que o laser do avião consegue ler perfeitamente do céu. Os submarinos modernos usam propulsores do tipo Pump-Jet (hidrojatos protegidos) e cascos ultra-hidrodinâmicos. Isso minimiza a perturbação da água e evita que as microalgas entrem em atrito violento com o casco, eliminando o rastro bioluminescente e as ondas geradas na superfície. Sem essa perturbação física, o LiDAR aerotransportado passa por cima do submarino sem registrar nenhuma anomalia visual.
