O Sonar é instrumento fundamental da guerra
anti-submarino. Ele é um dispositivo criado para detectar e localizar objetos
submersos na água por meio das ondas sonoras que os alvos refletem ou produzem.
O sonar ativo funciona basicamente como o radar, só que
usa pulsos sonoros no lugar das ondas de rádio. As ondas de rádio não se
propagam sob a água, além de poucos metros.
O pulso do sonar é emitido e ao encontrar um obstáculo, retorna ao
emissor. Medindo-se o tempo que o pulso levou para ir e voltar, tem-se como
calcular a distância do objeto ecoado com “relativa” precisão. A precisão é
“relativa” porque os pulsos do sonar sofrem diversos tipos de atenuação
causados pela temperatura, salinidade e pressão da água, que mudam de acordo
com as estações do ano, posições geográficas e condições atmosféricas.
O som é uma ondulação mecânica cuja propagação é possível
por causa da conexão elástica entre as moléculas. As moléculas nos líquidos estão mais próximas umas das
outra do que no ar, por isso a velocidade do som na água é 4,4 vezes maior que
no ar. A velocidade exata do som na água é de 1.438 m/s, quando a temperatura da
água é de 8 graus Celsius.
A velocidade e a direção das ondas sonoras dependem da
temperatura, salinidade e profundidade da água. Por exemplo, o aumento da temperatura da água faz com que
a velocidade do som seja maior. Quando o som se propaga através de camadas de
água de diferentes temperaturas, ocorre o fenômeno da refração, que é o desvio
da onda sonora. A refração pode ser negativa (verão) ou positiva (inverno).
Refração negativa (gráfico acima): durante o verão, a
temperatura da água diminui com o aumento da profundidade. A onda sonora se
desvia para o fundo do mar. Se submarino está em menor profundidade, perto da
superfície, o sonar do navio pode não detectar o submarino.
Refração positiva (gráficos acima): durante o
inverno, a temperatura da água aumenta com a profundidade. As ondas
sonoras se curvam para a superfície do mar. Se o submarino está junto à
superfície do mar, o sonar do navio pode detectá-lo. A refração positiva torna
o alcance do sonar maior.
As termoclinas (gráfico acima): quando se usa um
batitermógrafo, é possível detectar camadas de água onde a temperatura é maior
do que a camada mais quente da superfície e que tem logo abaixo dela, uma
camada de água mais fria. Quando encontra uma camada de temperatura menor,
a onda sonora se curva rapidamente para o fundo. A onda sonora vai para o fundo
do mar e torna-se inútil. Se um submarino está submerso na termoclina ou
abaixo dela, ele não será capturado pela onda sonora e assim permanecerá
indetectado.
Existem normalmente duas camadas de termoclinas no
verão. Uma camada fica a cerca de 15 a 20 metros de profundidade, e uma
outra em torno de 150 metros de profundidade. A de profundidade de 15 a 20
metros é importante, porque durante o verão, à tarde, se as condições
climáticas são boas, um submarino não pode ser detectado por um sonar de casco
de navio.
Ao mesmo tempo, essa profundidade é boa para observação e
lançamento de torpedos. Se um navio de superfície pretende detectar um
submarino, ele terá de ser equipado com sonar rebocado de profundidade variável
(VDS). Nesse caso, o sonar deve ser mergulhado abaixo da termoclina.
O sonar ativo, principal sensor abaixo d’água dos navios
de guerra anti-submarino, emite pulsos sonoros popularmente conhecidos
como “ping”, que ao encontrarem um obstáculo, retornam ao emissor.
Medindo-se o tempo que o “ping” leva para ir e voltar, tem-se como calcular a
distância do objeto ecoado com “relativa” precisão. Mas os pulsos sonoros
sofrem diversos tipos de atenuação e alteração na sua velocidade, causados pela
temperatura, salinidade e pressão da água, que mudam de acordo com as estações
do ano, posições geográficas e condições atmosféricas.
Já que o mar é um ambiente dinâmico, principalmente com
os navios em movimento, as camadas termais podem mudar de profundidade,
alterando a curva de alcance do sonar. Essas curvas de alcance são computadas
com dados obtidos no lançamento de sondas batitermográficas (XBT), que vão
mergulhando e transferindo para o navio ou aeronave, a localização das camadas
termais naquele momento, a pressão da água, salinidade, dados esses que
permitem obter a velocidade do som em dada profundidade. Essas sondas são
lançadas periodicamente.
Notar que no desenho, parte do feixe do sonar emitido
pelo navio, se propaga próximo da superfície, no fenômeno conhecido como “duto
de superfície” e parte do feixe se desvia para baixo, voltando para cima logo
adiante (por causa do aumento de pressão, que eleva a velocidade do som). O
desvio dos feixes sonoros deixa uma zona de “sombra”, na qual o submarino
normalmente procura se ocultar, pois ele também possui batitermógrafo e sabe
qual é a profundidade da camada.
Nessas condições, o submarino conhece a posição do navio
de superfície, porque usa o sonar passivo, que usa hidrofones só para
escuta. Normalmente, o alcance do sonar passivo de um submarino é no
mínimo o dobro do alcance do sonar ativo de um navio de superfície, o que lhe
dá uma enorme vantagem tática.
Submarinos sabem com antecedência onde estão os navios
inimigos, ouvindo o ruído de suas máquinas e a emissão dos seus sonares ativos.
Desse modo, os submarinos podem ocultar-se na camada termal e esperar o melhor
momento e posição para o ataque.
Em certas condições, os submarinos conseguem escutar
navios de superfície a mais de 50 milhas de distância, enquanto o alcance
típico do sonar ativo dos navios gira em torno de 10 milhas (excetuando-se as
situações de “zona de convergência”). Os sonares ativos de helicópteros têm
alcance ainda menor, pois são sonares de alta frequência.
Para enfrentar o problema das camadas termais, usa-se o
VDS (sonar de profundidade variável), que pode ser mergulhado dentro da camada. Como desvantagem, o sonar de profundidade variável tem
alcance menor que o sonar de casco, pois normalmente emprega altas frequências
devido ao pequeno tamanho do transdutor. O VDS também limita a mobilidade do
navio, que não pode navegar em altas velocidades nem fazer manobras bruscas,
sob o risco de arrebentar o cabo e perder o “peixe”.
Nas fotos abaixo, dois
tipos de “peixes” VDS, um canadense e outro francês.
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