Senzori neconvenționali: folosirea viețuitoarele marine pe post de senzori subacvatici

Încă din primii ani ai apariției și utilizării submarinelor moderne și a altor amenințări subacvatice, cum ar fi minele marine, una dintre prioritățile majore ale forțelor navale din întreaga lume a reprezentat-o dezvoltarea de echipamente și tehnologii pentru descoperirea și urmărirea vehiculelor submarine care se ascundeau sau acționau în adâncurile marine.

Prioritatea rămâne valabilă inclusiv și în prezent, mai ales că amenințările submarine nu numai că au crescut considerabil, dar s-au și diversificat prin apariția mini-submarinelor sau a vehiculelor submarine fără echipaj – UUV (Unmmaned Undewater Vehicles), mai greu de detectat și care pot penetra sistemele defensive tradiționale existente.

În martie 2018, V. Putin a dezvăluit lumii dezvoltarea de către Rusia a șase noi sisteme de armament strategic, unul dintre acestea fiind o torpilă cu cap nuclear cu rază lungă de acțiune, denumită Poseidon. Această torpilă nucleară, dacă va fi lansată și detonată lângă coastele SUA, poate provoca un tsunami radioactiv care va contamina zone întinse pentru decenii întregi.

Deși SUA și aliații săi dispun de o vastă rețea de instalații și senzori pentru descoperirea amenințărilor subacvatice, cu sau fără echipaj, se pare că acestea nu sunt suficiente pentru supravegherea completă a vastelor întinderi ale Oceanului Planetar. O astfel de torpilă, de exemplu, s-ar putea strecura nedetectată prin sistemele defensive.

Acesta este unul din motivele care a determinat Pentagonul să se gândească la o soluție necostisitoare pentru studierea posibilității de încorporare a unor viețuitoare marine într-o vastă rețea de senzori care să creeze o capabilitate de detecție nouă la nivel strategic pentru descoperirea vehiculelor submarine. Deloc surprinzător, Departamentul apărării a apelat la Agenția pentru proiecte avansate în domeniul apărăriiDARPA (Defense Advanced Research Projects Agency), cunoscută pentru ideile radicale care de multe ori se situează în zona science fiction, pentru a veni cu o soluție pentru îmbunătățirea detecției submarine.

Nici de această dată DARPA nu a dezamăgit, iar în luna februarie 2019 agenția a anunțat că va finanța un program în valoare de 45 milioane de dolari, cunoscut sub ”prietenoasa” denumire PALS (engl. = prieten, amic) – Persistent Aquatic Living Sensors, Senzori persistenți folosind viețuitoarele marine.

Astfel, fără să vrea, diferite specii de pești sau microorganisme marine au devenit peste noapte ”eroii” programului DARPA. Iată că, după ce secole la rând oamenii au studiat și admirat viețuitoarele Terrei, a venit rândul acestora să detecteze, să observe și să semnaleze activitățile umane din mediul marin.    

 La prima vedere, PALS pare un proiect extrem de ciudat, imposibil de realizat, o risipă de bani. După cum se știe, detecția cu ajutorul sonarului (activ sau pasiv) este metoda tradițională utilizată de toate forțele navele pentru cercetarea submarină. Sonarele sunt însă echipamente scumpe, dificil de instalat și operat, consumă energie, iar cu timpul se degradează datorită salinității sau prezenței organismelor marine, ca să nu mai amintim de faptul că semnalele transmise de aceste instalații pot fi detectate și de către forțele adverse.

Însă, folosirea viețuitoarelor marine pe post de sonare este o idee inovatoare. Dacă sonarele de tip pasiv se bazează pe captarea semnalelor emise de submarine, unele viețuitoare marine, cum ar fi creveții sau gruperii, pot fi deranjați și reacționează la producerea  unei unde cauzate de deplasarea unui submarin sau de la o ”umbră” care trece pe deasupra lor. Mai mult, fauna marină nu generează niciun cost pentru marina americană întrucât se autosusține și nu consumă energie.

Și nu în ultimul rând, spre deosebire de delfini sau foci, care execută și ei diverse misiuni cu specific militar, peștii sau creveții nu au nevoie de antrenament sau cursuri de pregătire, deoarece reacția lor este naturală la stimulii care pot fi chiar vehicule submarine.          

Așadar, DARPA dorește să afle, prin derularea PALS, dacă diferite specii de faună marină pot fi folosite pe post de sonare, știindu-se că multe viețuitoare răspund acustic sau vizibil la diferiți stimuli optici, electromagnetici, chimici sau la zgomot în zona în care înoată. Deși asemănătoare cu modul de funcționare a sonarelor pasive, ideea DARPA poate conduce la dezvoltarea unui al treilea mod de detecție a vehiculelor submarine.

Pentru a cerceta dacă acest lucru este posibil DARPA a mobilizat cinci echipe de cercetători, fiecare având ca obiect de studiu reacțiile unui organism marin specific la prezența vehiculelor submarine. 

O primă echipă de cercetători din cadrul Northrop Grumman Corporation va înregistra și analiza semnalele acustice ale creveților pistol (creveții alfeide) și procesele de luminiscență ale organismelor bioluminiscente. Deși măsoară doar câțiva centimetrii, creveții pistol sunt una dintre cele mai zgomotoase specii marine producând ”pocnituri” de 200 db (cam cât zgomot produce un avion cu reacție care trece aproape de o persoană!) care, propagându-se pe distanțe mari, se pot lovi de vehiculele submarine din zonă și reflecta apoi la emițător, practic exact principiul de funcționare al sonarelor.

O altă echipă din cadrul Laboratorul de cercetări navale – NRL va integra organismele microbiene într-o platformă de detecție pentru a descoperi și caracteriza semnalele biologice venite de la microorganismele naturale care reacționează la amprenta magnetică a vehiculelor submarine.

O echipă din cadrul Universității din Florida va înregistra și analiza semnalele vocale ale gruperilor gigant de Atlantic (Itajara), o specie de pești teritoriali uriași (care pot atinge până la 2,7m lungime și aproape 400 kg în greutate), care trăiesc la adâncimi între 5 și 50 m în apele tropicale și subtropicale, și în care se pun mari speranțe pentru găsirea unei soluții pentru descoperirea submarinelor. Când scafandrii se apropie de ei, aceștia emit niște semnale de frecvență joasă, asemănătoare unor ”lătraturi”, care pot fi chiar auzite de posturile de ascultare. Dacă un submarin, oricât de silențios ar fi acesta, deranjează un gruper, făcându-l să reacționeze, semnalul vocal poate fi captat și analizat de un sonar propriu.    

Ca și colegii de la Northrop Grumman, o echipă din cadrul Raytheon BBN Technologies va folosi creveții pistol (creveții alfeide) ca senzori pentru descoperirea, clasificarea și urmărirea de la mare distanță a vehiculelor submarine. Această specie de creveți care trăiește în apele de adâncime mică prin toate oceanele lumii este una din cele mai zgomotoase specii marine după cum spuneam. Creveții pistol își mișcă permanent cleștii cu viteze foarte mari creînd în acest fel un sunet constant care se propagă prin apă și se reflectă din obiectele înconjurătoare. Ca și în cazul sonarelor tradiționale, măsurarea timpul parcurs de semnal de la obiect la crevete, ca și intensitatea lui, poate dezvălui mărimea, forma și distanța până la vehiculele submarine. Practic avem de-a face cu un nou tip de sonar pasiv, care, în plus, se autosusține, nu consumă energie și poate detecta chiar și cele mai silențioase vehicule submarine.       

Același tip de zgomot este utilizat de specie pentru a comunica între diverși indivizi, iar marile colonii de creveți pot crea un zgomot de intensitate mare. La toate acestea putem adăuga faptul că creveților li se regenerează cleștii pierduți, fiind astfel permanent prezenți la datorie în cadrul rețelei de senzori.

În final, o echipă din cadrul Centrului de studiu în știința mediului a Universtății din Maryland va marca cu mini-senzori bibanii de mare (pești din familia Serranidae, care trăiesc pe lângă coastele stâncoase) pentru a le urmări modul de scufundare și de accelerare a acestor pești când sunt perturbați de prezența vehiculelor submarine. 

Totodată, DARPA finanțează și activitățile Centrului naval de luptă antisubmarin (NUWC)  – Divizia din Newport, pentru dezvoltarea unui sistem dispus pe fundul oceanului care utilizează sonare și senzori pentru detecția acustică în scopul monitorizării permanente a sunetelor ambientale biologice din zona recifelor pentru descoperirea anomaliilor. Sistemul va analiza schimbările semnalelor acustice emise de ecosistemele din zonele recifelor de corali la descoperirea prezenței unui prădător, care poate oferi un mecanism indirect pentru descoperirea și clasificarea vehiculelor submarine în timp real.   

Cel puțin două provocări majore stau în calea cercetătorilor care vor monitoriza comportamentul organismelor marine. Una ar fi că DARPA va avea nevoie de echipamente de detecție performante pentru descoperirea și urmărirea comportamentelor viețuitoarelor marine cum ar fi sonare, camere TV și senzori magnetici, acustici sau de mișcare. Aceste detectoare se vor lovi, probabil, de aceleași probleme tehnice și operaționale care perturbă în mod curent funcționarea senzorilor convenționali. Cealaltă provocare ar fi că aceste echipe de cercetători trebuie să cunoască foarte bine comportamentul vietăților marine studiate, lucru care nu este la îndemâna oricui.

În final, cercetătorii trebuie să dezvolte și să implementeze tehnologii pentru înregistrarea răspunsurilor la stimuli din partea viețuitoarelor studiate. În etapa următoare aceștia trebuie să  dezvolte sisteme de hardware și software care să analizeze și să interpreteze aceste reacții, să ”cearnă” informațiile obținute, și în final să le poată retransmită bazelor sau structurilor militare.   

Programul se află deocamdată în fazele inițiale și rămâne de văzut dacă PALS va genera soluții viabile în viitor. Pentru a reuși, echipele de cercetători care au acceptat provocarea programului vor trebui să forțeze și să depășească numeroase bariere tehnologice și să aventureze pe teritorii necunoscute în prezent. Cu siguranță, ca în cazul tuturor experimentelor, unele nu vor aduce rezultatele scontate, dar este posibil ca altele să ajungă totuși la o soluție eficientă care va oferi SUA o incredibilă capabilitate strategică.

(Material publicat de autor în revista Știință & tehnică nr. 93/februarie 2020).

Explicație foto: Conceptul PALS: Un vehicul submarin fără echipaj ”deranjează” un banc de pești și modifică direcția de deplasare a unui grup de creveți. O platformă de la suprafața apei, care tractează un sensor subacvatic, detectează modificarea deplasării creveților și deduce posibila prezență a unui vehicul submarin. Informația este transmisă apoi unui satelit de comunicații.

Sursă foto: DARPA.

Lasă un răspuns