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Como funciona o sonar passivo?

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Operadores e suas telas de sonar no submarino nuclear de ataque USS Toledo

A colisão entre os submarinos portadores de mísseis balísticos (SSBN) Le Triomphant francês e o HMS Vanguard enquanto navegavam submersos em fevereiro de 2009 suscitou muitas dúvidas e ajudou também a mostrar como o submarino de propulsão nuclear, apesar de ser uma arma incrível, possui algumas limitações.

Entre elas, o fato de operar totalmente às cegas, sem poder usar o radar (que não funcionam debaixo d’água) ou rádio (que funciona somente próximo da superfície) e o sonar ativo (que emite “pings” sonoros de alta energia), pois denuncia a presença do emissor.

No caso dos SSBN a situação é mais crítica, pois são navios estratégicos, portando mísseis balísticos nucleares intercontinentais, que garantem a capacidade de retaliação fulminante em caso de um ataque nuclear inimigo.

Sendo assim, os SSBN, bem como os submarinos de ataque, de propulsão nuclear ou convencional, dependem quase que totalmente dos seus sonares passivos, de escuta submarina. Estes hidrofones, embora muitas vezes consigam o dobro do alcance dos sonares ativos dos navios de superfície, só conseguem inicialmente indicar a direção das fontes de ruído.

A classificação (identificação) e distância do alvo, dados fundamentais para soluções de tiro e manobras evasivas, só podem ser obtidos depois de algum tempo de monitoração, com o auxílio do sistema computacional de bordo, através do método conhecido como TMA (Target Motion Analysis). Observe no vídeo abaixo diferentes tipos de ruídos encontrados nos oceanos e gravados por sonares passivos.

Um submarino submerso recebe ondas de diversas fontes sonoras e os sonares passivos do submarino também percebem seu próprio ruído, que interfere no alcance de detecção do seu sonar.

Por isso, quando um submarino precisa conseguir o maior alcance de detecção possível, sua velocidade não deve passar muito dos 5 ou 10 nós, pois os ruídos de seu hélice e o escoamento da água no casco mascaram os ruídos dos alvos.

Nos modernos submarinos, dotados de sistemas de combate e comando & controle digitais, toda a informação que chega dos sonares passivos da proa (bow array), dos flancos (flank array) e do sonar rebocado (towed array) é mostrada inicialmente em displays em “cascata” (waterfall), como na imagem abaixo.

Displays em cascata dos sonares passivos de submarino nuclear de ataque USS Toledo

As trilhas verticais mais brilhantes representam os sons produzidos pelos alvos e o fundo mais escuro, é o ruído ambiente produzido por outras fontes. Quando o submarino navega em alta velocidade, fazendo muito barulho, o fundo mais escuro também fica mais brilhante, se misturando com as trilhas dos alvos, por isso é necessário navegar em baixa velocidade, para poder rastrear e identificar os contatos.

Na tela abaixo, do simulador de guerra naval Dangerous Waters, é mostrado com mais detalhe o console de um sonar passivo de submarino dos anos 80/90.

sonar-passivo-1

Notar que o display, na tela do alto, mostra cinco trilhas perto da marcação 90º e uma trilha perto da marcação 270º. São seis contatos que estão sendo monitorados pelo sonar de proa (observar a seleção do sonar array no canto inferior direito do console). A tela mais abaixo do display, mostra a mesma informação, mas numa escala de tempo maior, por isso a confusão das trilhas, pois o submarino mudou de rumo várias vezes para rastrear melhor os contatos.

Os seis contatos estão sendo monitorados, mas ainda não se sabe o que eles são e a que distância estão.

O submarino precisa de algum tempo monitorando os contatos para identificar os alvos e calcular a distância dos contatos.

Como se calcula a distância com o sonar passivo?

O sonar passivo só fornece a marcação do contato (direção) e não sua distância. Esta última só pode ser obtida após várias leituras consecutivas da direção do contato selecionado, através de um método chamado Target Motion Analysis (TMA), como mostra a imagem abaixo:

sonar-passivo-2-2

Diversas soluções para a alvo poderão se encaixar. Por exemplo, o contato pode estar perto, deslocando-se a 5 nós ou duas vezes mais distante, deslocando-se a 10 nós. Se seu sonar conseguir descobrir a velocidade na qual o contato está navegando, sua distância e curso podem ser estimadas.

É aí que entra outro componente do sonar passivo de vital importância: o sonar de banda estreita (Narrow Band) e o DEMON (Demodulated Noise). O sonar de banda estreita separa um sinal em frequências mais discretas, possibilitando ao operador, com auxílio de um sistema computadorizado, examinar os sinais de um alvo e compará-lo com assinaturas de um banco de dados, para saber a classe exata de navio e até mesmo, qual o navio, se houver alguma gravação anterior. Por isso, uma das tarefas dos submarinos em tempo de paz, é abastecer suas bibliotecas de sonar com as assinaturas de alvos.

O DEMON permite ainda saber quantas pás têm os hélices do alvo e quantas revoluções por minuto, possibilitando assim determinar a velocidade do contato.

Na tela abaixo, do simulador Dangerous Waters, a DEMON classifica um contato detectado como um cruzador da classe Ticonderoga:

Depois de classificado o contato, o cáculo de distância do alvo é feito no Target Motion Analysis (TMA). Assista no vídeo abaixo como é processamentos dos dados do alvo no TMA, no simulador Dangerous Waters:

Submarino versus submarino

A melhor forma de caçar um submarino é usar outro submarino. Isto porque eles operam no mesmo meio e podem mudar rapidamente de profundidade para pesquisar as camadas termais em busca de contatos.

O avanço nas tecnologias de redução de ruído tem feitos os submarinos ficarem cada vez mais silenciosos, principalmente na banda estreita (narrow band), que é a faixa que geralmente caracteriza um submarino. Propulsores pump-jet, com hélices carenadas, hélices com desenhos mais eficientes e dispositivos anti-vibração para motores tornam os submarinos cada vez mais difíceis de detectar.

O choque entre dois SSBNs no Atlântico Norte, um do Reino Unido e outro da França, demostrou que os submarinos modernos avançaram muito na discrição, a ponto de só conseguirem escutar um ao outro a distâncias de poucas milhas.

Nos exercícios antissubmarino, quando dois ou mais submarinos participam, faz parte da doutrina operacional separá-los em cotas de operação, como se faz com os aviões comerciais nas aerovias. Cada submarino fica limitado a uma faixa de profundidade, justamente para evitar o risco de colisões.

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Marco Figueiredo
Visitante
Marco Figueiredo

A janes tinha um simulador muito bom dos classe los angelis mas so roda em windows 98

Marcelo Danton Silva
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Marcelo Danton Silva

E os narizes ?!
Até agora só vi descrição de bocas e ouvidos. Tubarão usa fortemente “narizes”. Baleias e golfinhos “bocas”.
Querem inovar? Desenvolvam tecnologia através do estudo dos moradores do local.
Quer aeronaves inovadores?! Estude as libélulas….
E tecnologia vale MUITO mais que OURO tá?! Custa caríssimo pesquisar e desenvolver eficazmente.
Brasil tem ótimos cérebros e criatividade, mas peca em atribuir o mérito. Este _______________
_______________________________
que causa nossa duradoura mediocridade.

COMENTÁRIO EDITADO. ESTE ESPAÇO NÃO É PARA DISCUSSÕES SOBRE RELIGIÃO, QUE QUASE SEMPRE GERAM UMA BOLA DE NEVE DE BRIGAS E ATAQUES ENTRE OS COMENTARISTAS E ACABAM COM O DEBATE. MANTENHA-SE NO TEMA.

ECosta
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ECosta

Marcos, compre o Dangerous Waters da Jane´s. Excelente simulador e possui vários mods na internet, eu mesmo tenho o habito de criar novas classes de submarinos com o DWEdit. Tem várias classes de submarinos que você pode controlar e com o mod Reinforcement você controla até um Rubis frances e vários outros submarinos nucleares e convencionais inclusive. Bem realista. Algumas dúvidas com relação a matéria: 1 – “O DEMON permite ainda saber quantas pás têm os hélices do alvo e quantas revoluções por minuto, possibilitando assim determinar a velocidade do contato.” No lugar de “revoluções por minuto” não seria TPK… Read more »

Marco Figueiredo
Visitante
Marco Figueiredo

Boa dica! Vou procurar

ECosta
Visitante
ECosta

Sobre o Dangerous Waters
O mais desafiador que achei foi usar sub convencional com suas limitações de baterias e tempo de snorkel, ruido gerado pelos motores dísel e as interrupções de snorkel devido a proximidade de P-3 Orion ou Helicoptero. É muito emocionante. E ele tem editor de missão e possui navios de nossa marinha.
Eu faço modificações no jogo, crio submarinos como alvaro alberto e scorpene. Mas isso depende de utilizar o DWEdit.exe que é baixado a parte.

José Lemos filho
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José Lemos filho

No primeiro vídeo deu pra discernir o áudio capitado pelo somar 1- baleia.
2- locomotiva.
3-sinal de rádio., o resto não conheço. É isso mesmo pessoal ou tem algum ruído de hélice do sub também???

Marco Figueiredo
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Marco Figueiredo

ECosta, Com o simulador antigoda Jannes tambem dava. Lembrando que eles fabricavam o simulador real dos classa Los Angelis. No editor era possivel incluir um determinado evento, p.ex um heli lancando sonoboia, num determinado time do jogo ou alterar o padrao de varredura de uma escolta. Uma coisa legal era pousar o sub numa determinada depressao do terreno e ficar ali ouvindo as sonoboias ativas te cacando e vez ou outra um contato se aproximando com o ping de 15000 Hz. Outra era ter q manobrar o sub em espiral descendente para sair da termocline ou manobrar pra colocar o… Read more »

Cerberosph
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Cerberosph

…Já andei lendo matéria em que fala que os russos, além de sonar, utilizam outras técnicas, como verificação da temperatura da água e composição química deixada pelo submarino nuclear para acompanha-lo…
Já teve matéria aqui sobre isso e é eficaz.

Felipe
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Felipe

Na verdade o DEMON não permite saber quantas pás de helices o alvo tem. O que o DEMON permite é distinguir a posição das pás atraves da sutil variacao de frenquencia que cada pá emite durante uma rotaçao, ou seja, cada vez que uma pá passa por um certo radiano, o sistema indica um sinal. Quanto mais sinals por um determinado tempo, maior a velocidade de rotacao das helices. Sabendo o numero de pás que o alvo tem, é entao possivel calcular a velocidade utilizando o conceito de Turns per Knots. A chave do negocio entao é saber quantas pas… Read more »

TIGER 777
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TIGER 777

Parabenizar toda a equipe da trilogia, pelo excelente nível dos materiais publicados. Este local é um oásis no oceano de besteiras da internet.

cfsharm
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cfsharm

Gostei muito da matéria. Lembrando inevitavelmente do filme Caçada ao Outubro Vermelho. Parabéns aos Editores.

A propósito observei este artigo que é off topic mas relacionado a matéria publicada aqui no Naval.
https://www.nytimes.com/2018/01/16/us/politics/navy-discipline-destroyer-collisions.html