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Torpedos de supercavitación

Materia Reservada Anonimo escribió " Los submarinos rusos son los únicos que poseen en la actualidad los torpedos de supercavitación, los cuales son capaces de alcanzar velocidades de 500 Km/h.

Torpedos de supercavitación
Lo último en tecnología de ataque submarino parece ciencia ficción


Al igual que otras muchas ideas bizarras, los aparatos submarinos que utilizan la supercavitación aparecieron en la Guerra Fría. En los años 60s, la URSS tenía torpedos relativamente lentos, que dejaban a sus submarinos, de los mejores del mundo, en gran desventaja. Pero en lugar de apresurar el desarrollo de soluciones convencionales, hicieron todo lo contrario. Siguiendo su filosofía de hacerlo todo más grande, pesado y aparatoso, pensaron en adelantarse a los EEUU al desarrollar una idea totalmente radical.

A pesar de que todo lo siguiente parece ciencia ficción, no lo es. De hecho, hay quienes afirman que hay al menos un submarino ex-soviético que utiliza torpedos de supercavitación. La misma idea es usada también por la US Navy para desarrollar armas que permitan destruir minas submarinas desde el aire. En una frase, estamos hablando de proyectiles que pueden superar la velocidad del sonido debajo del agua (cerca de 1.500 metros por segundo), mientras se mantienen totalmente secos. La idea surgió, como casi siempre, de algo totalmente simple como la burbuja de una bebida gaseosa.

Pero es necesario repasar algo de física antes de comprender cómo es posible todo esto. El problema que detiene a los torpedos es la resistencia: todo objeto, sin importar su forma, sufre más o menos resistencia cuando se mueve dentro de un fluido (gaseoso como el aire o líquido como el agua de mar). Una de las fuentes de la resistencia es la fricción de la superficie, que es la fuerza que se requiere para superar la delgada capa de fluido que se mueve sobre la superficie del cuerpo en movimiento. Todo esto sucede en la superficie de un avión, por ejemplo, pero el agua tiene el inconveniente de que es muchas veces más densa que el aire, generando mucha más resistencia. Así, toda solución debe ser repensada para aplicarse en otro ambiente.

Peor todavía, la energía que se necesita para superar la resistencia es proporcional al cubo de la velocidad de un objeto. Así que cada mejoramiento de la propulsión, que en teoría agregaría más velocidad al torpedo, no hace más que hacerlo apenas más rápido.

A comienzos de los años 60s, Mikhail Merkulov, trabajando en el Instituto Hidrodinámico de Kiev, se dio cuenta de que la solución estaba en un fenómeno llamado "cavitación". Era en realidad una idea peligrosa. Para cualquier arquitecto naval, la cavitación es una amenaza, y no una aliada.

Cuando un cuerpo se mueve rápidamente dentro de un fluido, la presión en los distintos puntos del cuerpo (supongamos que es una hélice que está girando) se reduce. Cuanto más rápido se mueve el cuerpo, más baja es la presión. Pero cuando la presión se reduce tanto como para igualar la presión del vapor del fluido, el estado líquido no puede mantenerse. Sin tener la suficiente presión como para mantenerse juntas, las moléculas del líquido se vaporizan y forman "cavidades", o burbujas. Su efecto no es inocente: pueden destruir las hélices de un barco, y por eso los arquitectos navales tienen que hacer tantos cálculos en este punto.

En las bombas, turbinas y hélices, la cavitación lleva a dos problemas principales. Las burbujas distorsionan los patrones de flujo, reduciendo así la eficiencia. Por otra parte, eventualmente, las burbujas llegan a regiones de alta presión y colapsan, creando olas de choque microscópicas de gran violencia, lo suficiente como para excavar franjas en el metal expuesto.

Pero la supercavitación es algo diferente. Bajo ciertas condiciones, una sola burbuja o supercavidad se puede formar, envolviendo los objetos en movimiento casi por completo. Newton llegó a dibujar los principios básicos en su Principia Mathematica, de 1687.

Un cuerpo con supercavitación tiene una resistencia extremadamente baja, porque la fricción sobre su superficie es casi inexistente. En lugar de estar rodeado de agua, se rodea del vapor de agua que se forma en la burbuja. Como el vapor tiene una densidad y viscosidad mucho menor que el agua líquida, el cuerpo puede avanzar mucho más rápido.

Pero no es tan simple: la supercavitación es difícil de obtener.

El cuerpo que quiera usar la supercavitación debe estar moviéndose a una gran velocidad: al menos a 180 km/h, según algunos expertos. Esa es una velocidad muy superior a la de los torpedos actuales. Por otra parte, la forma de la cabeza también tiene que ser diferente: los expertos militares hablan de que, en lugar de ser hidrodinámica, debería ser chata. Así, a grandes velocidades, el fluido es forzado a moverse desde el borde de la cabeza con tanta velocidad, en un ángulo especial, que no toca la superficie del cuerpo.

Por eso, en un cuerpo supercavitatorio, solamente la cabeza causa una resistencia significativa, ya que es la única parte que está en contacto real con el agua líquida. Sin embargo, estamos ante una paradoja: cuanto más chata sea la cabeza, más alta será la resistencia. Es por eso que hay que conseguir un punto medio, y las mejores cabezas son las que están ligeramente curvadas.

El asunto es que la resistencia total se reduce enormemente una vez que se alcanza un régimen de supercavitación, y luego aumenta linealmente con la velocidad (y no geométricamente). Mucha de la teoría todavía no está en papel, ya que se trata de cálculos muy complicados y fórmulas que no pueden experimentarse en laboratorios. Sin embargo, muchos creen que es así.

Marshall Tulin, que luego fue director del Laboratorio de Ingeniería Oceánica en la Universidad de California en Santa Bárbara, propuso utilizar la supercavitación para reducir el arrastre en los hidrofoils, doblando así su velocidad. Pero luego la idea se desechó, ya que estos aparatos no se hicieron muy famosos. Todo el proyecto desapareció.

Pero cuando el trabajo de Tulin fue visto por Merkulov, él se dio cuenta de que la supercavitación podía crear un torpedo extremadamente rápido. A pesar de todo, como siempre sucede en estos casos, había un problema: si solamente la cabeza del torpedo tocaba el agua, las hélices convencionales no iban a funcionar, ya que no sirven de nada si rotan dentro del vapor. Era necesario inventar una nuevo forma de propulsión submarina.

La solución era simple pero radical: montar un motor cohete en la parte de atrás. Los cohetes funcionan incluso en el espacio exterior, ya que no necesitan aire ni ningún otro fluido contra el cual empujar. Además, dan una potencia bastante grande con poco combustible.

Como siempre, la idea era simple, pero muy difícil de llevar a la práctica. Además de todos los problemas generales, había un par de problemas particulares. El primero: lograr la estabilidad del torpedo. El segundo, encontrar los materiales lo suficientemente fuertes como para impedir que la cabeza del torpedo se destruyera frente a las enormes presiones del agua.

Por otra parte, a la velocidad en que se movía, la burbuja no podía ser lo suficientemente grande como para envolver a todo el torpedo. Así que se decidió que debía ser diseñado de manera que generara una burbuja artificial, haciendo que parte del impulso del cohete saliera a través de la cabeza. Esto hace que, si el objeto no es lo suficientemente rápido, se cree una especie de "ventana" por donde pueda pasar.

Según algunos expertos, los prototipos de este torpedo soviético aparecieron en los 80s, pero todavía necesitaban mucho trabajo. De acuerdo a estos mismos expertos, se necesitó cerca de una década para hacer que se pudiera producir un torpedo eficaz.

Se lo llamó Shkval, refiriéndose a una violenta tormenta de viento que suele traer nieve. Se dice que puede alcanzar velocidades de hasta 500 km/h. Se lo dispararía como una bala de cañón, desde dentro de un submarino especial, posiblemente utilizando una catapulta mecánica. Ese es el impulso inicial que necesita para llegar a una determinada velocidad, en donde se forma la burbuja o cavidad. En ese momento se encienden los cohetes, que lo aceleran más todavía.

Es así como los soviéticos, y luego los rusos, lograron construir un arma realmente formidable, que puede dejar atrás a cualquier objeto submarino en el mundo, sin dejarle tiempo a que reaccione. Incluso se dice que puede usarse defensivamente, para interceptar torpedos enemigos. Aunque no los impacte, seguramente la perturbación que produce en el agua podría, en teoría, desviarlos al menos lo suficiente como para ganar dinero.

Sin embargo, a pesar de que todo esto parece de ciencia ficción, es solamente una parte de todo el asunto. Para la época en la que el Shkval apareció, los EEUU ya había comenzado su propio programa de aparatos supercavitatorios. Se concentraba en otro tipo de arma: balas submarinas.

Las balas convencionales, una vez que entran al agua, se ven detenidas por la resistencia y quedan a la deriva cuando han penetrado el agua hasta un metro aproximadamente. Los expertos del departamente creado para ese proyecto se dieron cuenta de que, teniendo un proyectil diseñado de otra manera, la supercavitación podía hacer que esa distancia se aumentara, y que la velocidad fuera al mismo tiempo muy grande.

Esta idea se provó en 1997, apenas unos años luego del éxito del torpedo de supercavitación ruso. Un proyectil sin propulsión propia, con una cabeza chata especialmente diseñada, y disparado desde un arma submarina, rompió la barrera del sonido en el agua: 5.400 km/h, o 1,5 km/s.

Claro que, careciendo de una propulsión secundaria que la mantuviera acelerando, el proyectil rápidamente bajó su velocidad. Pero demostró que la idea funcionaba y la supercavitación era posible.

Las balas con supercavitación están siendo bien empleadas por la US. Navy. La idea es tirotear minas submarinas para destruirlas, pero utilizando un arma montada en un helicóptero. En la actualidad, como se mencionó antes, las balas tradicionales no pueden hacer ese trabajo ya que se desvían apenas pasado el metro de profundidad.

El RAMICS (Rapid Airborne Mine Clearance System, Sistema Rápido de Limpieza de Minas Aerotransportado) utiliza un cañón Gatling de 20 mm, del tipo convencional. El agregado de esto es que hay que rediseñar el proyectil, pero no el arma que lo dispara.

Con sus cabezas aplastadas, las balas salen del cañón, guiado por laser, cuando el helicóptero está a una altura segura de 350 metros sobre la superficie del agua. Luego de chocar con ella, logran viajar sin desviarse unos 12 metros, siendo capaces en ese trayecto de destrozar una mina submarina. Todo eso, teniendo en cuenta que luego de atravesar 12 metros de agua, tiene que tener suficiente energía cinética como para atravesar las paredes de acero de la mina.

Tal parece que el sistema ya ha sido probado en tierra y en el agua, utilizando un helicóptero Cobra. Es una solución muy barata para deshacerse de un arma muy peligrosa, cuya remoción siempre es lenta y costosa.

Sin embargo, el problema vuelve hacia el torpedo superrápido, que es en cambio un arma ofensiva de gran potencia. Es también un arma mucho más complicada, y muchos se preguntan por sus límites, especialmente por su velocidad máxima.

A pesar de que los científicos militares no dejan ver sus cálculos ni los datos logrados en la realidad, no hay en teoría una velocidad límite específica. Los soviéticos vieron al Shkval como el comienzo, y no como el final.

Pero hay gran cantidad de obstáculos en el camino del desarrollo de semejante aparato. Todavía se necesita un sistema de propulsión potente pero compacto. Una solución propuesta es la del cohete que tenga como combustible el aluminio. Usaría al agua como su oxidante, de manera que no necesitaría llevar una reserva de oxígeno. El único problema es que el aluminio es que el combustible que no reacciona y se quema, se recubre rápidamente de una capa de óxido de aluminio, que inhibe cualquier otra reacción química posterior. Para evitar esto, se piensa en un sistema que inyecte aluminio en polvo en un vórtice de agua, lo que mantendría a la mezcla en movimiento y en reacción constante.

Pero también está el problema de las maniobras. El Shkval se pensó sin controles ni timones: básicamente es una bala de cañón submarina. Se gastó mucho empeño en lograr que el proyectil quedara estabilizado durante el viaje: hubiera sido imposible pedirle más a los diseñadores. El torpedo de supercavitación aprovecha, al menos por ahora, su gran velocidad y sorpresa para hundir a su presa.

Pero en el futuro algunos se atreven a pensar en más. El nuevo problema es que, para controlar el curso, las aletas tienen que tocar el agua, aumentando así la resistencia que tanto se trató de eliminar. Sin embargo, es un pequeño precio a pagar por la posibilidad de maniobrar un objeto que viaja a tanta velocidad.

En definitiva, estamos hablando de un arma ni siquiera soñada en la ciencia ficción, que puede en un futuro más o menos lejano cambiar la naturaleza de la guerra submarina. Por décadas, desde el surgimiento de los submarinos, el juego del gato y el ratón, con las naves moviéndose lo más sigilosamente posible (evitando usar su sonar activo para no revelar su posición), para disparar desde cerca, fue la norma. Pero ahora estamos hablando de una pelea de perros, "ladrando" con cada nuevo lanzamiento de un torpedo de supercavitación, que dejaría rastros imposibles de perder.

Las reglas de la guerra submarina, que parecían eternamente escritas por las leyes del silencio pueden, por un truco de la física, convertirse en un sinfonía de cañonazos, como las que se escuchaban durante las antiguas batallas de acorazados. Eso sí, debajo del agua."

 
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Re: Torpedos de supercavitación (Puntuación 5, Underrated)
por han el Sunday, 19 December a las 19:03:45
(Información del Usuario | Enviar un Mensaje)
me parece un articulo muy interesante y viendo que conoces muy bien el tema de los submarinos te invitaria a que hablases de la Propulsión Magneto Hidrodinámica, . Un saludo



prom gowns (Puntuación 5, Funny)
por Kayla ([email protected]) el Thursday, 31 May a las 03:21:08
(Información del Usuario | Enviar un Mensaje) http://www.heardress.com
This is a definitely beneficial read for me, Should admit that you happen to be one of the greatest bloggers I ever saw. Thanks for posting this informative article.