¿Cuál es el principio del periscopio?
Sistema de imágenes de periscopio
El periscopio submarino moderno se inventó a principios del siglo XX. Cuando la Armada alemana construyó su primer submarino en 1906, ya utilizaba un periscopio óptico bastante completo, que constaba de una lente objetivo, un sistema de conversión de imágenes y un ocular. Los periscopios de aquella época tenían una potencia de periscopio de 5 a 7 metros, una distancia de observación corta, un campo de visión estrecho, una calidad de imagen deficiente y no podían utilizarse de noche. Las funciones principales de los periscopios tradicionales incluyen observar barcos en el agua, observar aviones en el aire, estimar la distancia del objetivo atacado, proporcionar su posición y distancia al sistema de control de incendios e implementar navegación por puntos de referencia o navegación celeste en estado sumergido.
Los fabricantes de periscopios modernos aplican los últimos avances en tecnologías optoelectrónicas, como visión nocturna con poca luz, imágenes térmicas infrarrojas, alcance láser, computadoras, control automático y sigilo para desarrollar una nueva generación de periscopios optoelectrónicos. Tomemos como ejemplo el periscopio SERO 400, desarrollado recientemente en Alemania en 2003. El rendimiento técnico principal incluye: rango de inclinación -15 ~ +60 grados, 1,5x, 6x, 12x, estabilización bieje de línea de visión de alta precisión, diámetro de pupila de entrada del periscopio >: 21 mm, potencial de caída de aproximadamente 12 m. Puede equiparse con una variedad de cámaras y sensores, como cámaras digitales, cámaras de televisión con poca luz, cámaras de televisión en color, cámaras térmicas, telémetros láser seguros para los ojos, etc. , para que el comandante del submarino elija según las necesidades reales, la señal de video también se puede proporcionar al monitor del sistema de combate en tiempo real para lograr una observación sincrónica. La interfaz serie del sistema de periscopio se puede utilizar para el control remoto de diferentes consolas del sistema de combate. El sistema de periscopio tiene buenos efectos de observación en condiciones diurnas y nocturnas. Puede monitorear eficazmente el mar y el aire, recopilar datos de navegación, buscar e identificar varios objetivos marítimos y las imágenes observadas se pueden grabar y reproducir.
También merece atención el periscopio panorámico desarrollado recientemente por la Marina estadounidense. Se trata de una reaplicación de la antigua tecnología de periscopio panorámico en condiciones técnicas modernas, y las perspectivas de esta tecnología aún se están verificando. Además, los países extranjeros conceden gran importancia al diseño modular de los periscopios y los han adoptado ampliamente. Sin cambiar la estructura básica y la función del periscopio, los sensores antiguos se pueden reemplazar fácilmente según sea necesario para mejorar el rendimiento del periscopio.
La tecnología moderna de periscopio fotoeléctrico ya está bastante madura y no se puede mejorar más. Las deficiencias inherentes de los periscopios penetrantes tradicionales son muy obvias: la principal desventaja es que el periscopio debe penetrar el caparazón del submarino. Cuanto mayor es el diámetro del cilindro de la lente, mayor es el impacto en la resistencia a la presión del submarino; La lente del periscopio es generalmente de 0,6 metros. Ocupa demasiado espacio en el barco originalmente limitado, lo que es muy perjudicial para el diseño del módulo de comando del submarino. En tercer lugar, el periscopio solo es adecuado para que lo opere y observe una persona. Es imposible que varias personas observen al mismo tiempo, lo que no favorece el disfrute de los recursos de información de combate. A pesar de las deficiencias del progreso, los periscopios fotoeléctricos siguen siendo el equipo de observación de imágenes más utilizado para submarinos navales en varios países en la actualidad y en el futuro.
Figura 4:
Sistema de mástil fotoeléctrico
En 1976, Kollmorgen propuso oficialmente un principio de mástil fotoeléctrico original para la revisión de la Marina. En la década de 1980 se lanzó oficialmente el plan de desarrollo de mástiles fotoeléctricos no penetrantes. Hoy en día, las torres fotovoltaicas han evolucionado desde conceptos y prototipos principales hasta modelos de ingeniería. Las armadas de Estados Unidos, Gran Bretaña y Francia han eliminado los tradicionales periscopios penetrantes de los nuevos submarinos de propulsión nuclear y todos estarán equipados con mástiles fotoeléctricos. Esta elección marca que la tecnología de mástiles fotoeléctricos submarinos ha alcanzado un nivel bastante maduro y confiable. La mayor diferencia entre un mástil fotoeléctrico y un periscopio convencional es que el mástil fotoeléctrico es un "mástil no penetrante". Consta de tres partes: cabezal de observación del mástil fotoeléctrico, mástil no penetrante y consola a bordo. El sistema de imágenes An/BVS-1 es un sistema de mástil electroóptico en los submarinos estadounidenses de clase Virginia. Además de las funciones de los sistemas de periscopio existentes, también puede proporcionar funciones como recopilación de inteligencia electrónica, vigilancia y ataque de objetivos.
En comparación con el periscopio penetrante tradicional, el mástil fotoeléctrico tiene muchas ventajas: por ejemplo, el mástil fotoeléctrico no penetra el casco resistente a la presión, sino que está dispuesto directamente en una posición adecuada en el módulo de mando, lo que no solo mejora la resistencia del submarino, sino que también facilita la disposición del módulo de comando; el cabezal de observación del mástil fotoeléctrico está equipado con varios sensores de detección fotoeléctrica, guerra electrónica y antenas de comunicación. La situación fuera del barco puede capturarse mediante televisión y cámaras infrarrojas, luego transmitirse al barco y mostrarse en el monitor de la consola y en la pantalla grande. Los mástiles fotoeléctricos están reemplazando gradualmente a los periscopios penetrantes y se están convirtiendo en una parte importante de los sistemas de información de combate submarinos.
Sin embargo, debido a la compleja tecnología y al alto precio, actualmente sólo unos pocos submarinos utilizan mástiles fotoeléctricos. Por ejemplo, los submarinos nucleares de misiles de clase "Delta III" y "Delta IV" de Rusia están equipados con mástiles fotoeléctricos "Brick Rain". Sólo los submarinos nucleares de ataque de clase Virginia de EE. UU. utilizan dos mástiles fotoeléctricos. Aunque los submarinos nucleares de ataque británico HMS Astute y francés HMS Victory también están equipados con dos mástiles fotoeléctricos, aún no han sido lanzados y tardarán algún tiempo en entrar en servicio. En la actualidad, es más común utilizar mástiles fotoeléctricos con periscopios, como en algunos submarinos de Estados Unidos, Gran Bretaña, Alemania, Francia, Rusia, Japón y Egipto.
Sistema de monitorización de cámaras de snorkel
La tecnología del snorkel submarino fue inventada por Alemania durante la Segunda Guerra Mundial. En la década de 1960, comenzamos a estudiar cómo utilizar dispositivos de observación de periscopio en condiciones de snorkel para que el snorkel pudiera usarse para múltiples propósitos. La primera opción en aquel momento era instalar un periscopio en el snorkel. Por ejemplo, el periscopio NavS de la empresa alemana Zeiss se puede instalar en el snorkel de un submarino. En los últimos años se ha prestado cada vez más atención a la instalación de dispositivos de observación y comunicación en los snorkels submarinos. La patente estadounidense "Dispositivo de snorkel para submarinos" solicitada por la empresa alemana IKL en septiembre de 2004 describe en detalle cómo configurar periscopios, radares y antenas de comunicación en el snorkel, involucrando principalmente tecnología de imágenes electrónicas y tecnología de alerta temprana de radar. El sistema de monitoreo de cámara de snorkel aplica tecnología de mástil fotoeléctrico submarino al dispositivo de snorkel, lo que permite que el submarino mantenga observación alerta, comunicación y advertencia de radar mientras trabaja en el estado de snorkel, mejorando el ocultamiento del submarino. Desde un punto de vista técnico, si dominas la tecnología de mástiles fotoeléctricos, no te será difícil implementarla en el snorkel. Esta tecnología ha atraído la atención de quienes trabajan en la industria submarina.
Figura 5:
Sistema de cámara de TV en la carcasa exterior
Esta es una aplicación especial del sistema de cámara de TV en submarinos. Se utiliza principalmente para inspeccionar y monitorear el entorno externo de los submarinos y diversas condiciones de lanzamiento. También puede proporcionar navegación óptica para actividades submarinas bajo hielo. La aplicación de sistemas de cámaras de televisión en cascos de submarinos tiene una historia de al menos 30 años y se utiliza comúnmente en submarinos navales británicos, rusos y nórdicos. El sistema de cámara de televisión submarina instalado en el casco del submarino británico está especialmente desarrollado para las necesidades de los submarinos que operan sobre hielo o bajo el agua. Puede proporcionar una navegación submarina segura y es un importante dispositivo auxiliar para que los submarinos floten. En general, en lo que a sistemas de navegación se refiere. En el casco del submarino se deben colocar dos cámaras de televisión submarinas, una de las cuales está colocada en posición de observación hacia arriba y la otra en posición de observación hacia adelante en un ángulo de 40 grados con respecto a la dirección horizontal. Esta disposición es muy propicia para obtener imágenes de la mejor calidad mientras el submarino está flotando o maniobrando hacia adelante. La cámara OE-0285 de la compañía británica Unitary Mlad ha sido equipada con submarinos británicos. Es una cámara de objetivo de silicio mejorada que puede observar varios objetivos a través de una luz débil en condiciones de nubes estrelladas. La cámara OE-0285 es un importante equipo auxiliar para los submarinos que operan en el Océano Ártico.
Figura 6:
Sistema de periscopio virtual
Este es el sistema de cámara submarina que está estudiando la Marina de los EE. UU. Aunque se le llama periscopio "virtual", es completamente diferente del campo de la tecnología informática de la "realidad virtual" y del sistema de cámaras de la carcasa. El periscopio virtual es un sensor óptico que penetra completamente en la superficie del agua desde la plataforma submarina, incluida la cámara submarina, el procesador y la pantalla de imágenes. Lo llamado "virtual" significa que la visualización de imágenes puede reproducir la imagen incompleta en el campo de visión del mar del hemisferio superior en una imagen completa. La integración del periscopio virtual con el sistema de sensores submarinos puede reducir la cantidad de veces que el comandante del submarino utiliza periscopios convencionales y mejorar el sigilo del submarino.
La tecnología de periscopio virtual también puede minimizar la probabilidad de colisión entre submarinos y buques de superficie. Antes de que el submarino suba a la profundidad de inmersión, debe confirmar que no hay barcos en la superficie. La "zona de transición" desde la profundidad de inmersión hasta aproximadamente 150 pies (46 metros) bajo el agua es un área insegura para que los submarinos operen bajo el agua. En esta zona incómoda, el submarino estaba "demasiado profundo" para ver si había un velero encima, y el velero estaba "demasiado poco profundo" debajo para pasar con seguridad. Pero esta zona de transición puede contener la mejor profundidad de búsqueda hidroacústica y la mejor profundidad de evasión, y es el área de profundidad más ideal para que los submarinos operen de forma segura en aguas poco profundas. Si un submarino pierde esta zona de transición, su maniobrabilidad se reducirá significativamente. Si un submarino utiliza tecnología de periscopio virtual para observar su entorno, podrá moverse con seguridad a través de esta zona de transición.
El principio óptico del periscopio virtual es diferente al del periscopio ordinario.
Los periscopios ordinarios reciben luz en un lugar determinado de la superficie del mar; los periscopios virtuales utilizan una o varias cámaras que miran hacia arriba bajo el agua para recibir luz del espacio y penetrar en el océano. El proyecto Virtual Periscope utiliza tecnología de imágenes para reconstruir la luz débilmente refractada para desarrollar un sistema de cámara submarina (incluido un sistema de software) que pueda detectar objetivos acuáticos. El periscopio virtual no es sólo una tecnología de imagen especial, sino que también es totalmente adecuado para el uso de fuerzas de operaciones especiales submarinas. Esta tecnología se encuentra en etapa experimental.
Figura 7:
Sistema de boya fotoeléctrica
Estados Unidos solicitó una patente para la tecnología de boya fotoeléctrica ya a principios de los años 1980. En la década de 1990, Ship Imaging Systems Company de Pocahontas, Massachusetts, EE. UU., inició el diseño e investigación de boyas fotoeléctricas para submarinos. La compañía firmó un contrato de investigación de 654,38 millones de dólares con la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa de EE. UU. para diseñar y construir un sistema de boya con cámara (BCD) lanzado desde submarinos. El BCD utiliza sensores CCD para permanecer conectado al submarino a través de fibras y cables ópticos. La estabilidad y la dirección de monitoreo del sensor CCD son controladas por el submarino. Los datos de la imagen del objetivo se adquieren en la superficie del agua y luego se convierten en señales de fibra óptica para su transmisión al submarino. La información obtenida se procesa mediante un software de algoritmo de mejora de imágenes. Las boyas fotoeléctricas submarinas pueden ser invisibles para mejorar su ocultación, como disfrazarse de hielo u objetos flotantes en el mar. Si se pueden reducir los costos, se pueden diseñar boyas fotoeléctricas para que sean desechables. También se recomienda el desarrollo de un sistema de boyas fotoeléctricas multisensor.
Figura 8:
Sistema de vehículos aéreos no tripulados
El desarrollo de los UAV submarinos ha solucionado el problema de la baja altura de los periscopios y de los periscopios de mástil fotoeléctrico, que impide largas -cuestión de observación a distancia. Los submarinos pueden obtener imágenes tomadas por drones mientras están sumergidos, mejorando así su ocultamiento. La investigación sobre tecnología de drones relacionada con submarinos comenzó a mediados de la década de 1980. En aquel entonces, los drones se lanzaban desde tubos lanzatorpedos; ahora se pueden lanzar desde mástiles de submarinos. Por ejemplo, el lanzador de vehículos aéreos no tripulados desarrollado por la empresa estadounidense Kollmorgen está instalado en el mástil de un submarino y puede albergar cuatro vehículos aéreos no tripulados a la vez. La Marina de los Estados Unidos ya ha aplicado tecnología de drones a submarinos de ataque de clase Virginia y Ohio. Los UAV pueden transmitir información detectada al submarino de lanzamiento a través de satélites militares, o reenviarla a otros submarinos, buques de superficie y centros de comando de combate en tierra, formando una red de información integrada con varios sistemas, como vehículos submarinos.