China y EE.UU. enzarzados en una carrera submarina para producir una nueva generación de submarinos impulsados por tecnologías de propulsión menos detectables
Es posible que China se esté acercando al santo grial de la tecnología de sigilo submarino: un sistema de propulsión sin partes mecánicas móviles. Dicha tecnología eliminaría todas las vibraciones detectables, lo que permitiría capacidades de sigilo submarinas sin precedentes.
El South China Morning Post (SCMP) informó que los científicos chinos han encontrado una manera de mejorar significativamente la eficiencia de las propulsiones láser, que algún día podrían impulsar submarinos.
El informe dice que la nueva tecnología puede producir casi 70.000 newtons de empuje, utilizando 2 megavatios de potencia láser emitida a través del recubrimiento de fibras ópticas del submarino, cada una más delgada que un cabello humano.
El informe del SCMP señala que la tecnología funciona aprovechando la supercavitación generada por los pulsos láser que vaporizan el agua de mar, lo que puede reducir significativamente la resistencia al agua. Afirma que la "propulsión de onda de detonación de plasma inducida por láser de fibra submarina" elimina el ruido mecánico detectable, lo que permite un mayor sigilo.
Sin duda, la tecnología de propulsión láser no es nueva. Hace veinte años, científicos japoneses introdujeron el concepto de usar láseres para crear plasma en el agua y aprovechar la onda de detonación producida por la expansión del plasma para la propulsión.
Sin embargo, la idea no progresó, ya que a los científicos les resultó difícil generar una fuerza motriz direccional a medida que la onda de detonación se expande en todas las direcciones desde un solo punto.
A pesar de ese contratiempo, China y varios otros países han financiado investigaciones sobre el uso de diminutas partículas metálicas esféricas para crear una fuerza en los submarinos.
Las ondas de detonación pueden impulsar partículas en una dirección específica, ejerciendo una fuerza opuesta sobre el submarino. Aún así, la eficiencia actual es demasiado baja para ser práctica, con 1 vatio de potencia láser que genera solo una millonésima parte de un newton de empuje.
Sin embargo, el informe del SCMP dice que científicos chinos de la Universidad de Ingeniería de Harbin han diseñado un motor láser que mejora la eficiencia de la conversión de láseres en empuje en tres o cuatro órdenes de magnitud.
Modificaron las fibras añadiendo un dispositivo similar a un cañón de pistola con una interfaz en forma de U y utilizaron un par de cañones para bombardear partículas en el medio de trabajo. También agregaron estructuras sobresalientes diseñadas dentro del cañón para minimizar la interacción y la fricción interna entre las ondas de choque.
Si bien SCMP dice que un reactor nuclear submarino produce más de 150 megavatios, lo que es suficiente para el sistema de propulsión láser, señala varios desafíos de diseño, como la disipación de calor por las fibras ópticas, la resistencia en entornos de alta potencia y alta salinidad, y la alineación de las aberturas de emisión de fibra óptica con los paneles anecoicos del submarino.
A diferencia de China, Estados Unidos ha investigado la tecnología de accionamiento magnetohidrodinámico (MHD) desde la década de 1960 como alternativa a la propulsión mecánica. La tecnología MHD utiliza campos magnéticos y fluidos conductores de electricidad para generar empuje, lo que podría ofrecer varias ventajas sobre los sistemas tradicionales impulsados por hélices.
En un artículo de mayo de 1991 para el Naval Engineers Journal, Daniel Swallom y otros escritores señalan que el MHD ofrece un mayor sigilo, maniobrabilidad y capacidad de supervivencia, elimina el ruido detectable de los componentes mecánicos y permite mayores capacidades de carga útil debido al uso eficiente del espacio.
Swallom y otros también describieron el diseño óptimo para los propulsores MHD. Utilizaron modelos matemáticos para evaluar varias configuraciones de flotación neutra de propulsores MHD que podrían integrarse sin problemas con las centrales eléctricas submarinas existentes. También propusieron un propulsor anular segmentado optimizado para el rendimiento en submarinos de ataque genéricos.
Sin embargo, también destacaron importantes desafíos de diseño, como el desarrollo de imanes superconductores apropiados y el soporte estructural para los propulsores MHD. Estos requieren avances en materiales superconductores y sistemas criogénicos, al tiempo que se garantiza la flotabilidad neutra para evitar interferencias con las capacidades operativas del submarino.
A pesar de ello, la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa de Estados Unidos (DARPA) informó en mayo de 2023 de que había iniciado el programa de 42 meses de Principios de Bombas Magnetohidrodinámicas Submarinas (PUMP) para avanzar en la tecnología MHD.
Al igual que con la tecnología de propulsión láser de China, DARPA dice que la propulsión MHD ha tenido éxito a pequeña escala, pero sigue siendo poco práctica debido a la incapacidad de generar potentes campos magnéticos para bombas de alta eficiencia. También menciona problemas de corrosión y erosión de los electrodos debido al contacto con el agua de mar.
Sin embargo, DARPA dice que los avances en la industria comercial de fusión nuclear han permitido la producción de imanes de óxido de cobre y bario de tierras raras (REBCO) que podrían generar campos magnéticos de hasta 20 Tesla que podrían dar una eficiencia MHD del 90%. Este avance resolvería el problema de generar potentes campos magnéticos para las bombas, dejando la longevidad de los electrodos como el principal desafío.
DARPA dice que espera aprovechar los avances de la ciencia de los materiales en la tecnología de celdas de combustible y baterías para reducir la formación de burbujas de gas en las superficies de los electrodos, lo que disminuye la eficiencia y erosiona las superficies de los electrodos.
Sin embargo, dado que MHD opera según el principio del magnetismo, puede llegar a ser más detectable por los sistemas de detección de anomalías magnéticas (MAD).
Tales avances podrían impulsar el desarrollo de submarinos de próxima generación, que pueden ser totalmente eléctricos sin partes mecánicas móviles en el futuro. Con los avances en las tecnologías de baterías y la propulsión independiente del aire (AIP), la posibilidad de submarinos militares totalmente eléctricos es cada vez más factible.
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