Ouvindo a luz: o DAS pode revolucionar o submarino

David R. Strachan é analista de defesa e fundador da Strikepod Systems...

26 de janeiro de 2023

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Durante o verão de 2020, um grupo de cientistas marinhos da Universidade Norueguesa de Ciência e Tecnologia (NTNU) baseado no arquipélago de Svalbard detectou com sucesso as vocalizações de baleias de barbatanas brincando no Oceano Ártico e no Mar do Norte, a cerca de 70 a 90 quilômetros de distância. À primeira vista, isso pode parecer um tanto banal, visto que os pesquisadores monitoram regularmente o comportamento das baleias, e há muito se sabe que o canto das baleias percorre grandes distâncias. Mas o que tornou esse conjunto particular de observações especial foi o sensor escolhido. Não era um hidrofone, a ferramenta confiável do comércio de bioacústica marinha. Em vez disso, foram pulsos de luz transmitidos por 120 km de cabos submarinos de fibra ótica entre as cidades de Longyearbyen e Ny-Ålesund.

Os cientistas da NTNU utilizaram uma tecnologia relativamente nova e inovadora conhecida como detecção acústica distribuída, ou DAS, que se baseia em fibra ótica para detectar ondas de pressão provenientes de atividade acústica ou sísmica. Usando um dispositivo especializado conhecido como interrogador, os pulsos de luz são enviados ao longo de uma fibra "escura" não utilizada em intervalos conhecidos. Quando a luz encontra pequenos defeitos dentro da fibra, parte dela será refletida de volta ao interrogador (um fenômeno conhecido como retroespalhamento de Rayleigh). Como as ondas de pressão de uma emissão acústica impõem "nano tensões" na fibra, isso causa flutuações na luz refletida. Essas flutuações podem então ser analisadas e, usando processamento de sinal avançado, traduzidas em uma assinatura acústica única, resultando não apenas na detecção, mas também na identificação e até na localização da fonte. Quando o DAS é usado em um ambiente marítimo, os defeitos ao longo da fibra agem essencialmente como minúsculos hidrofones, transformando um comprimento de cabo de fibra ótica em um conjunto de sensores de grande abertura. E como as ondas acústicas podem penetrar no fundo do mar, as fibras de detecção não precisam estar totalmente expostas à coluna d'água para serem eficazes. Alguns segmentos do cabo usado no projeto NTNU foram enterrados sob um a dois metros de sedimentos.

Considerando que existem 785.000 milhas (1,2 milhões de quilômetros) de cabos submarinos estendidos em todo o mundo, o DAS representa um avanço significativo na observação oceânica. Em vez de depender de sensores acústicos e sísmicos discretos espalhados pelo fundo do mar, as fibras escuras alojadas em cabos submarinos em qualquer lugar agora podem ser reaproveitadas como matrizes de sensores com quilômetros de extensão, equipadas com o equivalente a milhares de hidrofones capazes de detectar ruídos biológicos e antropogênicos. Além das vocalizações de baleias, o DAS detectou com sucesso navios de superfície, terremotos, ondas de superfície e tempestades oceânicas distantes e pode até atuar como um sistema mundial de alerta de tsunami. em toda a vastidão dos oceanos, há um potencial considerável para DAS em operações de defesa submarina – especificamente, fornecendo uma camada adicional de cobertura de vigilância, rastreando alvos de superfície e subsuperfície. O DAS pode detectar e rastrear navios de guerra de superfície, aumentando a inteligência coletada de outras plataformas ISR, como satélites e aeronaves. Além de detectar embarcações em trânsito, o DAS também pode detectar os sons de sistemas de posicionamento dinâmico, indicando que as operações no fundo do mar estão em andamento.

Imagem cortesia do artigo de pesquisa Espionagem na velocidade da luz: detecção acústica distribuída de baleias de barbatanas no Ártico, encontrado em https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fmars.2022.901348/full#B54

Abaixo da superfície, existem aplicações para guerra submarina. No momento, o DAS parece otimizado para detectar emissões de baixa frequência (mesmo na faixa de milihertz) e, embora os submarinos modernos emitam na faixa de baixa frequência, essas emissões também são de baixa intensidade - de acordo com estimativas não classificadas de código aberto, algo entre 95 e 110 decibéis, que é apenas ligeiramente superior ao ruído ambiente do oceano circundante em cerca de 90 decibéis. Dado que um decibel é uma medida logarítmica (ou seja, cada aumento de 10 decibéis representa um aumento de dez vezes na potência acústica, 20 decibéis, 100 vezes, 30 decibéis, 1000 vezes), em comparação com os gemidos de uma baleia azul do Atlântico Norte, que pode exceder 180 decibéis, submarinos tripulados geram muito menos potência acústica.