Nicholas H. Heck

Heck regresó al servicio como oficial del Cuerpo de Levantamiento Geodésico y Costero el 20 de marzo de 1919, ^{[ 4 ]} trayendo consigo la experiencia en acústica submarina que había adquirido durante su servicio en la Armada, así como contactos con investigadores de la Armada de los Estados Unidos, la Marina Real y el Cuerpo de Artillería Costera del Ejército de los Estados Unidos que investigaban la aplicación práctica de la acústica en un entorno oceánico. ^{[ 5 ]} Durante los años siguientes, los avances en la aplicación de la acústica a la medición de profundidad y la navegación le brindarían la oportunidad de revolucionar las técnicas de levantamiento hidrográfico .

En el período inmediatamente posterior a la Primera Guerra Mundial, la investigación sobre el uso de la acústica había dado como resultado una capacidad rudimentaria para usar el sonido para medir profundidades haciéndolo rebotar en el fondo marino y midiendo el tiempo que tardaba el sonido en hacer el viaje de ida y vuelta. ^{[ 6 ]} A principios de 1923, los experimentos en esta área del Departamento de la Marina de los Estados Unidos , así como de los franceses y los británicos, ^{[ 7 ]} sugirieron a Heck que el Servicio Geodésico y Costero debería considerar la adopción de esta nueva técnica de ecosonda en su trabajo de topografía, ^{[ 6 ]} usándola para realizar sondeos de profundidad en aguas profundas de manera más rápida y económica que si desplegara largas líneas de plomo hasta el fondo desde los buques de prospección; una profundidad de 20 000 pies (6096 metros) podía medirse en solo unos ocho segundos con una ecosonda, mientras que el uso de una línea de plomo para determinar la profundidad podía llevar una hora. ^{[ 8 ]}

Además, en los últimos años, los faros , boyas y buques faro a lo largo de la costa de los Estados Unidos recibieron cada vez más ayudas a la navegación que utilizaban campanas submarinas para generar sonidos que los barcos que se aproximaban podían detectar; al observar la dirección de cada fuente de sonido, la tripulación de un barco podía determinar la posición de su barco incluso cuando la poca visibilidad no permitía avistar una luz. ^{[ 5 ] [ 6 ]} En 1923, se añadió un transmisor de radio a estos sistemas para que pudieran emitir una señal que los identificara a los barcos que se aproximaban e informarles de que emitirían una señal acústica en un intervalo de tiempo definido después de la señal de radio, lo que permitía a un barco determinar su dirección y distancia de la ayuda a la navegación. ^{[ 5 ] [ 6 ]} Mientras tanto, la Sección de Medición de Sonido Subacuático del Cuerpo de Artillería Costera del Ejército de los EE. UU. había llevado a cabo experimentos posteriores a la Primera Guerra Mundial en aguas poco profundas en Vineyard Sound , frente a Massachusetts, en los que detonó cargas explosivas bajo el agua en los extremos de líneas de base establecidas y midió el tiempo que tardaba el sonido en llegar a los hidrófonos en los otros extremos de las líneas de base para establecer mediciones muy precisas de la velocidad del sonido a través del agua. ^{[ 5 ] [ 6 ]}

Al darse cuenta del potencial de estas aplicaciones de la acústica para el levantamiento hidrográfico y la navegación , particularmente a lo largo de la costa oeste de los Estados Unidos , donde la niebla frecuentemente interfería con los intentos de determinar con precisión la posición de los barcos, el coronel Ernest Lester Jones , entonces director del Servicio Geodésico y Costero, en consulta con los oficiales del Cuerpo Geodésico y Costero, decidió investigar el uso de la acústica tanto para la determinación de profundidades como para la navegación. ^{[ 7 ]} Con su experiencia en acústica en la Primera Guerra Mundial, Heck, quien para entonces era jefe de la División de Magnetismo Terrestre del Servicio Geodésico y Costero , fue la opción obvia para liderar este esfuerzo. En enero de 1923, el Servicio Geodésico y Costero decidió instalar un telémetro sónico Hayes —una ecosonda primitiva— a bordo del buque de reconocimiento USC&GS Guide , que el Servicio Geodésico y Costero planeaba incorporar a su flota ese mismo año. Cuando Heck contactó con E. A. Stephenson del Cuerpo de Artillería Costera del Ejército de los Estados Unidos para informarle de este plan y preguntarle más sobre los experimentos de Vineyard Sound, Stephenson sugirió que un sistema de hidrófonos que detectaran el sonido de explosiones submarinas podría permitir a los buques del Servicio Geodésico y Costero determinar su posición mientras realizaban los estudios. ^{[ 7 ]}

Heck estuvo de acuerdo, pero creía que las ayudas a la navegación existentes no satisfarían las necesidades del Servicio Geodésico y Costero en cuanto a la inmediatez y precisión de las determinaciones de posición. ^{[ 7 ]} Imaginó mejorar los conceptos anteriores creando lo que se conoció como el método de localización radioacústica (RAR). En el concepto de Heck, la tripulación de un buque de reconocimiento arrojaría una carga explosiva desde la popa del barco, la detonaría y registraría la hora en que el sonido llegaría al barco usando un cronógrafo . Los hidrófonos instalados en posiciones conocidas también detectarían el sonido cuando llegara a sus ubicaciones y luego enviarían automáticamente una señal de radio al barco en el instante en que detectaran el sonido, registrando también esa hora con el cronógrafo del barco. La notificación prácticamente instantánea al barco de que el sonido había llegado a un conjunto determinado de hidrófonos permitiría a la tripulación calcular la distancia del barco a los hidrófonos calculando la diferencia entre el momento en que el barco escuchó la explosión y el momento en que el sonido de la detonación llegó a los hidrófonos distantes, y luego multiplicando este tiempo por la velocidad del sonido en el agua. Al realizar estos cálculos para hidrófonos ubicados en al menos dos lugares conocidos diferentes, la tripulación podría utilizar la triangulación para determinar la posición del barco. ^{[ 7 ] [ 8 ]}

Heck supervisó las pruebas en la sede del Servicio Geodésico y Costero en Washington, D.C., que demostraron que el registro a bordo de un barco del momento de una explosión podía realizarse con la precisión suficiente para que su concepto funcionara. ^{[ 7 ]} Trabajó con el Dr. EA Eckhardt, físico , y M. Keiser, ingeniero eléctrico , de la Oficina Nacional de Estándares para desarrollar un sistema de hidrófono que pudiera enviar automáticamente una señal de radio al detectar el sonido de una explosión submarina. ^{[ 7 ]} Cuando el Guide fue comisionado en 1923, Heck lo estableció en New London, Connecticut, y dispuso que, bajo su dirección, se probara la capacidad de su nuevo ecosonda para realizar sondeos de profundidad precisos y se llevaran a cabo experimentos de localización radioacústica en cooperación con el Cuerpo de Artillería Costera del Ejército de los Estados Unidos. A pesar de muchas dificultades, las pruebas de ecosonda y localización radioacústica concluyeron con éxito en noviembre de 1923. ^{[ 7 ]}

A finales de noviembre de 1923, con Heck a bordo, Guide inició un viaje vía Puerto Rico y el Canal de Panamá hacia San Diego , California , donde tendría su base en el futuro, con una ruta planificada para llevarla a través de una amplia variedad de profundidades oceánicas para que pudiera continuar probando su ecosonda. ^{[ 7 ]} Guide hizo historia durante el viaje, convirtiéndose en el primer barco del Servicio Geodésico y Costero en utilizar ecosondas para medir y registrar la profundidad del mar en puntos a lo largo de su ruta; también midió temperaturas del agua y tomó muestras de agua para que la Institución Scripps para la Investigación Biológica (ahora la Institución Scripps de Oceanografía ) en La Jolla , California, pudiera medir los niveles de salinidad . ^{[ 7 ]} También comparó los sondeos de la ecosonda con los realizados con líneas de plomo, descubriendo que usar una sola velocidad del sonido a través del agua, como había sido la práctica anterior de quienes realizaban experimentos de ecosonda, producía resultados de determinación de profundidad acústica que no coincidían con las profundidades encontradas con las líneas de plomo. ^{[ 7 ]} Antes de llegar a San Diego en diciembre de 1923, había acumulado muchos datos beneficiosos para el estudio del movimiento de las ondas sonoras a través del agua y la medición de su velocidad bajo diferentes condiciones de salinidad, densidad y temperatura. ^{[ 7 ]}

Al llegar a California, el personal de Heck y Guide, en consulta con la Institución Scripps, desarrolló fórmulas que permitieron sondeos ecosistémicos precisos de profundidades en todas las aguas excepto las más someras e instaló hidrófonos en La Jolla y Oceanside , California, para permitir la experimentación con la localización radioacústica. ^{[ 7 ]} Bajo la dirección de Heck, Guide luego realizó experimentos frente a la costa de California durante los primeros meses de 1924 que demostraron que era posible realizar sondeos ecosistémicos precisos utilizando las nuevas fórmulas. Los experimentos con la localización radioacústica, a pesar de las dificultades iniciales, demostraron que el método era práctico, aunque la dificultad para lograr que algunas de las cargas explosivas detonaran obstaculizó parte del programa experimental. ^{[ 7 ]} En abril de 1924, el Servicio Geodésico y Costero concluyó que tanto el sondeo ecosistémico como la localización radioacústica eran fundamentalmente sólidos, sin problemas fundamentales que resolver, y que todo lo que quedaba necesario era el desarrollo y perfeccionamiento continuos de ambas técnicas durante su uso operativo. Heck entregó el desarrollo continuo de la ecosonda y la localización radioacústica al oficial al mando de Guide , el comandante Robert Luce, y regresó a sus funciones en Washington, DC ^{[ 7 ].}

El primer método de navegación no visual en la historia de la humanidad, y el primero que podía utilizarse en cualquier momento del día o de la noche y en cualquier condición meteorológica, la medición radioacústica supuso un gran avance en el desarrollo de los sistemas de navegación modernos. Heck revolucionó la topografía oceánica mediante el uso de la medición radioelectrónica para determinar la ubicación de los buques, una de sus principales contribuciones a la oceanografía. ^{[ 1 ] [ 6 ] [ 9 ] [ 10 ]} Su trabajo también contribuyó al desarrollo de tablas de velocidad del sonido submarinas que permitieron establecer "profundidades reales" de hasta cinco millas (8 km) mediante ecosondeo, ^{[ 1 ]} y para 1928 todos los buques del Servicio Geodésico y Costero se unieron al Guide al contar con capacidad de sondeo en aguas profundas. ^{[ 9 ] [ 10 ]}