planeador submarino

Un planeador submarino es un tipo de vehículo submarino autónomo (VUA) que utiliza propulsión de flotabilidad variable en lugar de hélices o propulsores tradicionales . Emplea flotabilidad variable de forma similar a un flotador perfilador , pero a diferencia de este, que solo puede moverse hacia arriba y hacia abajo, un planeador submarino está equipado con hidroalas (alas submarinas) que le permiten planear hacia adelante mientras desciende por el agua. A cierta profundidad, el planeador cambia a flotabilidad positiva para volver a ascender y avanzar, y el ciclo se repite.

Aunque no son tan rápidos como los AUV convencionales, los planeadores ofrecen un alcance y una autonomía significativamente mayores en comparación con los AUV tradicionales, lo que permite extender las misiones de muestreo oceánico de horas a semanas o meses, y a miles de kilómetros de alcance. ^{[ 1 ]} El perfil típico de ascenso y descenso, similar a un diente de sierra, que sigue un planeador puede proporcionar datos en escalas temporales y espaciales inalcanzables para los AUV motorizados y mucho más costosos de muestrear utilizando técnicas tradicionales a bordo de buques. Las armadas y las organizaciones de investigación oceánica utilizan una amplia variedad de diseños de planeadores, con un costo aproximado de US$100 000. ^{[ 2 ]}

El concepto de un planeador submarino se exploró por primera vez a principios de la década de 1960 con un prototipo de vehículo de entrega de nadadores llamado Concept Whisper. ^{[ 3 ]} El patrón de planeo en diente de sierra, las propiedades de sigilo y la idea de un motor de flotabilidad impulsado por el nadador-pasajero fueron descritos por Ewan Fallon en su patente Hydroglider presentada en 1960. ^{[ 4 ]} En 1992, la Universidad de Tokio realizó pruebas en ALBAC, un planeador de peso de caída sin control de flotabilidad y con un solo ciclo de planeo. El programa DARPA SBIR recibió una propuesta para un planeador de gradiente de temperatura en 1988. DARPA estaba al tanto en ese momento de proyectos de investigación similares en curso en la URSS. ^{[ 5 ]} Esta idea, un planeador con un motor de flotabilidad impulsado por un intercambiador de calor, fue presentada a la comunidad oceanográfica por Henry Stommel en un artículo de 1989 en Oceanography , cuando propuso un concepto de planeador llamado Slocum , desarrollado con el ingeniero de investigación Doug Webb. Bautizaron el planeador con el nombre de Joshua Slocum , quien realizó la primera circunnavegación en solitario del globo en velero. Propusieron aprovechar la energía del gradiente térmico de 2 a 4 °C (3,6 a 7,2 °F) entre las aguas profundas del océano y las aguas superficiales (cercanas a la temperatura atmosférica) para lograr un alcance que permitiera dar la vuelta al mundo, limitado únicamente por la energía de las baterías a bordo para comunicaciones, sensores y computadoras de navegación. ^{[ 3 ]}

Para 2003, Webb Research (fundada por Doug Webb) no solo había demostrado el funcionamiento de un planeador propulsado térmicamente ( Slocum Thermal ), sino que, junto con otras instituciones, había introducido planeadores alimentados por baterías con una duración y eficiencia impresionantes, muy superiores a las de los AUV tradicionales de clase de exploración. ^{[ 6 ]} Estos vehículos se han desplegado ampliamente desde entonces. El Seaglider de la Universidad de Washington , el Spray de la Institución Oceanográfica Scripps y los vehículos Slocum de Teledyne Webb Research han realizado hazañas como completar un viaje transatlántico ^{[ 7 ]} y llevar a cabo un monitoreo colaborativo sostenido de variables oceanográficas con múltiples vehículos. En 2011, el primer planeador sin alas, SeaExplorer, fue lanzado por una colaboración de instituciones y empresas francesas. ^{[ 8 ]}

In 2020, NOAA was using "hurricane gliders" to monitor the temperature of the water around the Gulf Stream, for the agency to better understand how warm waters affect hurricanes and storms.^[9]

Gliders typically make measurements such as temperature, conductivity (to calculate salinity), currents, chlorophyllfluorescence, optical backscatter, bottom depth, and sometimes acoustic backscatter or ambient sound. They navigate with the help of periodic surface GPS fixes, pressure sensors, tilt sensors, and magnetic compasses. Vehicle pitch is controllable by movable internal ballast (usually battery packs), and steering is accomplished either with a rudder (as in Slocum) or by moving internal ballast to control roll (as in SeaExplorer, Spray and Seaglider). Buoyancy is adjusted either by using a piston to flood/evacuate a compartment with seawater (Slocum) or by moving oil in/out of an external bladder (SeaExplorer, Seaglider, Spray, and Slocum Thermal). Because buoyancy adjustments are relatively small, a glider's ballast must typically be adjusted before the start of a mission to achieve an overall vehicle density close to that of the water it will be deployed in. Commands and data are relayed between gliders and shore by satellite.^[3]

Gliders vary in the pressure they are able to withstand. The Slocum model is rated for 200-meter (656 ft) or 1,000-metre (3,281 ft) depths. Spray can operate to 1,500 meters (4,921 ft), Seaglider to 1,000 meters (3,281 ft), SeaExplorer to 700 meters (2,297 ft), and Slocum Thermal to 1,200 meters (3,937 ft). In August 2010, a Deep Glider variant of the Seaglider achieved a repeated 6,000-meter (19,685 ft) operating depth. A Chinese glider reached similar depths in 2016.^[10]

En 2004, la Oficina de Investigación Naval de la Armada de los Estados Unidos comenzó a desarrollar el planeador más grande del mundo, el planeador de ala volante clase Liberdade , que utiliza una forma de casco de ala integrada para lograr eficiencia hidrodinámica. Inicialmente, fueron diseñados para rastrear silenciosamente submarinos diésel-eléctricos en aguas litorales , permaneciendo en la posición hasta por seis meses. Para 2012, se diseñó un modelo más nuevo, conocido como ZRay, para rastrear e identificar mamíferos marinos durante períodos prolongados. ^{[ 11 ]} Utiliza chorros de agua para un control preciso de la actitud, así como para la propulsión en la superficie. ^{[ 11 ] [ 12 ]}

Los planeadores fueron diseñados para transportar instrumentación oceanográfica. Inicialmente, se equiparon con sensores simples de conductividad, temperatura y profundidad. ^{[ 13 ] [ 14 ]} Dado que son propulsados ​​por un motor de flotabilidad, los planeadores tienen partes móviles que solo se activan ocasionalmente, por lo que hay vibraciones mecánicas y ruido mínimos, lo que los convierte en vehículos excelentes para instrumentación sensible, incluidas sondas de microestructura ^{[ 15 ]} y sensores acústicos.

Muchos sensores oceanográficos existentes se han modificado para adaptarse a un planeador, o se han diseñado específicamente para planeadores. Estos incluyen: ^{[ 16 ]}

• Fluorómetros
• Sensores de radiación fotosintéticamente disponible (PAR)
• Optodos de oxígeno disuelto
• Perfiladores de corriente Doppler acústicos (ADCP)
• Instrumentos de dispersión y transmitancia láser in situ (LISST)
• sensores de nitrato
• acústica activa
• Monitorización acústica pasiva (PAM)
• Cámaras de sombreado
• Sondas de microestructura ( turbulencia )
• sensores de hidrocarburos

El número de sensores que puede equipar un planeador depende del espacio disponible en su casco. Los planeadores Slocum tienen cascos modulares que se pueden extender para añadir nuevos sensores; otros tipos de planeadores solo disponen de su superficie inicial para la instrumentación. Por motivos de recopilación de datos, los instrumentos pueden requerir una ubicación especial, como en la parte superior del vehículo para captar la penetración de la luz desde la superficie, o en la parte delantera, fuera de la zona donde el vehículo influye en el flujo del agua, para sondas de microestructura. El número de sensores también puede estar limitado por la energía necesaria para su funcionamiento.

• Vehículo submarino autónomo : vehículo submarino no tripulado con sistema de guiado autónomo. 
• Flotadores Argo – Programa Internacional de Observación Oceanográfica 
• Liquid Robotics – Corporación estadounidense de robótica marina , desarrolladores del Wave Glider 
• Paraván (arma) – Dispositivo desminador 
• Paraván (cometa acuática) – Objeto subacuático remolcado con hidroalas 
• DeepFlight Super Falcon : submarino personal alado 
• Autonomous Robotics Ltd – Empresa británica que desarrolla un vehículo submarino autónomo. Páginas que muestran breves descripciones de destinos de redireccionamiento. 
• Dirigible híbrido : propuesta de utilizar los principios de los planeadores submarinos para mejorar el alcance de los dirigibles.

• GROOM – Gliders for Research, Ocean Observation and Management
• COST Action ES0904
• EGO network – glider user group
• Seaexplorer page at ALSEAMAR-ALCEN
• Oceanic Platform of the Canary Islands – PLOCAN
• Spray page at Scripps Institution of Oceanography
• Spray underwater glider database
• Seaglider page at Applied Physics Laboratory – University of Washington
• Seaglider Operations page at APL-UW
• Rutgers University Coastal Ocean Observations Lab – Glider Operations
• Slocum page at Webb Research Corp.
• Underwater glider configurations and details – AUVAC.org
• Underwater Gliders for Ocean Research
• Robot glider harvests ocean heat
• National Oceanography Centre, UK. Glider Home Page