Ascoltare la luce: il DAS potrebbe rivoluzionare il sottomarino

David R. Strachan è un analista della difesa e fondatore di Strikepod Systems...

26 gennaio 2023

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Durante l'estate del 2020, un gruppo di scienziati marini dell'Università norvegese di scienza e tecnologia (NTNU) con sede nell'arcipelago delle Svalbard ha rilevato con successo le vocalizzazioni dei misticeti che si divertono nell'Oceano Artico e nel Mare del Nord, a circa 70-90 chilometri di distanza. A prima vista questo potrebbe sembrare in qualche modo insignificante, dato che i ricercatori monitorano regolarmente il comportamento delle balene, ed è noto da tempo che il canto delle balene attraversa grandi distanze. Ma ciò che ha reso speciale questo particolare insieme di osservazioni è stato il sensore scelto. Non era un idrofono, lo strumento fidato del settore della bioacustica marina. Si trattava invece di impulsi di luce trasmessi attraverso 120 km di cavo in fibra ottica sottomarino che correva tra le città di Longyearbyen e Ny-Ålesund.

Gli scienziati della NTNU hanno utilizzato una tecnologia relativamente nuova e innovativa nota come rilevamento acustico distribuito, o DAS, che si basa sulla fibra ottica per rilevare le onde di pressione emanate dall'attività acustica o sismica. Utilizzando un dispositivo specializzato noto come interrogatore, gli impulsi luminosi vengono inviati lungo la lunghezza di una fibra "scura" non utilizzata a intervalli noti. Quando la luce incontra piccoli difetti all'interno della fibra, una parte di essa verrà riflessa verso l'interrogatore (un fenomeno noto come retrodiffusione di Rayleigh). Poiché le onde di pressione provenienti da un'emissione acustica impongono "nanotensioni" sulla fibra, ciò provoca fluttuazioni nella luce riflessa. Queste fluttuazioni possono quindi essere analizzate e, utilizzando un'elaborazione avanzata del segnale, tradotte in una firma acustica unica che risulta non solo nel rilevamento, ma nell'identificazione e persino nella localizzazione della sorgente. Quando il DAS viene utilizzato in un ambiente marino, i difetti lungo la fibra agiscono essenzialmente come minuscoli idrofoni, trasformando un tratto di cavo in fibra ottica in un array di sensori ad ampia apertura. E poiché le onde acustiche possono penetrare nel fondale marino, non è necessario che le fibre di rilevamento siano completamente esposte alla colonna d’acqua per essere efficaci. Alcuni segmenti del cavo utilizzato nel progetto NTNU sono stati sepolti sotto un livello di sedimento compreso tra uno e due metri.

Considerando che ci sono 785.000 miglia (1,2 milioni di chilometri) di cavi sottomarini tesi in tutto il mondo, DAS rappresenta un progresso significativo nell’osservazione degli oceani. Invece di fare affidamento su sensori acustici e sismici discreti che punteggiano il fondale marino, le fibre scure alloggiate ovunque nei cavi sottomarini possono ora essere riproposte come array di sensori lunghi chilometri, equipaggiati con l’equivalente di migliaia di idrofoni in grado di rilevare sia il rumore biologico che quello antropico. Oltre alle vocalizzazioni delle balene, DAS ha rilevato con successo navi di superficie, terremoti, onde superficiali e tempeste oceaniche distanti e potrebbe persino fungere da sistema di allarme tsunami mondiale. Data la sua capacità di fornire un'ampia rete di sensori persistenti già posizionati in tutta la vastità degli oceani, esiste un notevole potenziale per il DAS nelle operazioni di difesa sottomarina, in particolare fornendo un ulteriore livello di copertura di sorveglianza, monitorando obiettivi sia di superficie che sotterranei. Il DAS potrebbe rilevare e tracciare le navi da guerra di superficie, aumentando l’intelligence raccolta da altre piattaforme ISR come satelliti e aerei. Oltre a rilevare le navi in ​​transito, il DAS può anche rilevare i suoni dei sistemi di posizionamento dinamico, indicando che sono in corso operazioni sui fondali marini.

Immagine gentilmente concessa dall'articolo di ricerca Eavesdropping at the Speed ​​of Light: Distributed Acoustic Sensing of Baleen Whales in the Arctic, reperibile su https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fmars.2022.901348/full#B54

Sotto la superficie ci sono applicazioni per la guerra sottomarina. Al momento il DAS sembra ottimizzato per rilevare emissioni a bassa frequenza (anche nell'ordine dei millihertz), e mentre i moderni sottomarini emettono nella gamma a bassa frequenza, queste emissioni sono anche a bassa intensità - secondo stime open source non classificate, da qualche parte tra 95 e 110 decibel, che è solo leggermente superiore al rumore ambientale dell'oceano circostante che è di circa 90 decibel. Dato che un decibel è una misura logaritmica (cioè ogni aumento di 10 decibel rappresenta un aumento di dieci volte della potenza acustica, 20 decibel, 100 volte, 30 decibel, 1000 volte), rispetto ai gemiti di una balenottera azzurra del Nord Atlantico, che possono superare i 180 decibel, i sottomarini con equipaggio generano una potenza acustica molto inferiore.