Ανήκουστο υποβρύχιο: Απόκρυψη επικοινωνιών

Από τον Ioseba Tena, Global Business Manager - Άμυνα και Ρομποτική, Sonardyne • 13 Μαΐου 2019

Ο καταθλιπτικός BlueComm του Sonarydne στο νερό της Aldabra, κατά τη διάρκεια της αποστολής Nekton First Descent. Φωτογραφία: Ινστιτούτο βαθέων ωκεανών Nekton Oxford

Μία από τις μονάδες BlueComm της Sonarydne που συνδέονται με μια από τις υποβρύχιες αποστολές Nekton. Φωτογραφία: Ινστιτούτο βαθέων ωκεανών Nekton Oxford

Ένα μη επιτηρούμενο επιβατηγό οχημάτων L3ASV C-Worker και το ALR του Εθνικού Ωκεανογραφικού Κέντρου συνεργάζονται σε πρόσφατες δοκιμές που αποδεικνύουν ακουστικές και οπτικές επικοινωνίες. Φωτογραφία: Sonardyne

Η Άννα Μπότιτς από την Sky News παρουσίασε ζωντανά στην τηλεόραση χρησιμοποιώντας το BlueComm 200 UV για να επικοινωνήσει ασύρματα με το υποβρύχιο. Εικόνα ακόμα από τη ζωντανή εκπομπή Sky News. Φωτογραφία: Sonardyne

Κατά τη διάρκεια της αποστολής Nekton, δύο επανδρωμένα υποβρύχια είχαν εξοπλιστεί με BlueComms για να μεταδώσουν ζωντανά βίντεο στην επιφάνεια, στη συνέχεια, σε παγκόσμιο ακροατήριο. Εικόνα ακόμα από τη ζωντανή εκπομπή Sky News. Φωτογραφία: Sonardyne

Η τεχνολογία που βοήθησε στην επίτευξη παγκόσμιων πρωτοβουλιών στην εκπομπή των ωκεάνιων εξερευνήσεων θα μπορούσε επίσης να παράσχει την απάντηση για συγκεκαλυμμένες επιχειρήσεις στον τομέα της άμυνας, όπου οι επικοινωνίες πρέπει να πάνε ανήκουστες.

Παραδοσιακά, οι ασύρματες επικοινωνίες υπόγειου δικτύου χρησιμοποιούν ακουστικά σήματα. Ο ήχος είναι πρακτικός, επειδή ταξιδεύει περισσότερο μέσα από το νερό από τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα. Χρησιμοποιώντας τον ήχο, οι πληροφορίες μπορούν να μοιραστούν σε πολλά χιλιόμετρα. Δυστυχώς, είναι επίσης σχετικά εύκολο να ακούσετε αυτούς τους ήχους και να στοχεύσετε την πηγή χρησιμοποιώντας παθητικούς αισθητήρες. συμπεριλαμβανομένων και όταν υπερβαίνει την πραγματική εμβέλεια στην οποία τα σήματα είναι αποτελεσματικά. Για αρκετά χρόνια έχει αναπτυχθεί μια νέα τεχνολογία που επιτρέπει σημαντικές ταχύτητες μεταφοράς δεδομένων έως 10Mbps σε αποστάσεις μέχρι 150m, χρησιμοποιώντας οπτικά συστήματα ελεύθερου χώρου για να διαμορφώνουν σήματα. Καθώς η πραγματική εμβέλεια επικοινωνίας είναι μικρότερη, ο αποτελεσματικός ρυθμός ανίχνευσης είναι επίσης μικρότερος - η ακρόαση δεν είναι τόσο εύκολη.

Ακουστικές επικοινωνίες
Η χρήση της ακουστικής επικρατεί όταν επικοινωνείτε ασύρματα με υποβρύχια και είναι πιθανό να παραμείνει έτσι. Η φυσική του πώς ο ήχος διαδίδεται στο νερό είναι καλά κατανοητή. Είναι κοινά όργανα τόσο για την επικοινωνία όσο και για την παρακολούθηση άλλων ακουστικών φάρων. Στην πραγματικότητα, ακουστικά συστήματα χαμηλής και μεσαίας συχνότητας μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την αποτελεσματική επικοινωνία των υποθαλάσσιων περιοχών σε τεράστιες περιοχές. Η Sonardyne παρουσίασε πρόσφατα ρυθμούς δεδομένων έως 3000bps σε απόσταση 11km. Ωστόσο, οι ίδιοι λόγοι που καθιστούν τον ήχο ένα τέτοιο αποτελεσματικό μέσο για τη μεταφορά δεδομένων μέσω του νερού το καθιστούν επίσης ευαίσθητο σε παρεμβολές και ανίχνευση. Τα ηχητικά σήματα μπορούν να παρεμποδιστούν με την απλή αποστολή άλλων ηχητικών σημάτων στην ίδια συχνότητα ταυτόχρονα. Απλά αυξήστε το πλάτος των παρεμβολών σας και καθίσταται δύσκολο για τον δέκτη να κάνει το σήμα ενδιαφέροντος. Η στόχευση της πηγής του ήχου είναι απλή τριγωνομετρία. Η ακρόαση των μηνυμάτων δεν είναι τόσο απλή, καθώς ο τρόπος με τον οποίο διαμορφώνονται τα δεδομένα και ίσως είναι συμπιεσμένος πρέπει να γίνει κατανοητός. Ακόμα, η χρήση του ήχου μπορεί να βάλει τον χρήστη σε μια συμβιβαστική θέση. Το αποτέλεσμα ήταν ότι, όταν η μυστικότητα αποτελεί βασική προϋπόθεση για μια υποθαλάσσια αποστολή, οι επικοινωνίες δεν υπήρξαν επιλογή.

Ελεύθερα οπτικά μόντεμ
Τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα δεν ήταν επιτυχημένα, καθώς εξασθενίζουν γρήγορα και οι αποτελεσματικές σειρές επικοινωνιών τους είναι, σε σχετικούς όρους, πολύ σύντομες. Αυτή η κατάσταση αλλάζει καθώς τα νέα οπτικά μόντεμ ελεύθερου χώρου ωθούν τις σειρές και πόσα δεδομένα μπορούν να μεταδοθούν περαιτέρω.

Το BlueComm 200 της Sonardyne είναι ένα καλό παράδειγμα. Χρησιμοποιεί ορατό μπλε φως επειδή σε αυτό το μήκος κύματος (450nm) το φως ταξιδεύει πιο μακριά μέσω του νερού. Το πιο μπλε φως μπορεί να ταξιδέψει μέχρι και 150 μέτρα και δεν είναι ασυνήθιστο να ανιχνεύει μικρές ποσότητες μπλε φωτός που εκπέμπεται από τον ήλιο, ακόμη και σε βάθος 300 έως και 1.000 μέτρων βάθος, πέρα από την ευοφική ζώνη! Χρησιμοποιώντας το μπλε φως, μπορούμε να μεταφέρουμε πολύ περισσότερα δεδομένα από ό, τι είναι δυνατό χρησιμοποιώντας ακουστική. Το BlueComm 200 μπορεί να διατηρήσει ταχύτητες δεδομένων μέχρι και 10Mbps. Αυτό αρκεί για τη μεταφορά του βίντεο HD σε πραγματικό χρόνο. Τα μόντεμ BlueComm 200 έχουν πραγματικό ενδιαφέρον να υποστηρίξουν τα υποθαλάσσια υποθαλάσσια υποβρύχια προγράμματα (AUV) σε βαθιά νερά - όπου μπορούμε να χειριστούμε ένα AUV γύρω από ένα ημισφαιρικό σχήμα με μέγιστη εμβέλεια 150 μέτρων! Αυτό είναι πολύ μεγάλη απόσταση.

Σε ρηχά νερά, η χρήση τους περιορίζεται από παρεμβολές από το ηλιακό φως (το οποίο όπως είδαμε μπορεί να φτάσει μέχρι και 1.000 μέτρα βάθος). Οι παρεμβολές από άλλες πηγές φωτός περιορίζουν την αποτελεσματική εμβέλεια του μόντεμ. Οι οπτικοί μόντεμ ελευθέρου χώρου δεν είναι επίσης αυτοί που είναι συγκεκαλυμμένοι, λειτουργούν στο φάσμα ορατού φωτός και επομένως είναι ορατοί με γυμνό μάτι.

Υπεριώδης
Προσπαθήσαμε να αντιμετωπίσουμε πρώτα την πρόκληση των παρεμβολών. Εάν επρόκειτο να λειτουργήσουμε έξω από το φάσμα ορατού φωτός, για να αποφύγουμε την παρεμβολή τεχνητών φώτων, ποιο μήκος κύματος θα ήταν η καλύτερη επιλογή; Ένα κεντρικό μήκος κύματος 405nm ήταν ένας καλός συμβιβασμός που περιείχε υπεριώδη (UV) και μερικά ορατά ιώδη φως, το BlueComm 200 UV γεννήθηκε. Η παραχώρηση που έπρεπε να κάνουμε ήταν μεγάλη. Έχει ουσιαστικά μειωθεί κατά το ήμισυ, έως και 75 μέτρα. Σε αντάλλαγμα κερδίσαμε δύο οφέλη. Πρώτον, δεν θα υποφέραμε από τεχνητό φως. Αυτό σημαίνει ότι θα μπορούσαμε να λειτουργήσουμε ταυτόχρονα κατά τη μαγνητοσκόπηση βίντεο ή με την παρουσία άλλων πηγών φωτός. Δεύτερον, θα μπορούσαμε να λειτουργήσουμε πιο κοντά στην επιφάνεια και να υποφέρουμε λιγότερες παρεμβολές από το ηλιακό φως. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι το υπεριώδες φως που εκπέμπεται από τον ήλιο δεν είναι τόσο αποτελεσματικό όσο το μπλε φως όταν ταξιδεύει με νερό. Εν τω μεταξύ, διατηρήσαμε ένα ρυθμό ενημέρωσης μέχρι 10Mpbs. Και όταν κάνετε ένα βήμα πίσω, ένα σχήμα που μοιάζει σχεδόν με ένα ημισφαίριο με μέγιστη εμβέλεια 75 μέτρων στο οποίο μπορείτε να λειτουργήσετε και να διατηρήσετε έως και 10 Mbps είναι σημαντικό σε μέγεθος και ικανό να υποστηρίξει έναν μεγάλο αριθμό εννοιών των λειτουργιών. Ένα από τα οποία είναι συγκεκαλυμμένες επικοινωνίες.
Το BlueComm 200 UV θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για την υποστήριξη συγκεκαλυμμένων επικοινωνιών AUV σε αντίστοιχα φυλάκια κατά μήκος του θαλάσσιου βυθού. Φωτογραφία: Ολοκληρωμένες επικοινωνίες Sonardyne
Καθώς ένα BlueComm 200 UV μπορεί να διαδοθεί έως και 75 μέτρα, αυτό σημαίνει ότι όταν λειτουργούμε σε βάθη κάτω από μόλις 75 μέτρα, μπορούμε να επικοινωνήσουμε και να παραμείνουμε αόρατοι από οποιονδήποτε παρατηρεί από την επιφάνεια της θάλασσας. Στην πραγματικότητα, για να είναι κάποιος σε απόσταση 75 μέτρων από το BlueComm 200 UV μας, θα ήταν πολύ πιθανό ότι θα ενεργούσε με πληροφορίες, δηλαδή ότι κάποιος θα ήταν μόνο εντός εμβέλειας επειδή γνωρίζει πού να μας βρει στο την πρώτη θέση. Ακόμη και όταν λειτουργεί πιο κοντά στην επιφάνεια, το περιορισμένο εύρος του BlueComm 200 UV, όταν φαίνεται από το διάστημα, μοιάζει πολύ με μια βελόνα σε ένα άχυρο. Αυτό σημαίνει ότι μπορούμε τώρα να επικοινωνήσουμε με τους υποθαλάσσιους και να παραμείνουμε κρυμμένοι. Αυτά είναι εξαιρετικά νέα για μια νέα γενιά υποβρυχίων και νέων εννοιολογικών υποβρύχιων οχημάτων (UUV).

Τα μη επανδρωμένα οχήματα ως πολλαπλασιαστής δύναμης για τα υποβρύχια δεν είναι μια νέα ιδέα. Το 1997, το Εθνικό Συμβούλιο Έρευνας δημοσίευσε τον τόμο 6 της «Τεχνολογίας για το Ναυτικό και το Θαλάσσιο Σώμα των Ηνωμένων Πολιτειών, 2000-2035». Σε αυτό το έγγραφο, οι συγγραφείς αναφέρουν λεπτομερώς πώς θα χρησιμοποιηθούν τα συστήματα AUV / UUV για την υποστήριξη των λειτουργιών και θα αναφέρουν ασφαλείς συνδέσμους επικοινωνίας ως προϋπόθεση για την πραγματοποίηση αυτού του οράματος. Το BlueComm 200 UV μπορεί να παρέχει αυτό το σύνδεσμο, με ασφάλεια και κρυμμένα.

Με το BlueComm 200 UV, οι πλατφόρμες XLUUV θα μπορούν να λειτουργούν και να επικοινωνούν με άλλα οχήματα ή με σταθμούς εδάφους στα σημεία στραγγαλισμού, βοηθώντας στην παρακολούθηση, τον εντοπισμό και την αποτροπή εισβολών από ξένους πράκτορες, όλα αυτά παραμένοντα κρυμμένα.

Πρακτικά παραδείγματα
Δεν είναι μόνο η μυστικότητα, πρόσφατα επιτύχαμε το αντίθετο. Η τεχνολογία ήταν έξω στον τομέα, που χρησιμοποιείται για την επίτευξη ενός κόσμου πρώτα. Συνεργασία με το Ίδρυμα Nekton: το Associated Press και στη συνέχεια το Sky News πραγματοποίησαν ζωντανή μετάδοση από επανδρωμένο υποβρύχιο ασύρματα σε ένα σκάφος και στη συνέχεια σε εκατομμύρια σπίτια χρησιμοποιώντας τον ελεύθερο χώρο μας οπτικό μόντεμ. Το Ίδρυμα Nekton δημιουργήθηκε για να βοηθήσει να αλλάξουμε τις γνώσεις μας και να κατανοήσουμε τους ωκεανούς του πλανήτη και να επιταχύνουμε την προστασία και τη διακυβέρνηση αυτής της τελευταίας μεγάλης άγριας φύσης, του βαθιού ωκεανού. Η πρωτοβουλία της First Descent περιελάμβανε μια σειρά αποστολών, χρησιμοποιώντας δύο επανδρωμένα υποβρύχια, στον Ινδικό Ωκεανό για να βοηθήσουν στη διερεύνηση και τη διατήρηση ενός από τους λιγότερο προστατευμένους χώρους μας.

Ένα Saab Seaeye Sabertooth χρησιμοποιώντας οπτικό μόντεμ ελεύθερου χώρου BlueComm για ασύρματες επικοινωνίες.
Φωτογραφία: Sonardyne

Σε αυτήν την αποστολή, δημιούργησαν έναν αποσυμπιεστή (έναν καλωδιακό δέκτη από ένα σκάφος επιφανείας) με ένα BlueComm 200 UV σε ένα υποβρύχιο και, ένα άλλο, ένα BlueComm 200 που δούλευε με πρωτότυπο μήκος κύματος πράσινου φωτός για να διατηρήσει επαρκές χωρισμό τα μήκη κύματος για τον περιορισμό της παρεμβολής μεταξύ κάθε μονάδας και του καταπιεστή. Ο καταπιεστής βυθίστηκε σε βάθος 90 μέτρων και χρησιμοποιήθηκε για την ασύρματη επικοινωνία με τα δύο επανδρωμένα υποβρύχια χρησιμοποιώντας το BlueComms. Με αυτή τη ρύθμιση, η παρουσιαστής της Sky News, Άννα Μποτόντ, μπόρεσε να κινηματογραφηθεί μέσα σε ένα από τα επανδρωμένα υποβρύχια, χρησιμοποιώντας βίντεο υψηλής ευκρίνειας, και να μεταδώσει αυτά τα δεδομένα ζωντανά σε εκατομμύρια σπίτια γύρω από τον πλανήτη με ελάχιστες ή καθόλου παρεμβολές από τον ήλιο. Τα δομικά στοιχεία που υποστηρίζουν τις μυστικές λειτουργίες είναι έτοιμα και αποδεδειγμένα.

Σχετικά με τον Συγγραφέα

Ο συντάκτης: Ioseba (Joe) Tena.