Dron marino sigiloso y difícil de hundir hecho de... fibra de vidrio y espuma de poliestireno

La gravedad (y la fuerza en general) es tu enemigo

Una de las muchas razones por las que los barcos militares están hechos de metal y no de materiales más baratos, livianos y difíciles de ver por radar es que las cosas que está almacenando o ha instalado en el barco tienen peso.

Esto puede sonar trillado, pero la flotabilidad no es mágica. No es una forma de antigravedad. Si sus motores pesan una tonelada, esa tonelada todavía está allí, ejerciendo presión sobre el casco y cualquier soporte que se use para mantenerlo en su lugar. Si produce 1,000 libras-pie de torque, ese torque está actuando contra el armazón del barco, un armazón que no está hecho de metal. ¿Lleva torpedos? ¹ Eso significa un sistema de disparo neumático que empuja contra el marco de la nave. Tiene soporte para pistola? Son toneladas de peso soportadas por la fibra de vidrio. Combustible, radar, comunicaciones... todo se suma al peso y la fuerza, y su casco (y la infraestructura que conecta todo con el casco) debe soportar el peso y la fuerza.

Y para colmo, no tienes armadura. Eso significa que las balas enemigas (en barco o en el aire) atravesarán tu dron como papel de aluminio. Claro, con toda esa espuma de poliestireno todavía flotará, pero ¿cuál es el punto si todo lo que lleva se ha hecho pedazos?

Y aunque el casco en sí no está causando mucho en el camino de una firma de radar, su motor, comunicaciones, monturas de armas, etc. (las cosas que no puede hacer sin metal) lo harán. Puede que solo tenga la firma de un camión volquete, pero la tendrá.

Finalmente, hay valor para todo el peso de los cascos de metal: estabilidad. Debido al peso (porque la gravedad todavía está tratando de empujar el barco hacia el suelo), es más difícil para el océano (o las tormentas) sacudir el barco. Aligerarlo con fibra de vidrio y espuma de poliestireno haría que fuera arrojado en alta mar como una hoja proverbial en el viento.

En mi opinión, dicho vehículo tendría poco uso aparte del reconocimiento de corto alcance. Las fuerzas involucradas para mover cosas largas distancias rápidamente y participar en el combate harían pedazos un casco de fibra de vidrio/poliestireno o, habiendo usado suficiente fibra de vidrio para superar el problema, harían que la nave fuera difícil de manejar sin mejorar mucho el sigilo.

El mejor sigilo no te niega tus ventajas

Los aviones de combate modernos usan (básicamente) dos formas de tecnología sigilosa: materiales que absorben radares y formas que reflejan radares. Estos permiten que el avión se construya con toda la tecnología (incluido el metal) que necesita para funcionar bien para el propósito previsto.

Pero, para citar de Wikipedia :

Al igual que las elecciones en la configuración, la elección de los materiales afecta el RCS de un barco. Los compuestos como la fibra de vidrio y la fibra de carbono son excelentes bloqueadores del radar y brindan a las embarcaciones más pequeñas una ventaja en las reducciones adicionales de RCS. Sin embargo, los compuestos son frágiles y, a menudo, inadecuados para barcos más grandes o barcos que esperan incendiarse, aunque los nuevos laminados pueden anular parcialmente algunas de las debilidades. Esto restringe los barcos más grandes a metales como el acero y las aleaciones de aluminio. Para compensar, un barco puede incluir una capa de un material absorbente de radar, aunque esto puede ser bastante costoso y puede que no resista los efectos corrosivos del agua salada.

_{¹  El caso de un torpedo es único. Si es autoguiado o guiado por cable, puede dejarlo caer en el agua, pero no cambia la regla básica para todo lo demás: la tercera ley de Newton, reacciones iguales y opuestas.}

Los grandes buques de PRFV o fibra de vidrio se utilizan principalmente como dragaminas en lugar de buques militares de uso general, y se han utilizado como tales desde la década de 1950. Históricamente, las minas se activaban magnéticamente, por lo que lo que equivale a un casco de plástico no las activaría tan fácilmente.

Puede que le cueste hacer que el casco sea lo suficientemente fuerte como para soportar los cañones tradicionales de los barcos grandes, pero para todos los demás propósitos no debería ser un problema.

No tienen ninguna ventaja en la detectabilidad por radar (que yo sepa), ya que tiene más que ver con los revestimientos de perfiles y superficies que con los materiales estructurales.

La peculiaridad más grande de la que he oído hablar es que los cascos mucho más livianos causan un mayor problema con el mareo.

Cuando los cazas furtivos se hicieron públicos por primera vez, había mucho entusiasmo en algunos círculos sobre las naves furtivas de ataque rápido. "Imposible de detectar, imposible de derrotar, el asesino perfecto". Resulta que la emoción fue prematura.

Compare la clase Arleigh Burke de 1988 y la clase Zumwalt de 2016 . El Zumwalt es más sigiloso, es más grande, es más caro. La sección transversal del radar del Zumwalt es "más parecida a la de un barco de pesca", pero los barcos de pesca no son invisibles. ¿Vale la pena el sigilo? Probablemente, en algunas misiones.

Compare la clase Gepard alemana de 1982 y la clase Skjold noruega de 1999 . El Skjold es en realidad más pequeño y más rápido y probablemente una mejor embarcación de ataque en general.

• El sigilo de radar ayuda contra la detección de radar, pero hay otros sensores. Una nave sigilosa efectiva también tiene sigilo acústico e IR. Eso todavía deja sensores de seguimiento. Cualquier buque de guerra debe esperar ser atacado y el blindaje y las contramedidas ocupan espacio.
• Para las operaciones marítimas, el tamaño aporta velocidad y alcance. Sí, los botes pequeños pueden ser más rápidos que los grandes, pero solo con una gran penalización de resistencia.
• Los barcos más grandes serán una plataforma de armas y sensores más estable. Imagina el barco en tu foto en un vendaval.

Así que piensa en lo que hacen los drones aéreos hoy. Algunos son sigilosos, otros llevan armas, pero aún no pueden reemplazar a un caza o bombardero tripulado .

Una embarcación más pequeña será más difícil de detectar con el radar, simplemente sobre la base de una sección transversal más pequeña que devuelve una señal más débil. El elemento adicional de usar materiales de 'retorno de señal' ligeramente más bajos también ayuda, pero en algún momento se reduce a que los sistemas y la maquinaria sean la mayor parte de su reflejo de señal.

Pero el buque más pequeño también tendrá que abordar otros compromisos:

Los mayores problemas para una embarcación pequeña se convierten en su capacidad para mantenerse en el mar y su longevidad en el mar. La eliminación de la necesidad de tripulación reduce el tamaño y los requisitos de energía, pero solo puede reducir el tamaño hasta cierto punto antes de que la embarcación no pueda avanzar de manera útil en condiciones climáticas adversas.

A medida que reduce el tamaño, aumenta el impacto que tendrán las olas en el movimiento de un barco:

• Un casco corto cabe 'entre' un mayor número de olas en promedio, lo que reduce la eficacia con la que puede moverse hacia adelante y lo pondrá en riesgo de ser 'empujado' por tormentas más pequeñas que un barco un poco más grande.

• Una embarcación demasiado pequeña tampoco podrá transportar el combustible para viajar lejos, lo que hace que el mal tiempo sea mucho peor. [No solo no puede ir muy lejos, sino que puede correr el riesgo de ser empujado fácilmente más allá de su propio alcance para alcanzar su objetivo.]

Un punto que se pasa por alto fácilmente al reducir el tamaño de un barco para que sea más difícil de ver: también hace que sea más difícil para ese barco ver por sí mismo. Es posible que los barcos pequeños no tengan la estabilidad para admitir su propio conjunto de radares tan bien como lo haría un barco más grande: sería más bajo, por lo tanto, tendría menos alcance y sería propenso a movimientos más violentos, lo que degrada su capacidad para establecer y mantener bloqueos de objetivos limpios.

A medida que continúas reduciendo el tamaño de un diseño, finalmente llegas a un punto en el que tienes menos "bote" y rápidamente comienzas a acercarte a algo que se parece más a una "mina marina inteligente con un arma".

Sin embargo, gran parte de estos problemas pueden superarse con un enfoque de armas combinadas o solucionándolos de otras maneras.

• Enfoque de licitación/capa de minas: en lugar de esperar que los botes pequeños operen directamente desde el puerto por su cuenta, opere desde embarcaciones auxiliares más grandes que pueden mover una flotilla a gran velocidad en un largo alcance antes de desplegar una fuerza de detección de negación de área a su alrededor. En lugar de un barco independiente, puedes tratarlos como una "plataforma de armas antes del disparo". (Un buque auxiliar/portaaviones podría incluso estar diseñado para poder desplegar al menos algunos de sus drones incluso en caso de sufrir daños por hundimiento del buque...)

• Energía renovable: dales velas para el movimiento que no sea de combate y acepta que son lentos y torpes para desplegarlos en cualquier lugar, pero compénsalo con la capacidad de desplegar un gran número de ellos.

Bien conectadas en red y con controles bien diseñados, las embarcaciones pequeñas podrían formar una malla mortal de puntos de recopilación de datos y despliegue de armas que serían difíciles de detectar con mucha confianza. Combínalos con la basura que ya está ahí afuera (¿cómo puede un técnico de radar distinguir con seguridad a uno de estos drones-barcos de un contenedor perdido lleno de patitos de goma?), y posiblemente con objetivos ficticios baratos esparcidos por el área por tu cuenta, y terminas con una región del océano que sería extremadamente peligrosa y costosa para operar una flota moderna tradicional.

[¿Disparan a CADA pequeño contacto de radar que detectan? E incluso si le disparan, ¿lo han dañado lo suficiente como para desactivarlo por completo? - Piense en la efectividad de Fairey Swordfish en la Segunda Guerra Mundial, biplanos de tela a los que se les podían perforar agujeros sin impacto debido a la poca importancia que tenía gran parte del avión... ¿Cuántos recursos se deben gastar en todos y cada uno de los barcos de drones? ¿mina inteligente/señuelo de radar/basura flotante detectada para permanecer a salvo? ¿Qué tan grande es realmente la pérdida si el enemigo elimina uno, o una docena, o cien de estos pequeños botes no tripulados?]

Podrías hacer el equivalente acuático de un dron depredador.
Estructura simple de fibra de vidrio y espuma que es lo suficientemente grande como para contener uno o dos torpedos, tal vez algunos otros sistemas de armas, un banco de baterías, un motor y algunos componentes electrónicos.
Coloque algunos paneles solares en la superficie superior para extender el tiempo que puede estar apagado.

Sigilo:

Podría estar sumergido en su mayor parte, con solo el pie superior sobre el agua, lo que significa que casi no tendría perfil de radar, incluso sin recubrimientos y geometrías anti-radar.
Con el motor adecuado, podría funcionar con una huella acústica muy pequeña, lo que lo haría más sigiloso, y estar cerca de la superficie con un calado mínimo también dificultaría su detección con un sonar activo. El sonar activo funciona cuando el sonido rebota en la transición entre el agua y el aire, no en el casco en sí. Dado que la superficie también es una transición entre el agua y el aire, cualquier cosa con un calado muy poco profundo se perderá en el ruido de las olas.

Armas:

Los torpedos que son autoguiados o guiados por cable funcionarían, y no necesitarían tubos, ya que la bahía de torpedos podría inundarse para que pudieran nadar solos. Es posible que se necesite una bomba para vaciar la bahía nuevamente y restaurar la flotabilidad.
También puede ser posible prescindir de una bahía y simplemente tener los torpedos montados entre dos pontones, o posiblemente a cada lado de un solo pontón, aunque esto requeriría que ambos se disparen al mismo tiempo para mantener el equilibrio.
Tener los torpedos en el agua en lugar de una bahía puede ayudar con el problema del peso, porque los torpedos tienen una flotabilidad neutra y, por lo tanto, serían autosuficientes en lugar de ejercer presión sobre el marco del casco.

Otra opción serían los misiles, aunque ningún sistema específico antibuque actual (que encontré) funcionaría en una plataforma tan pequeña. Sin embargo, dicho sistema podría desarrollarse sobre la base de un cohete montado en el hombro con la idea de que podrían acercarse mucho y, por lo tanto, no se necesita mucho propulsor.

Se podrían montar ametralladoras de calibre .50 para usarlas contra objetivos más pequeños y personales.

Por último, podrían operar como drones kamikaze. Si la espuma de poliestireno se reemplaza con un explosivo de plástico espumado, todo el dron podría convertirse en una ojiva una vez que se agoten las otras armas. Un sistema de seguridad mecánico en el que el detonador no se inserte hasta que sea necesario podría ser una muy buena idea.

En primer lugar, hay que hacer una aclaración sobre el radar. El radar, como los fotones de luz, NO se refleja. Más bien, la energía es absorbida por el objeto y luego retransmitida. Los materiales que conducen la electricidad son mucho mejores para retransmitir la señal del radar que los materiales que no la conducen. La fibra de vidrio SÍ envió una firma de radar muy pobre, en comparación con un casco de metal. Los aviones Stealth son, en parte, hechos Stealth al recubrirlos con sustancias que no retransmiten la señal del radar, sino que la absorben. La energía se disipa en alguna otra forma, generalmente calor. Ver material absorbente de radiación

Si proporciona una capa muy gruesa de material absorbente de radar entre el exterior y cualquier maquinaria, la imagen del radar se degradaría gravemente. Incluso si la señal del radar llegara a la maquinaria, aún tendría que volver a salir. Resulta que algunas espumas son una memoria RAM realmente buena.

Y, por supuesto, dado que no necesita compartimentos interiores para la tripulación ni espacios para la tripulación, puede llenar toda la superestructura con espuma.

La disipación del calor se hace mucho más fácil, ya que el barco se desplaza sobre un disipador de calor muy grande. El océano disiparía rápidamente el calor, con aletas de refrigeración adecuadas.

Ahora, de vuelta a su barco. Varias respuestas aluden a la integridad estructural. La fibra de vidrio rellena de espuma tiene mucha integridad estructural. Las tensiones se distribuyen por todo el volumen de la espuma, por lo que, aunque en función de la sección transversal, la espuma es un miembro estructural deficiente, cuando todo el volumen se llena con espuma, el miembro se vuelve altamente estructural. Esa es la base de empacar televisores de pantalla grande en espuma sólida. Las tensiones se distribuyen por toda la caja, no solo a lo largo de los elementos estructurales.

Las láminas de fibra de vidrio y espuma laminada son un miembro estructural aún más fuerte. Es decir, cuando rocíe la espuma, incruste láminas y varillas de fibra de vidrio en el cuerpo de la espuma, no solo en el sobre.

No es desconocido que los botes de fibra de vidrio más grandes tengan un marco de acero, adherido a la fibra de vidrio e incrustado en él, para agregar un refuerzo crítico.

Sugeriría usar una técnica común de construcción de barcos: una quilla fuerte. Si la quilla está hecha de metal, por debajo de la línea de flotación, esto contribuiría en gran medida a brindarle la integridad estructural que necesita. Una quilla que forma una típica viga de celosía en el centro del barco, incluso mejor. Piense en armazones web abiertos. Tal vez dos o tres vigas cruzadas en el centro del barco.

Dado que el radar suele ser lateral, no superior, el uso de vigas planas de acero en la plataforma horizontal, especialmente si se encuentra justo debajo de la línea de flotación, mantendría la imagen del radar al mínimo.

Sugeriría hacerlo todo eléctrico, usando energía solar y baterías, para eliminar cualquier señal de calor de los gases de combustión. Nuevamente, el calor generado podría disiparse en el agua, no en el aire.

TL:DR

Reforzar la espuma con armaduras estructurales de acero y láminas y varillas de fibra de vidrio incrustadas le daría la rigidez estructural que necesita. Sin necesidad de espacios para la tripulación, todo el cuerpo puede convertirse en un miembro estructural sólido. Los motores eléctricos reducirían la huella de calor y colocar tanto peso por debajo de la línea de flotación daría una buena estabilidad. Dado que no hay miembros de la tripulación, el mareo no es un problema, así que let'r'rock'n'roll.