Il sonar (termine che nasce come acronimo dell'espressione inglese sound navigation and ranging) è una tecnica che utilizza la propagazione del suono sott'acqua per la navigazione, comunicazione o per rilevare la presenza e la posizione di sottomarini o oggetti sotto il livello del mare. Si distinguono in attivi e passivi.
Il sonar dei sottomarini è inoltre strumento indispensabile nelle fasi di emersione dei battelli.
Il sottomarino che deve riemergere utilizza il sonar per controllare che nell'arco dell'orizzonte non ci siano ostacoli che possano pregiudicare la sicurezza della manovra.
Storia Venne inventato da Paul Langevin nel 1917. La marina inglese e quella tedesca considerarono il sottomarino, nel periodo tra le due guerre, un'arma superata soprattutto dopo l'avvento del dispositivo di rilevazione acustica detto "ASDIC" (Anti-Submarine Detection Investigation Committee), noto oggi come sonarBoyne 1997, p. 168; furono i britannici i primi a sviluppare una tecnologia che permettesse di rilevare un oggetto attraverso il suono e la scoperta del propagarsi delle onde sonore in acqua non era avvenuta durante la prima guerra mondiale e, per il rilevamento dei sommergibili, erano utilizzati dei semplici idrofoni). Il sistema ASDIC era composto da un trasduttore, contenuto in una cupola sotto la nave, che inviava onde acustiche che tornavano all'origine se riflesse da un oggetto sommerso, posto ad una distanza massima di circa 2700 m. La cupola poteva essere fissa, come nell'apparato Type 123 installato sulle corvette della classe Flower o retrattile come in alcune navi, quali il cacciatorpediniere HMS Campbeltown, dotato di un ASDIC Type 124. Dall'eco veniva ricavata la direzione e la distanza dell'oggetto ma falsi segnali potevano essere generati dalle differenze di temperatura dell'acqua, correnti, banchi di pesci (strato riflettente profondo), ed inoltre l'ASDIC era efficace solo a velocità inferiori ai 15 nodi (28 km/h), poiché a velocità superiori il rumore della nave avrebbe coperto gli echi; un ulteriore limite era rappresentato dal brandeggio del trasduttore, solo in senso orizzontale, con la conseguenza che il contatto veniva perso quando il bersaglio passava sotto la nave cacciatrice.
La procedura di utilizzo consisteva nell'uso dell'ASDIC in un arco da un lato all'altro della nave, fermando il trasduttore a distanze di pochi gradi per inviare un segnale, e le ricerche in gruppi di navi prevedevano l'allineamento delle navi a distanza compresa tra il miglio ed il miglio e mezzo; se veniva captata un'eco identificabile come sottomarino la nave avrebbe puntato verso il bersaglio e si sarebbe avvicinata a media velocità fino a trovarsi ad una distanza inferiore alle 1000 yard (910 m) e, nel frattempo, tramite il plotter veniva tracciata la direzione e la distanza, in modo da ricavare la rotta del sottomarino e la sua velocità. L'attacco veniva avanzato passando davanti al sottomarino per scaricare le bombe di profondità, lanciandole ad intervalli, seguendo uno schema tale da intrappolare il sottomarino. Per essere efficaci tuttavia, le bombe dovevano esplodere ad una distanza inferiore ai 6 metri e i primi sistemi ASDIC non erano in grado di determinare la profondità con sufficiente precisione; per questo motivo lo schema di sganciamento delle bombe prevedeva anche l'esplosione delle stesse a diverse profondità Il sito navalhistory.ca riporta un esempio di schemi di caccia adottati dalla Royal Canadian Navy con le corvette classe Flower..
Il sistema ASDIC soffriva di alcuni limiti: gli U-Boot potevano scendere a profondità maggiori rispetto a quelli britannici e statunitensi, oltre i 700 ft, pari a 210 m, oltre le capacità delle bombe di profondità britanniche, che potevano raggiungere i 350 ft, circa 100 m, e l'esplosione di una bomba di profondità disturbava l'acqua, rendendo molto difficile la riacquisizione del contatto nemico se falliva il primo attacco; è da rilevare inoltre che il sistema non godeva della fiducia delle marine alleate e la Royal Navy iniziò la guerra con un numero insufficiente di cacciatorpediniere e di ufficiali esperti in armi antisommergibileBoyne 1997, p. 169. La situazione nel comando costiero della Royal Air Force era ancora più grave, poiché gli aerei da ricognizione non possedevano adeguata autonomia per il pattugliamento e non erano ancora state valutate le conseguenze che la scoperta del radar avrebbe avuto nella guerra sul mare.
Anche altre marine iniziarono a sperimentare i primi modelli di ASDIC quando alcune unità, corvette ma anche pescherecci armati, vennero equipaggiati con personale non inglese, o apparati vennero installati su navi alleate, come il cacciatorpediniere olandese Isaac Sweers.
In Italia lo studio e la costruzione dei sonar riprende dopo la Seconda Guerra mondiale nel 1951.
I primi sonar italiani per sottomarini, costruiti tra il 1960 e 1974, erano identificati con le sigle: IP60 - IP64 e IP70 - IP74S. Il loro nome, coniato in Italia, era: Apparati Ecoidrofonici.
Localizzazione sonar
La localizzazione sonar è una tecnica utilizzata per stabilire con precisione la posizione degli oggetti in mare, sia che si trovino in superficie che sotto di questa. Tra le sue applicazioni principali troviamo il suo impiego per usi militari, nei sistemi di rilevamento sonar installati a bordo di semoventi navali.
Un semovente navale da localizzare è indicato con la dizione Bersaglio.
Geometrie di localizzazione:
Tra le innumerevoli geometrie di localizzazione d'interesse quelle relative ai sottomarini:
La localizzazione dei bersagli. gioca un ruolo fondamentale nella navigazione in immersione di un sottomarino, sia che la navigazione avvenga per scopi di dislocamento, sia che avvenga per scopi di sorveglianza o attacco.
La posizione di un sottomarino nello spazio subacqueo può presentarsi nei più svariati aspetti: ad esempio, un’ipotetica situazione può vedere un sottomarino come localizzatore e altri tre natanti a distanza come bersagli.
Se due dei tre bersagli sono considerati attivi, il rumore da loro emesso s'irradia con onde acustiche, sotto forma di archi di cerchio. Esse si allontanano dai bersagli attivi verso il sottomarino. Al contrario, il terzo bersaglio, essendo passi o, non irradia rumore e perciò non viene rilevato.
Se il sottomarino, per non farsi scoprire, impiega nella ricerca la sola componente passiva, localizza soltanto i due bersagli citati e non rileva la presenza del terzo. La situazione può essere modificata per necessità operative qualora il sottomarino debba localizzare tutti i possibili bersagli presenti nella zona, siano questi attivi o passivi.
In questo caso il sottomarino impiega nella ricerca la componente attiva anche se ciò denuncia la sua presenza.
Gli impulsi di energia acustica emessi dal sonar del sottomarino per produrre gli echi si propagano in mare con onde acustiche circolari di notevole intensità che si allontanano da esso, l'ampiezza degli echi di ritorno Gli echi sono dipendenti dalla potenza degli impulsi emessi e dalle caratteristiche dimensionali dei bersagli. sono onde acustiche circolari a bassa intensità che si staccano dai bersagli.
In entrambe le situazioni il sottomarino rileva con notevole precisione la posizione dei bersagli scoperti, localizzandoli angolarmente, sia nel piano orizzontale, sia in quello verticale e misurandone la distanza.
L’importanza dei rilievi è fondamentale per il sottomarino dato che rappresentano l’unico mezzo con il quale esso può spostarsi agevolmente nello spazio subacqueo senza correre il rischio di urtare altri corpi immersi, sia immobili che in navigazione; inoltre la localizzazione rende possibile al sottomarino l'emersione senza il pericolo di trovarsi sulla traiettoria o, quanto peggio, sulla chiglia di una nave.
Il sonar associa la funzione di localizzazione con la funzione di identificazione dei bersagli.
L’identificazione stabilisce caratteristiche più salienti dei bersagli, quali ad esempio la lunghezza, la velocità, il tipo di propulsione ed altri elementi che permettono di conoscere la classe della nave o del sottomarino oggetto della localizzazione.
I bersagli
I bersagli, nel processo di localizzazione, possono essere indifferentemente: navi, sottomarini, siluri in corsa, sopraelevazioni del fondo marino, isole, coste e si possono dividere in due classi:
classe dei bersagli passivi, quelli che per loro natura o per intendimento dell’uomo non irradiano rumori in mare; classe dei bersagli attivi, quelli che irradiano rumore in mare..
Nella prima classe si possono collocare: navi alla fonda, sottomarini naviganti in assetto particolarmente silenzioso, isole e coste.
Nella seconda classe si possono collocare: navi in movimento, navi ferme con macchinari in moto, sottomarini in normale navigazione, siluri ecc.
Il sonar localizza e identifica i bersagli in due modi differenti in dipendenza dell’appartenenza di questi ad una classe o all'altra; per la localizzazione e la identificazione dei bersagli passivi esso utilizza energia acustica propria, in modo da provocare una riflessione parziale di questa da parte del bersaglio, che così viene rivelato (metodo dell'eco). In questo tipo di impiego il sonar utilizza la sua componente attiva Insieme di congegni che consentono l'emissione e l'ascolto degli impulsi acustici".
Per la localizzazione e l’identificazione dei bersagli attivi esso utilizza il rumore irradiato naturalmente da questi, nel far ciò adopera la sua componente passiva.Insieme di congegni che consentono l'ascolto dei rumori in mare.
Il sonar non può operare contemporaneamente con la componente attiva e con quella passiva, ma con opportuni accorgimenti può realizzare una quasi contemporaneità dei due modi operativi.
Un tempo i sonar installati sulle navi erano prevalentemente orientati al funzionamento attivo, poiché i rumori provocati dalle macchine non consentivano che essi potessero captare agevolmente il rumore irradiato naturalmente dai bersagli; oggi il problema citato non si pone, dato che le navi moderne sono dotate di sonar a profondità variabile (VDS) indirizzabili a notevole distanza dalla nave.
Il sonar installato su di un sottomarino è prevalentemente orientato al funzionamento passivo per due ragioni fondamentali:
Nel funzionamento attivo, emettendo energia acustica in mare, sarebbe facilmente individuabile, mentre il suo scopo precipuo è quello di passare inosservato; Con il sottomarino in assetto silenzioso si creano le condizioni ottimali per captare il rumore irradiato naturalmente dai bersagli.
Il sottomarino impiega la componente attiva del sonar soltanto in casi eccezionali: durante la navigazione, in tempo di pace, se non è comandato ad effettuare opera di sorveglianza dello spazio subacqueo e durante le fasi critiche di attacco al bersaglio nemico, quando ormai è indispensabile correre il rischio.
Localizzazione e visualizzazione dei bersagli
I bersagli localizzabiliNon tutti i bersagli possono essere localizzabili sono visualizzati all'operatore al sonar su di una consolle di presentazione e controllo.
Se un sottomarino in fase di scoperta si trova in immersione in una zona di mare, tra coste ed isole, nella quale sono presenti due navi in movimento può esplorare l'ambiente nell'intento di localizzare tanto i bersagli fissi quanto in movimento.
Dato che tutti i rilievi angolari del sonar sono effettuati facendo riferimento al sottomarino, esso diventa il centro della geometria della zona.
Presentazione video in coordinate polari
Tracciato un cerchio ideale facendo centro sul sottomarino, tutto ciò che in esso è compreso sarà visualizzato in coordinate polari sullo schermo circolare di presentazione con riferimento al punto centrale.