Cuando el globo sube: red de malla naval con globos estratosféricos

Semana del tema de presentación de su capacidad

por Mark Howard

La coordinación de operaciones marítimas distribuidas, particularmente en un conflicto entre pares, probablemente resultará ser un problema desafiante. El entorno estará fuertemente disputado y los sistemas de comando estarán estresados. En particular, la red de comunicación e ISR debe ser funcionalmente confiable y resistente. Mantener un alto nivel de conocimiento de la situación será fundamental en todos los aspectos de las operaciones, desde el despliegue inicial de las fuerzas hasta la concentración de la potencia de fuego en los objetivos. El C4ISR de ambos lados incluirá todo, desde el radar sobre el horizonte hasta la escucha del subsuelo y los activos orbitales basados ​​en el espacio, todo lo cual se combinará para hacer que la red de vigilancia sea más transparente. Pero mantener el ancho de banda requerido para las comunicaciones en áreas amplias, especialmente a la luz de los bloqueadores adversarios y las largas distancias entre los comandantes del teatro, será un desafío operativo serio.1

Los esfuerzos de la Marina de los EE. UU. en la guerra de maniobras electromagnéticas apuntan a un futuro en el que puede haber solo unos pocos transmisores en un espacio de batalla, mientras que las fuerzas restantes están todas en recepción. pero queda mucho trabajo por hacer. Para superar estos desafíos, se están gastando recursos significativos en mejorar las capacidades de órbita terrestre baja (LEO) y los relés de UAV que son resistentes a las interferencias. Estos esfuerzos equivalen a construir una red de malla, una red en la que cada nodo se conecta directamente y sin jerarquías entre sí.3 Estos nodos son capaces de autoformarse, repararse y organizarse a sí mismos.4 Las redes de malla ofrecen una y un tipo de red digno de riesgo que puede satisfacer mejor las necesidades de los combatientes en un entorno disputado.

Estas redes de malla emergentes, que cuentan con una gran dependencia de los activos basados ​​en el espacio y los vehículos aéreos no tripulados, deberían aumentarse con globos estratosféricos. Estas plataformas del espacio cercano operan muy por encima de las aeronaves típicas, pero muy por debajo de los satélites LEO, lo que desafía a los contadores convencionales de sensores espaciales y de gran altitud. Al ofrecer una sólida combinación de alta resistencia, bajo costo, tamaño reducido y cargas útiles modulares, los globos estratosféricos están preparados para realizar importantes contribuciones a las redes de malla en el espacio de batalla.

Capacidades y consideraciones del globo

La cobertura de globos es especialmente amplia dada la capacidad de la plataforma para alcanzar altitudes elevadas, como cubrir un espacio de más de 600 millas de diámetro para un globo a 65 000 pies. La capacidad de operar por debajo de los satélites permite que estas plataformas resuelvan características a menor potencia y en rangos más largos. Considerando un punto en el nadir, las plataformas de globos en el espacio cercano están entre 10 y 20 veces más cerca de sus objetivos que un satélite LEO típico de 400 kilómetros de altura.5 Esta diferencia de distancia implica que la óptica en las plataformas en el espacio cercano puede ser mucho más pequeña para lograr un rendimiento similar. , y claramente el costo de lanzar la capacidad es mucho menor que los despliegues orbitales asistidos por cohetes.

A pesar de los recientes derribos de globos que fueron noticia, las plataformas del espacio cercano tienen bastante capacidad de supervivencia, y su naturaleza no tripulada y de bajo costo las hace relativamente dignas de riesgo. Lockheed-Martin revisó los globos en un informe llamado "Estudio preliminar: Supervivencia y vulnerabilidad de aeronaves a gran altitud"6 y concluyó que tienen firmas térmicas y de radar extremadamente pequeñas que los hacen especialmente desafiantes para la mayoría de los métodos tradicionales de seguimiento y orientación. Las estimaciones de su sección transversal de radar eran del orden de centésimas de metro cuadrado. Teniendo en cuenta cuán amplias podrían ser sus áreas operativas en términos de área y altitud, solo encontrar globos sería un desafío, y mucho menos llevar a cabo un enfrentamiento a gran altitud hasta su conclusión.

Los activos basados ​​en el espacio tienen una demanda tan grande que históricamente han sido difíciles de cumplir para los comandantes tácticos. Cualquiera que sea la misión que un comandante local pueda necesitar realizar, siempre parece haber una larga lista de misiones estratégicas de mayor prioridad requeridas por otros comandos y autoridades de nivel superior. Los globos del espacio cercano no estarían necesariamente bajo estas mismas autoridades y podrían ser más activos disponibles en el campo de batalla que estén bajo el control directo de los comandantes tácticos y de nivel local. Estos comandantes tendrán muchos requisitos propios, pero es probable que las dos necesidades más importantes sean las comunicaciones persistentes sobre el horizonte y las capacidades de ISR. Al operar muchas de estas plataformas de costo perdido en áreas amplias, los comandantes tácticos pueden satisfacer muchas de sus necesidades de información.

Probablemente, el esfuerzo de globo comercial más conocido es el Proyecto Loon de Google. Este proyecto comenzó en 2011 con el objetivo de brindar servicio de Internet a áreas sin Internet confiable a través de una red de malla de globos de Internet. Cuando finalizó el proyecto en 2021, prácticamente todos los desafíos técnicos que enfrentó el equipo se habían resuelto y el proyecto conectó con éxito a cientos de miles de usuarios con redes de torres flotantes de telefonía celular que operan en la estratosfera. El final del proyecto se debió principalmente a preocupaciones financieras, ya que, como escribió el líder del equipo, "el camino hacia la viabilidad comercial ha resultado mucho más largo y arriesgado de lo esperado". Independientemente de la viabilidad comercial, la viabilidad técnica ya no era una preocupación importante.7 Desde un punto de vista técnico, el equipo logró muchas cosas que antes se creían imposibles, como navegar con precisión globos en la estratosfera, crear una red de malla operable en el cielo y desarrollar globos que puedan soportar las duras condiciones de la estratosfera durante casi un año.

Una de las capacidades más fuertes ofrecidas al comandante local será una plataforma persistente que pueda mantener una estación operativa durante meses, y tal vez incluso más. Cuando concluyó el Proyecto Loon, habían logrado una duración promedio de vuelo de 161 días. Además, los activos del espacio cercano son independientes de la carga útil y son altamente modulares. Se pueden utilizar como relés de comunicación o plataformas ISR con una amplia variedad de sensores y transmisores. Si bien los globos utilizados por el Proyecto Loon se limitaron a unos 260 kilogramos de carga útil, las aeronaves de seguimiento que el Proyecto Loon planeaba usar habrían sido capaces de levantar más de 1.875 kilogramos. Las capacidades de propulsión de los globos utilizados eran de alrededor de un metro por segundo, pero el plan era aumentar eso a alrededor de 7,8 metros por segundo, lo que permitiría que la plataforma mantuviera mejor la estación o se reposicionara más rápidamente en una nueva área de interés.

Cuantas más plataformas o nodos haya en el aire, más robusta y de mayor alcance será la red en malla. Project Loon demostró la capacidad de mantener una red de malla punto a punto en 2020 de 3.500 kilómetros de longitud. Este largo alcance requirió 33 globos, pero con una carga útil mayor, como la que estaba desarrollando el dirigible Loon, la esperanza era reducir la cantidad de nodos requeridos a más de la mitad. Las pruebas aerotransportadas demostraron la capacidad de mantener un enlace de retorno de 1000 kilómetros con solo siete nodos de globo. Pruebas adicionales demostraron la capacidad de vincular dos activos a lo largo de 600 kilómetros. Los principales enlaces de comunicación eran por radio, pero Loon había comenzado a experimentar con ópticas que transmiten grandes cargas de datos a través de haces de luz. Este subproyecto de Loon no fue cancelado por Google y sigue vivo como Proyecto Taara.8 Al combinar la transmisión de datos de haz de luz con una amplia presencia de globos conectados, los combatientes pueden mover grandes cantidades de datos por todo el espacio de batalla utilizando dispositivos de bajo métodos de firma.

El DOD ya está desplegando el repetidor de radio SkySat y expandiendo la plataforma del globo para incluir capacidades ISR, pero estas aplicaciones parecen estar limitadas a las operaciones terrestres.9 Este sistema extiende el enlace de radio bidireccional estándar de 10 millas a 500 millas y se ha utilizado por la Infantería de Marina en áreas avanzadas. Como punto de partida, la Marina puede aprovechar estos sistemas existentes para explorar las posibilidades de la futura capacidad de los globos navales.

Conclusión

Al discutir los activos del espacio cercano, algunos han mencionado el "factor de risa" cada vez que alguien menciona la idea de usar globos para objetivos militares. Cualquier revisión objetiva de las capacidades de los globos estratosféricos vería rápidamente cuán robustas son estas plataformas y su gran potencial para aplicaciones militares. Las concepciones tradicionales de cómo "debería" ser la capacidad militar deben dar paso a visiones más matizadas de lo que es posible en medio del panorama tecnológico en evolución. En el caso de los globos estratosféricos, la capacidad ya está bastante madura y madura para su explotación.

Mark Howard es un comandante de la Marina retirado que pasó su tiempo como oficial de contramedidas electrónicas y se graduó de la Escuela de Guerra Naval.

Notas finales

1. Clark, Bryan y Walton, Timothy; Recuperando los mares Transformando la flota de superficie de EE. UU. para la guerra centrada en decisiones, publicado por CSBA 2019.

2. Artículo publicado por NAVSEA consultado el 2 de junio de 2023: https://www.navsea.navy.mil/DesktopModules/ArticleCS/Print.aspx?PortalId=103&ModuleId=127458&Article=1361428.

3. Lundquist, Edward, Comunicaciones tácticas marítimas, aéreas y costeras: la eficacia y supervivencia de la red necesita más nodos, publicado por Mönch Verlagsgesellschaft mbH, Naval Forces III-IV/2020, página 40.

4. Bordetsky, Alejandro; Benson, Stephen; y Hughes, Wayne, Mesh Networks in Littoral Operations, publicado por US Naval Institute Blog, 12 de mayo de 2016.

5. Tomme, Edward, The Paradigm Shift to Effects-Based Space: Near-Space as a Combat Space Effects Enabler, Research Paper No. 2005-01 (Maxwell AFB, AL: Air University, 2005), disponible en .

6. ibíd.

7. Registros de Project Loon publicados por Google, consultados el 2 de junio de 2023, .

8. Resumen del Proyecto Taara publicado por Google, consultado el 2 de junio de 2023, .

9. Von Ehrenfried, Manfred; Globos estratosféricos: ciencia y comercio en el borde del espacio, publicado por Springer Praxis Publishing, Chichester, Reino Unido, 1ª ed. 2021.

Imagen destacada: Un globo de gran altitud que transporta instrumentos HySICS a la parte más externa de la atmósfera terrestre se infla con helio al amanecer del 29 de septiembre de 2013. (Foto de la NASA a través del equipo HySICS/LASP)