Intelligenza artificiale, navi drone e nuovi sensori: ai sottomarini potrebbero restare pochi posti dove nascondersi nell’oceano
Di David Stupples, Professor of Electrical and Electronic Engineering and Director of Electronic Warfare Research della City St.George’s University di Londra.
Per un secolo, l’oceano è stato il rifugio ideale per chi desiderava scomparire. Dagli U-Boot della prima guerra mondiale ai colossi a propulsione nucleare che solcano le profondità marine di oggi, i sottomarini hanno prosperato grazie a un semplice principio: la furtività.
Le onde sonore viaggiano più lontano e più velocemente nell’acqua rispetto alle onde luminose o radar. Ciò significa che il suono è il modo più efficace per rilevare oggetti sott’acqua. La moderna guerra antisommergibile (Anti-Aubmarine Warfare,ASW) è un continuo gioco al gatto e al topo che consiste nel rilevare, tracciare e scoraggiare i sottomarini nemici. Poiché il suono è l’unico linguaggio affidabile dell’oceano, l’ASW è stata principalmente una gara di ascolto.
Ma le regole del gioco stanno cambiando. I progressi nell’intelligenza artificiale (AI), nelle reti di sensori e nei veicoli autonomi stanno erodendo il monopolio acustico di cui un tempo godevano i sottomarini. Una nuova generazione di macchine instancabili, collegate in rete e sempre più intelligenti sta iniziando a pattugliare i mari, e questo promette un futuro in cui anche il sottomarino più silenzioso avrà più difficoltà a rimanere invisibile. Man mano che il paesaggio sonoro dell’oceano diventa più affollato, le marine militari si rivolgono sempre più a metodi non acustici. Queste tecnologie rilevano gli effetti di un sottomarino piuttosto che il suo rumore. I satelliti dotati di radar ad apertura sintetica sono in grado di rilevare sottili increspature e gradienti di temperatura sulla superficie del mare causati dal movimento sottomarino.
Fino a poco tempo fa, i magnetometri, in grado di misurare le minime perturbazioni che un sottomarino crea nel campo magnetico terrestre, erano limitati dalla fisica e dai limiti di sensibilità. I rilevatori di anomalie magnetiche utilizzati per l’ASW potevano funzionare efficacemente solo a bassa quota e a breve distanza. I magnetometri quantistici emergenti, che sfruttano la strana scienza della meccanica quantistica, promettono sensibili miglioramenti di ordine di grandezza in termini di sensibilità. In teoria, potrebbero rilevare la presenza di uno scafo in acciaio a decine di chilometri di distanza, soprattutto se dispiegati in sciami a bordo di velivoli senza pilota o navi di superficie.
Una tecnica chiamata rilevamento acustico distribuito (Distributed Acoustic Sensing, DAS) potrebbe trasformare i normali cavi sottomarini, utilizzati principalmente per il traffico Internet, in sensori di vibrazione. Funziona misurando sottili variazioni di tensione nelle fibre ottiche dei cavi. Grazie al DAS, un singolo cavo transoceanico potrebbe, in effetti, diventare un enorme microfono subacqueo (idrofono). In linea di principio, ciò consentirebbe di rilevare un sottomarino che attraversa un grande bacino oceanico grazie alle sottili onde di pressione registrate nelle fibre sottostanti.
Imbarcazioni autonome
Al centro della rivoluzione nell’ASW ci sono i veicoli di superficie senza equipaggio (Uncrewed Surface Vehicles, USV). Queste imbarcazioni autonome vanno da piccole imbarcazioni alimentate a energia solare a grandi navi di lunga durata in grado di trascorrere settimane o mesi in mare.
A differenza delle navi con equipaggio, gli USV possono essere costruiti a basso costo e in gran numero. Dotati di sonar, radar, magnetometri e collegamenti di comunicazione, sono i nodi mobili di una rete di sensori su scala oceanica in grado di ascoltare, apprendere e adattarsi in tempo reale.
Il Sea Hunter della Marina degli Stati Uniti, un trimarano autonomo, ha dimostrato la sua capacità di tracciare un sottomarino diesel-elettrico per lunghi periodi senza intervento umano. Nel Regno Unito, il progetto Cetus della Royal Navy e la sua flotta sperimentale senza equipaggio a Portsmouth stanno esplorando idee simili.
Ma è l’integrazione dell’intelligenza artificiale con l’autonomia che ridefinisce il quadro. Un singolo USV, anche se sofisticato, può osservare solo una piccola porzione di oceano. Uno sciame di centinaia di veicoli, ciascuno dei quali comunica via satellite, laser o collegamento acustico, può condividere informazioni e agire in modo cooperativo.
L’AI è un punto di svolta
L’IA fa cose che gli operatori umani e i sistemi tradizionali non possono fare. Fonde dati provenienti da più fonti in un quadro coerente. Una singola anomalia acustica può significare poco, ma se combinata con altri dati, può formare un rilevamento altamente affidabile.
L’AI opera in modo continuo e senza fatica. La perseveranza è fondamentale quando si cerca la traccia fugace di un sottomarino progettato per operare silenziosamente per settimane.
E imparando come i sottomarini navigano, evitano il rilevamento e sfruttano le caratteristiche ambientali, gli algoritmi possono prevedere le posizioni e i movimenti probabili. Ciò potrebbe spingere l’ASW a passare da un approccio principalmente reattivo a uno predittivo, un cambiamento paragonabile all’evoluzione della meteorologia dall’osservazione alla previsione. Grazie a queste capacità, l’IA potrebbe passare dal semplice supporto al rilevamento alla sua orchestrazione.
Gli esseri umani non stanno però uscendo dal circuito. Il ruolo dell’operatore umano si sta spostando dal rilevamento pratico alla supervisione, alla strategia e a ciò che è noto come gestione della fiducia. La fiducia è una sfida fondamentale: in questo contesto, si tratta di garantire che i responsabili delle decisioni umane comprendano cosa sta facendo l’IA e perché raccomanda determinate azioni. Le marine militari stanno quindi investendo molto nell’AI spiegabile, ovvero in sistemi in grado di rendere conto delle proprie decisioni, e in sistemi di comunicazione robusti che consentono agli operatori umani di intervenire quando necessario.
Un oceano connesso
Entro il 2030, gli oceani del mondo potrebbero diventare trasparenti ai sensori come lo sono diventati i cieli ai radar nel XX secolo. Con l’aiuto dell’IA, più trasmettitori e ricevitori, montati su navi, aerei e USV, saranno in grado di triangolare le posizioni dei sottomarini in tempo reale. Sciami di veicoli subacquei autonomi, droni robotici relativamente piccoli, pattuglieranno le zone costiere, trasmettendo i dati alle imbarcazioni di superficie. I satelliti segnaleranno le anomalie alle reti di sensori locali affinché vengano investigate. E l’infrastruttura in fibra ottica che copre il fondale marino potrà fungere anche da rete globale di microfoni sottomarini.
Per ora, una visione del genere rimane tecnicamente ambiziosa. L’oceano è straordinariamente complesso: i gradienti di temperatura, gli strati di salinità e la topografia del fondale marino distorcono i segnali e confondono gli algoritmi. Ma con ogni miglioramento incrementale nella modellazione dell’IA e nella potenza di calcolo, questi ostacoli si riducono. Man mano che il rilevamento diventa più sofisticato, lo diventeranno anche i sottomarini. In futuro potremmo vedere sottomarini che utilizzano sistemi di propulsione e materiali negli scafi che lasciano una firma termica o acustica minima. Potrebbero essere utilizzati droni esca per confondere i sistemi di rilevamento. Alcuni analisti prevedono che i sottomarini opereranno a profondità maggiori e a velocità inferiori per eludere la sorveglianza su vasta scala. È anche possibile un passaggio a droni sottomarini autonomi in grado di saturare le difese grazie al loro numero elevato.
Le implicazioni strategiche sono profonde. I sottomarini sono stati a lungo la pietra angolare della deterrenza nucleare e della proiezione di potenza segreta. La loro capacità di scomparire sotto le onde ha dato alle nazioni la capacità di contrattacco (la capacità di reagire dopo aver assorbito un attacco nucleare) e la libertà di manovra. Il risultato della trasparenza guidata dall’intelligenza artificiale potrebbe essere una maggiore stabilità, riducendo gli incentivi per attacchi a sorpresa, o, paradossalmente, una nuova instabilità, poiché le nazioni si affrettano a preservare la segretezza. Il sottomarino rimarrà un’arma formidabile, ma non potrà più muoversi invisibile: l’oceano, un tempo l’ultima frontiera nascosta dell’umanità, sta diventando trasparente agli occhi delle macchine.
