Tecnología Marina

La navegación puede realizarse en ambientes diferentes, entre los que se pueden mencionar, según el caso: la navegación marítima, la submarina, la aérea y la espacial, y en cada una de ellas se precisa de la ayuda de algunas ciencias, que en este sentido pueden dividirse en: navegación plana, aquella que utiliza los principios de la geometría y de la trigonometría para resolver el problema de la situación del vehículo; navegación astronómica, la que toma las bases de la astronomía y de la trigonometría esférica, y la navegación electrónica, que emplea aparatos electrónicos.

Todos estos tipos de navegación presentan el mismo problema, que consiste en determinar, con la mayor exactitud posible, la posición geográfica que presenta el móvil, en un momento dado, para calcular el rumbo a seguir y llegar al lugar de destino. Por esto el hombre sintió la necesidad de contar con algún método que le permitiera conocer la dirección o rumbo que había de dar a su embarcación, saber el tiempo que necesitaba para llegar a su destino, y determinar dónde se encontraba cuando navegaba a la vista de la costa. Entonces, en forma rudimentaria, aparecieron los primeros instrumentos y con las descripciones de los navegantes y viajeros se inició la cartografía.

El primer instrumento que se cree que fue utilizado para la navegación es la brújula, considerándose que los noruegos, en el año 868, fueron los primeros en hacerlo para orientarse en sus viajes hacia Islandia; sin embargo, el primer reporte escrito en cuanto a su fabricación se encuentra en la literatura china del año 424 a.C. y la primera noticia sobre el uso de la aguja imantada como ayuda para navegar está en un informe del año 1115.

El conocimiento de la propiedad magnética de atraer el hierro data de fechas anteriores, pero sólo en el siglo XI se descubrió su particularidad de orientarse siempre en el mismo sentido, indicando la dirección del Polo Norte; años después, la aguja magnética basada en este principio y mejorada en muchos aspectos, ya que es simplemente una brújula más sensible y perfeccionada, sigue siendo un instrumento de vital importancia para las embarcaciones que se adentren en los mares, puesto que al señalar continuamente al norte se puede calcular el rumbo que lleva el barco. El norte que marca la aguja magnética no es el norte geográfico sino el magnético.

El descubrimiento de las propiedades del giroscopio, aparato que permite que la aguja gire, ocasionó que se creara el compás giroscópico con una aguja magnética que puede girar en cualquier dirección y por lo tanto no es desviada por las estructuras metálicas de la embarcación. La gravedad hace que se mantenga el giroscopio horizontal y la rotación de la Tierra lo orienta hacia el norte.

En el siglo XII este instrumento es introducido en Europa por los árabes, cuando con sus flotas dominan el Mediterráneo, teniendo que realizar viajes lejos de la costa. Se piensa que además utilizaban los astros para orientarse, aunque en forma inexacta, ya que habían elaborado detalladas cartas astronómicas.

Durante varios siglos las cartas han ido evolucionando y su elaboración pasó por las fases de arte y arte-ciencia, hasta que llegó a ser la "ciencia de hacer cartas náuticas". Unacarta náutica es el mapa que tiene como finalidad la representación de zonas marítimas y costeras, con objeto de facilitar la navegación.

Las antiguas cartas náuticas eran simples croquis o dibujos de mayor o menor exactitud, cuyo único objeto era el de que el piloto localizara el sitio de la costa por el que navegaba, pero no era posible calcular las distancias y hasta el siglo XVI, cuando el astrónomo belga Mercator descubrió las "latitudes crecientes", no se pudo hacer este cálculo. Mercator representó en sus cartas a los meridianos por líneas verticales y los paralelos por líneas horizontales.

En la actualidad, las cartas que se usan para la navegación contienen una suma de datos y referencias que cubren los tres puntos básicos de: rumbo, distancia y situación, además de proporcionar otras numerosas informaciones, como por ejemplo profundidades, tipo de fondo, mareas, corrientes, etcétera.

Los instrumentos que ayudan a la navegación también han evolucionado con el tiempo y para que una embarcación pueda cumplir con los programas para los que ha sido construida y proyectada, se hace necesario que su tripulación esté auxiliada por una serie de instrumentos cada vez más numerosos y complejos, que se pueden agrupar en: de navegación, de observación, de medición, de carga, de mando, de cálculo y de comunicaciones.

Entre los de navegación, uno de los primeros que se utilizaron fue el astrolabio plano, antecesor del cuadrante y éste del sextante que en la actualidad se sigue empleando. El astrolabio, conocido desde el siglo III a.C. por los egipcios y griegos, fue introducido en la navegación por los musulmanes; consistía en un círculo proyectado sobre el plano del ecuador con el centro de proyección en el polo sur. En el otro extremo contaba con una regla móvil provista de un anteojo llamado "alidada", con la que se podía calcular la altura de un astro sobre el horizonte; así, con este instrumento era posible determinar la latitud mediante la sombra del Sol en el día y con las estrellas durante la noche.

Actualmente los instrumentos de navegación son de dos tipos: los que se emplean para el trazado y la observación y los de medida.

Los de trazado son instrumentos de dibujo, como el compás, muy parecido al corriente, pero que presenta en ambos brazos puntas de acero; está diseñado para manejarlo con una sola mano y se utiliza para medir distancias sobre las cartas de navegación.

Para determinar el rumbo y el tiempo de navegación se emplea el transportador, con el que se miden los ángulos sobre las cartas. Existen varios modelos, pero el más usado suele ser cuadrado o rectangular, para facilitar el paralelismo con los meridianos y paralelos de la carta; generalmente está construido con material transparente y provisto de un hilo que elimina el uso de reglas; las escalas de graduación varían, pero se emplea más la sexagesimal.

En las cartas náuticas están dibujadas las "rosas" que permiten los rumbos y para ello se utilizan las reglas paralelas: dos reglas unidas por medio de una articulación, que se pueden cambiar fácilmente de lugar en la carta y relacionar los datos que proporcionan las rosas.

Actualmente el compás, el transportador y las reglas han sido unidos en un solo instrumento, el tecnígrafo, que tiene mayor facilidad en su manejo y alcanza mayor precisión, lo cual es importante, porque una falla en los cálculos puede tener consecuencias graves.

Los principales instrumentos de observación son los prismáticos, el sextante y el radar. Los prismáticos deben ser de poco aumento y de gran luminosidad para que no cansen la vista; los más comunes suelen ser los de 7 x 30 y 7 x 50 y tienen una cubierta de hule para protegerlos, sobre todo en días del mal tiempo.

Para medir la altura de los astros sobre el horizonte y concretamente la del Sol, se utiliza el sextante, instrumento que permite medir la distancia angular entre dos puntos cualesquiera usando un rayo de luz reflejada que hace ángulo con el de luz incidente, lo cual sirve para conocer la altura, la declinación y la latitud aproximada, y hace que de esta manera pueda calcularse la posición exacta de la embarcación.

Después de la aparición del sextante los sistemas de navegación sufrieron un estancamiento y fue hasta la segunda Guerra Mundial cuando se iniciaron los grandes progresos, pudiéndose hacer la navegación cada vez con mayor exactitud gracias a la aparición del radar.

El radar es un aparato electrónico que por medio de ondas radioeléctricas que forman el llamado "haz de radar", que actúa como explorador, señala la presencia de cualquier objeto de dimensiones apreciables que se encuentre entre la embarcación y el límite de alcance del aparato. Consta de un emisor de alta potencia que manda microondas en 2 000 impulsos separados por segundo, una antena giratoria que permite explorar 360° del horizonte, un receptor de los ecos y una pantalla fluorescente en la que aparecen en forma de puntos luminosos los objetos detectados.

Para su funcionamiento utiliza ondas muy pequeñas, que se propagan en línea recta a una velocidad de 200 000 kilómetros por segundo y que tienen la propiedad de regresar al emisor si rebotan en algún objeto; midiendo el tiempo entre la emisión de la señal y la recepción del eco se conoce la distancia a que se encuentra; además, por la dirección de las ondas se puede conocer la situación del objeto.

Como las ondas emitidas por el radar atraviesan la niebla, es un aparato muy útil para la navegación en tiempos nublados, al detectar en condiciones de visibilidad nula todo objeto que esté cerca de la embarcación, como boyas, rocas, faros, etcétera.

En la actualidad algunos barcos han adquirido dimensiones tan grandes que es imposible dominar con el radar el espacio próximo a ellos, lo cual les ocasiona riesgos de accidentes y averías graves. En estos casos se hace necesaria mayor precisión y el circuito cerrado de televisión se convierte en un elemento indispensable para estas embarcaciones de gran tamaño, que llevan cámaras de televisión en puntos estratégicos para transmitir al puente lo que ocurre en las áreas más cercanas al barco.

En épocas más recientes los sistemas de navegación se han mejorado con la incorporación de las "radio ayudas", estaciones que permiten conocer la situación de la embarcación empleando aparatos electrónicos que emiten ondas de radio constantemente a una velocidad de 300 kilómetros por segundo y en todas direcciones, las cuales pueden ser captadas por los receptores de los barcos.

Entre las más conocidas están el "Lorán", el "Decca", el "Omega", que tienen estaciones en diferentes partes del planeta.

El Lorán consta de dos sistemas, el "A" que cubre el hemisferio occidental, con estaciones en Europa, Océano Pacífico, Mar de China y Filipinas, y el "C", con red de estaciones en la costa oriental de los Estados Unidos, norte de Europa, Mediterráneo, Alaska, Mar de Japón, Hawai y sudeste de Asia.

El Decca, que tiene un alcance de 250 millas con exactitud de 150 metros de día y 800 de noche, cubre todo el norte de Europa, Golfo de Vizcaya, Golfo Pérsico, Golfo de Bengala, oriente de Canadá y Estados Unidos y el Mediterráneo.

El más utilizado es el Omega, que es un sistema de navegación que opera a muy baja frecuencia pero a distancias muy grandes y con sólo seis estaciones emisoras situadas a 6 500 millas de distancia unas de otras y dos de reserva, sincronizadas por un reloj atómico, se cubre todo el globo terráqueo.

Uno de los sistemas que cada día se usa más, sobre todo en los grandes barcos, como los petroleros, los atuneros y los de investigación, es el sistema de navegación por satélite, el cual elimina problemas de nubes, niebla y tormentas eléctricas, así como dificultades de propagación de las ondas.

Este sistema emplea un satélite artificial puesto en órbita para este fin, el cual emite una señal de radio en frecuencia que es registrada por un receptor en el barco. El sistema está formado por cuatro satélites que aseguran el cálculo de la posición de un móvil en cualquier lugar de la Tierra.

Los satélites registran los datos en su memoria y los transmiten cada dos minutos, lo que permite que las embarcaciones se sitúen con gran precisión, siendo las posibilidades de error sólo de algunos metros. De este modo se puede localizar un punto especial del océano con mucha seguridad, por lo que este sistema es de gran utilidad en investigación, aunque tiene una sola desventaja: su alto costo.

También en la actualidad se encuentra en fase experimental el llamado "giroscopio láser" o "giroláser", que tiene la ventaja de no tener partes móviles, no ser sensible a la aceleración y presentar alta resolución y elevada estabilidad. Consiste en una base triangular rodeada por tres espejos sobre los que convergen dos rayos láser que dan a conocer con mucha exactitud la posición de su nave.

Los instrumentos de medición son todos aquellos que aportan las dimensiones de alguna magnitud importante, como los que permiten estimar la distancia recorrida por el barco y su velocidad y los que se usan para medir la profundidad.

El cálculo de las distancias se hacía, en un principio, de modo arbitrario cuando el piloto observaba correr algún objeto que lanzaba al agua a lo largo del casco y estimaba la velocidad "a ojo". Al inventarse las correderas se pudo apreciar mejor el desplazamiento de la embarcación, ya que son instrumentos que indican la velocidad y la distancia recorrida por el barco.

Las correderas clásicas constan de una hélice que acciona un cuentavueltas graduado en millas, se fija en popa y mide la velocidad y la distancia recorrida según el número de vueltas. En la actualidad este principio ha permitido diseñar correderas mecánicas y electromagnéticas.

La profundidad, que antes se media con el escandalo, consistente en un plomo unido a un cordel, se mide ahora con los sondadores sonoros y ultrasonoros, que transmiten el sonido en el agua con una velocidad más o menos constante, dirigido verticalmente hacia abajo; al llegar al fondo se refleja hacia arriba y el eco llega nuevamente al aparato, lo que permite medir la profundidad sin detener la marcha de la embarcación. La medida de profundidad también sitúa aproximadamente la posición del barco, ya que las cartas marinas tienen indicadas las profundidades por zonas en metros o en brazas, así como la naturaleza del fondo.

Otro tipo de instrumentos son los de carga, destinados a calcular las condiciones de calado y estabilidad que va a presentar la embarcación después de completar las operaciones de carga y de distribuir los pesos de manera determinada. Entre estos instrumentos se incluyen también los que por medios neumáticos indican el nivel de líquidos, como el combustible y el agua que se cargaron para las travesías.

Entre los instrumentos de mando que son utilizados para la transmisión de órdenes y la operación o mando de barco, se encuentran los teléfonos de máquinas y de maniobras y los mandos del timón.

Los teléfonos de máquinas y maniobra sirven para transmitir las órdenes desde el puente de mando al cuarto de máquinas o al puesto de maniobra de popa.

Si el barco lleva compás magnético, el mando del timón es siempre la clásica o típica rueda que, por medio de algún mecanismo de vapor, eléctrico, hidráulico o combinación de ambos, mueve el timón hacia el lado conveniente. Si el barco lleva un compás giroscópico o sistemas electrónicos de navegación, como tiene mayor fuerza motriz puede llevar un sistema de autogobierno o piloto automático, con el que, al poner el barco en rumbo, él mismo se ajusta según lo programado durante todo el tiempo que sea necesario.

Los instrumentos de cálculo son todos los aparatos, tablas y calculadoras que se han ideado para simplificar los cálculos de navegación, aunque ninguno de ellos ha tenido una verdadera aceptación; sin embargo, actualmente con la utilización de las computadoras electrónicas en los barcos se puede conseguir el total automatismo de estos cálculos.

En relación con las comunicaciones, aparte del sistema de banderas del Código Internacional de Señales para comunicaciones rápidas entre barcos a la vista, la mayoría se hacen por medio de radio en ondas cortas o según la distancia.

Los aparatos de comunicaciones dedicados a estas actividades son transmisores y receptores que permiten la comunicación entre barcos o entre éstos y las estaciones costeras unidas a la red terrestre. La mayor parte del servicio se hace por medio de telegrafía, aunque actualmente se está empleando la radiotelefonía, especialmente para distancias cortas.

Las características de la costa son una de las preocupaciones más importantes para el navegante y resulta relativamente fácil observarlas durante el día, siempre que éste sea claro, pero es difícil durante la noche, por lo que se hace necesaria la ayuda de ciertas señales luminosas con propiedades especiales.

Figura 3. Diferentes tipos de instrumentos que se utilizan en la navegación.

Estas señales o marcas forman en conjunto el denominado "balizamiento" y se identifican durante el día por su forma y color y durante la noche por medio de luces distintivas. Aunque todas estas señales se podrían agrupar bajo el nombre genérico de balizas, se distinguen cuatro tipos principales: faros, buques-faro, balizas y boyas.

Los faros son edificaciones de piedra, cemento o metal, construidas en lugares destacados y prominentes de la costa, islas o bajos adyacentes; en su parte superior tienen la luz o linterna, en cuyo interior están los mecanismos que producen las señales y que está compuesta por el foco luminoso, el sistema óptico y el mecanismo que determina las características de la luz.

El origen de los faros es muy antiguo: se considera al Faro de Alejandría como el primero de su especie y data de hace 22 siglos; su construcción era tal que fue incluido entre las siete maravillas del mundo. El Coloso de Rodas, otra maravilla de la Antigüedad, servía también de faro, y actualmente se cuenta con faros tan hermosos y famosos como la Estatua de la Libertad del puerto de Nueva York.

Se pueden clasificar los faros en dos grandes categorías, aquellos que están destinados exclusivamente a indicar la entrada de las bahías, puertos, etcétera, y los que rodean o señalan algún peligro, generalmente una roca aislada o unos arrecifes más o menos alejados de la costa. Su alcance varía según la importancia de los faros. Los más poderosos son los de luces de situación sobre las costas. Su luz, si el tiempo está despejado, se observa a más de 50 kilómetros de distancia; pero como siempre se trata de luces de destellos, la intensidad luminosa del "escabozo", como dicen los marinos, es visible desde más lejos.

Los buques-faro son embarcaciones de construcción especial que tienen un faro a bordo y permanecen fondeados en lugares particularmente peligrosos o difíciles de balizar por otros medios; el faro es semejante al terrestre y el barco dispone de todos los elementos necesarios para la producción de energía. En la actualidad están siendo sustituidos por grandes torres metálicas que se fijan en el fondo el mar.

Los faros y los buques-faro están provistos de potentes sirenas de niebla, operadas por aire comprimido, que suplen a la luz del faro en tiempo de niebla o cuando la nieve intercepta esta luz.

Las balizas son de menor tamaño que los faros y pueden estar en tierra o a flote, no tienen personal para su cuidado y se emplean para señalar las orillas y los ejes de los canales navegables. Su forma puede variar desde la torrecilla de concreto, hasta una simple percha, sobre la que se coloca un penacho de ramas de árbol. Las balizas que están provistas de una luz desempeñan la misión de pequeños faros.

Las boyas son flotadores de forma y color determinado que se emplean para marcar los canales de navegar y los peligros aislados de acuerdo con un sistema internacional que indica la luz, la forma y el color; su luz funciona por medio de baterías o con tanques de acetileno o gas y pueden estar provistas de campanas y de silbatos.

Es precisa una extrema vigilancia de todo este material de señalamiento para mantenerlo en magnífico estado y así evitar los embates del mar que siempre son peligrosos.

Con todos estos aparatos y medios, la navegación se ha ido caracterizando en diferentes tipos, por ejemplo, la navegación de estima, en la cual sobre las cartas náuticas se estima la situación del barco aplicando fórmulas de trigonometría. Este tipo de navegación sirve para conocer de manera aproximada los movimientos de la embarcación, por lo que se tiene que calcular cada hora y completar con métodos astronómicos, o por algún sistema electrónico.

La navegación costera es la que se realiza a la vista de la costa y tomando algunas características de ésta como referencia. Está basada en las cartas náuticas y en los lugares geométricos o líneas de posición.

La radionavegación comprende los sistemas que se basan en las señales de radio que se emplean para calcular la posición de la embarcación, y ha sido la base para desarrollar los sistemas de navegación electrónica que actualmente se utilizan y que son los radiofaros, los radiogoniómetros y el sistema Consol o Consolan.

Por último, cada día se desarrolla más la navegación por satélite que exige aparatos complicados y personal experto en su operación.

Ésta es una descripción de la navegación actual y no es posible predecir cuáles serán las variaciones en un futuro lejano, porque es probable que las técnicas de navegación aérea y espacial introduzcan nuevos conceptos que cambien los sistemas de navegación marítima. Al mismo tiempo, están en fase experimental nuevos tipos de embarcaciones que exigirán ideas nuevas.