(Airborne sonar systems may actually be a possibility, according to a Stanford team that's using lasers to get a strong sonar signal going underwater, and then reading the reflected ultrasound waves. Credit: Kindea Labs)
(A pulsed laser creates sound waves under the surface of the water, and although these sonar waves are nearly totally lost as they return up into the air, there's enough left to read and interpret. Credit: Stanford)
(The current experimental setup holds the PASS device steady over a plastic tub full of still water with a metallic S submerged in it. Credit: Kindea Labs)
현재 대잠전용 항공 전력은 헬리콥터나 고정익기 모두 소나를 바닷물 속에 투하해 적 잠수함을 탐지합니다. 헬리콥터는 디핑 소나를 내려보내고 공중에서 정지가 불가능한 항공기는 소너부이라는 투하식 소나를 이용해서 적 잠수함을 탐지해야 합니다. 음파 자체는 물속과 공기속 모두에서 이동할 수 있지만, 수면을 뚫고 내려가는 음파 에너지는 작은 데다 다시 수면을 뚫고 올라가는 것은 더 작기 때문에 현실적으로 감지가 어렵습니다. 음파가 물속으로 들어가면서 99.9% 에너지가 사라지고 다시 반사되어 공기 중으로 나오는 과정까지 99.9999%가 사라지게 됩니다.
스탠포드 대학의 에이단 피츠패트릭 (Aidan Fitzpatrick, a Stanford graduate student in electrical engineering)과 그 동료들은 레이저를 이용한 광음파 (Photoacoustic) 기술을 통해 이 한계를 극복할 수 있는 방법을 개발했습니다. PASS (Photoacoustic Airborne Sonar System)라고 명명된 이 시스템은 특정 파장의 레이저가 물 표면에 닿으면 음파 에너지로 변하는 것을 이용합니다. 이 음파는 물속에서 반사된 후 매우 미약하지만 물 밖으로 나오기 때문에 민감한 센서를 이용해 감지할 수 있습니다. (원리는 동영상 참조) 레이저를 이용하면 최소한 물속에서 들어갈 때 에너지 손실을 최대한 줄일 수 있다는 점을 응용한 것입니다.
(동영상)
연구팀은 이 방법의 가능성을 검증하기 위해 실제 수조 속에 S자 형태의 물체를 담근 다음 PASS를 통해 실제고 형태를 파악할 수 있다는 점을 입증했습니다. 다만 깊은 바닷속 지형이나 사물을 실제로 감지하기 위해서는 아직 많은 과제가 남아 있는 상태입니다. 현재 이 연구는 미국의 해군 연구소 (US Office of Naval Research) 및 ARPA-E (Advanced Research Projects agency-Energy)의 지원을 받고 있는데, 과연 실용적인 기술로 발전할 수 있을지 궁금합니다.
참고
Aidan Fitzpatrick et al, An Airborne Sonar System for Underwater Remote Sensing and Imaging, IEEE Access (2020). DOI: 10.1109/ACCESS.2020.3031808
https://newatlas.com/marine/photoacoustic-airborne-sonar-system-stanford/
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