En lo alto de los mares y a las profundidades de los cielos, el Convair Subplane

Dibujo en blanco y negro del Convair Subplane en inmersión. El diseño preveía el plegado de las alas al sumergirse. Fuente: US Navy vía Wikimedia Commons.

Volar en el aire o navegar bajo del agua. Esto parece más un planteo filosófico a un requerimiento operativo, pero si después de leer este blog no está de acuerdo conmigo, querido lector, que en aviación se puede todo; quizás entonces, la historia de la aeronave del día de hoy despeje cualquier duda de su mente.

La Armada lo denominó "High Density Seaplane", pero no se demoró nada en llamarlo "Subplane" y es que los ingenieros de Convair lograron con este diseño algo que parece altamente improbable, un hidroavión que pueda sumergirse bajo las olas.

Antes de comenzar debemos establecer dos parámetros clave. Los submarinos por definición, deben tener un peso total (desplazamiento) igual al empuje del volumen de agua de mar desplazado, para obtener una flotabilidad neutra; mediante la cual, gracias al llenado de sus tanques de lastre, aumentar su peso y sumergirse. Las aeronaves por otra parte, utilizan sus alas para generar sustentación y elevarse en el aire; debiendo ser lo más ligeras posible.

Parece descabellado, pero combinar estos dos conceptos en un solo diseño no es algo nuevo. En 1934, Boris Ushakov, un ingeniero del Instituto de Ingeniería Naval en la Unión Soviética, propuso su diseño LPL; un hidroavión con tres motores el cual podía sumergirse y propulsarse con una hélice. Según su inventor, en el aire el avión alcanzaría los 150 kn (278 km/h), mientras que debajo del agua se podía desplazar a unos 3 kn (5 km/h). 

Ushakov imaginó al LPL realizando un reconocimiento sobre la flota enemiga, para luego amarizar por delante de ella; sumergirse inundando su fuselaje y permaneciendo al acecho debajo de la superficie para luego atacarla con torpedos cuando estuviese en alcance. El diseño, que incluía una torre de mando y un periscopio, fue presentado oficialmente en 1936. Pero el entusiasmo inicial por el LPL fue rápidamente disminuyendo, y su materialización fue pospuesta varias veces hasta ser finalmente abandonado.

Tras la Segunda Guerra Mundial los bombarderos de largo alcance y los submarinos alcanzaron la madurez como sistemas de armas. Fue justamente durante la contienda que se pudo comprobar que los aviones eran la mejor manera de detectar unidades navales, especialmente submarinos, debido a la velocidad con la que podían patrullar un área bastante amplia. Sin embargo la mejor manera de hundir a un submarino, seguía siendo otro submarino.

Esto llevó a que la Armada estadounidense, comenzara a teorizar sobre la factibilidad técnica de una aeronave sumergible, poco después de terminara la guerra. Especialmente, cuando se temía que en la próxima guerra, sería la flota de submarinos soviéticos los cuales debían ser hundidos. 

Para mediados de los años 50, la empresa All American Engineering Company se encontraba realizando dichos estudios bajo un contrato del Departamento de Defensa (DoD); con la dirección del pionero de la aviación John Northrop. 

Nuevamente, se partía de un hidroavión, el cual amerizaría y despegaría gracias a unas hidroalas o  hidroskies como un alíscafo. Una vez posada sobre el agua, la aeronave sería sellada y estaría lista para la inmersión. 

Con el cambio de década el interés de la Armada no menguó, por el contrario, el arma uso todo ese tiempo para definir cuáles serían los requerimientos de diseño para este nuevo sistema de armas: 

• Operación en mar estado 2 de escala Douglas (olas de no más de 55 cm)
• Velocidad crucero en el aire entre 130 a 195 kn (241 a 362 km/h) y en el mar de entre 5 a 10 kn (9 a 19 km/h)
• Altitud operativa de entre 1,500 a 2,500 ft (457 a 762 m)
• Radio de acción en vuelo: entre 300 y 500 nmi (555 a 926 km); mientras que sumergido debía ser entre 40 a 50 nmi (74 a 93 km)
• Profundidad de inmersión entre 25 a 75 ft (7 a 23 m)
• Autonomía en inmersión entre 4 a 10 horas
• Carga bélica entre 500 a 1,500 lb (227 a 680 kg)

En este punto, hace su entrada el norteamericano Donald Reid en 1962. Este ingeniero de North American Aviation, construyó el Reid Flying Submarine (mejor conocido por sus siglas RFS-1) en su tiempo libre utilizando partes de otras aeronaves y un motor de 65 hp. Al igual que el LPL de Ushakov, Reid concibió al RFS-1 como un hidroavión el cual requería de una preparación previa para su inmersión, siendo necesario cubrir el motor con una tela engomada. 

Reid demostró que el RFS-1 era capaz de sumergirse a pocos metros de profundidad durante unas pruebas, pero era tan pesada que solo podía dar saltos cortos en el aire, por lo que la Armada desestimó su propuesta, muy a pesar de su inventor.

Sin embargo esta experiencia demostró que el concepto era factible, por lo que se solicito a la empresa Convair (en este momento, una filial de General Dynamics), el diseño de una aeronave que se conocería como "High Density Seaplane". (Nota del autor: Literalmente, "Hidroavión de Alta Densidad", pero lo de densidad en el nombre hace referencia a que la aeronave tendría flotabilidad negativa). Convair recibió un contrato en 1962 de U$S 36,000 (casi U$S 357,000) para desarrollar este diseño.

La elección de Convair no fue totalmente al asar. La firma había desarrollado el Sea Dart, el primer (y único) caza hidroavión supersónico; por lo que la empresa contaba con experiencia combinando turbinas con agua de mar; además contaba con el apoyo del fabricante de submarinos: Electric Boat Company, otra división de General Dynamics. 

Modelo en escala del Subplane, utilizado en pruebas de túnel de viento y en piletas. Se puede observar las alas plegadas y los flotadores auxiliares en los extremos de las alas. 
Fuente: San Diego Air & Space Museum Archives. 

Un cormorán de metal

Convair presentó su "Subplane", un hidroavión de fuselaje estrecho y alargado; alas de implantación media de forma trapezoidal, planos de cola convencionales y doble deriva. 
En la quilla del fuselaje se encontraban un juego de hidroalas retractiles que serían operadas durante el despegue y el aterrizaje. (Nota del autor: Una solución similar fue evaluada por Lockheed para una versión anfibia del C-130 Hercules).

Tres motores, dos turborreactores montados en gondolas sobre los extrados de las alas y un turbofan sobre el dorso del fuselaje se encargaban de proveer la potencia. Los turborreactores serían operados únicamente durante el despegue, siendo apagados durante el vuelo crucero. Un motor eléctrico, impulsado con baterías movería una hélice para propulsar la aeronave bajo del agua.

Uno de los principales problemas que enfrentó Convair fue como eliminar el aire de los motores y de los tanques de combustible para reducir la flotabilidad y la manera en que lo resolvieron fue bastante ingeniosa, combinando los tanques de combustible con los de lastre.

Para sumergirse, el piloto cortaba el suministro de combustible a los motores; los cuales se dejaban girando por unos momentos utilizando el motor de arranque para que se enfríen. Tras unos minutos, las toberas se cerraban con unas tapas bivalvas, al igual que la toma de aire, quedando las barquillas perfectamente estancas. Es ese momento, que se abría una toma de agua ubicada en el fondo de los tanques de combustible, los cuales estaban recubiertos con una membrana de goma que separaba el combustible del agua marina.

Conservada en los archivos del San Diego Air & Space Museum, esta diapositiva muestra un corte esquemático de la disposición interna del Subplane. 
Fuente: San Diego Air & Space Museum vía Flickr.

A medida que el hidroavión se sumergía, el agua llenaba el tanque por debajo de la membrana de goma, empujando el combustible hacia las barquillas del motor. Al salir a la superficie, y con los tanques vacíos, el combustible fluiría de regreso al tanque. El único impacto negativo que tendría este sistema en los motores sería una nube negra de hollín cuando se pusieran en marcha.

Durante el despegue, la potencia de los motores hacía que las hidroalas despegaran el fuselaje del mar lo que permitía el drenaje del agua acumulada en las superficies del fuselaje, las alas y los planos de cola. El tiempo transcurrido desde la salida a superficie hasta el despegue se estimaba en no más de tres minutos; incluyendo el despliegue de las alas, las cuales se podían plegar durante la inmersión.

La cabina, ocupada por dos tripulantes, junto con la bahía de aviónica eran las únicas secciones de la aeronave construidas para resistir la presión, siendo el resto de la célula inundable. En caso de emergencia durante el vuelo, la cabina sería expulsada de la aeronave descendiendo en paracaídas. En caso de estar sumergida, la misma se desprendía, flotando libremente hacia la superficie. En cualquier caso, su estanqueidad y flotabilidad la convertiría en una muy conveniente balsa salvavidas.

En su visión, la Armada consideraba al Subplane como un medio ideal para operar en el Mar Báltico, e incluso como la única manera de atacar masas de agua dentro de territorio soviético como el Mar Negro, el de Azov,  o incluso el Caspio totalmente rodeado de masas terrestres. Para ello, Convair, estimaba una carga bélica compuesta por minas, torpedos; y en ciertas condiciones, un grupo de hasta 8 buzos tácticos.

Hundirse hasta el fondo...

El trabajo sobre el Subplane seguía a buen ritmo, construyendo modelos que fueron evaluados tanto en túneles de viento como en piletas, con resultados prometedores. Sin embargo a medida que el proyecto avanzaba su verdadera utilidad comenzaba a ser puesta en duda.

La realidad es que el Subplane era un cortaplumas suizo, hacía de todo pero no se destacaba en nada. Como aeronave su performance era mediocre; solo a modo de comparación, el Sikorsky SH-3D tenía una velocidad crucero de 118 kn (219 km/h), una autonomía de 542 nmi (1,005 km), un techo de servicio de 14,700 ft (4,480 m) y una carga bélica de 840 lb (380 kg); suficiente para llevar dos torpedos Mk.46/44, sonoboyas, o incluso una carga de profundidad nuclear B57.

Como submarino, tampoco era algo impresionante. Queda preguntarse como sería capaz de, con una profundidad operativa de 75 ft, dar caza a un submarino clase Golf II que podía sumergirse hasta los 853 ft (260 m). Simplemente, el Subplane tenía muy poca flexibilidad operativa y podía ser usado en situaciones tácticas muy específicas.

Finalmente, el hachazo al programa Subplane vino en 1966 de la mano del senador Allen Ellender, del Comité de Servicios Armados del Senado,  quién ridiculizó públicamente el proyecto, obligando a la Armada a cancelarlo. 

Convair aceptó un reto técnico sumamente desafiante, combinar dos entornos operativos totalmente desiguales con una sola aeronave; y de haber continuado, el Subplane hubiese sido algo digno de ver.

...para luego flotar a la superficie

En 2008, la Agencia de Proyectos de Defensa Avanzados (DARPA) anunció sus intenciones por desarrollar una aeronave con capacidad submarina, esta vez en la forma de un drone.

De acuerdo a su requerimiento, DARPA sugería el uso de baterías de alta capacidad para alimentar a los motores eléctricos utilizados bajo el agua. Sin embargo, quedó claro que las baterías de este tipo harían que el vehículo fuera demasiado pesado para volar. Una solución alternativa fue utilizar un esnórquel de diez metros de altura para suministrar aire a un motor de explosión interna, aunque esto limitaría hasta dónde podría sumergirse la nave.

Lockheed Martin, fue quien se llevó el contrato de DARPA con su diseño llamado Cormorant. Este drone se plegaba para entrar en el espacio de los tubos de misiles Trident de un submarino de ataque clase Ohio, de 13 m de largo y 2.1 m de diámetro. Una vez disparado, el drone flotaba hasta la superficie en donde encendía un motor cohete para despegar.

Al igual que Convair, se realizaron pruebas pero nunca se asignaron fondos para la producción de un prototipo y finalmente el proyecto fue cancelado. Parece que todavía falta bastante para que un submarino surque los cielos o una aeronave navegue por las profundidades de los océanos.

Tres vistas del Convair Subplane, se puede ver la hidroala desplegada. 
Fuente: Cold War submarines : the design and construction of U.S. and Soviet submarines

Fuentes:

• Pay, R. (Marzo 15, 1965). Flying Submersible Found Practical. Missiles & Rockets. p. 12 -13.
• Polmar, N. y Moore. Cold War submarines: The design and construction of U.S. and Soviet submarines. Washington D.C; EEUU: Brassey's Inc., 2004
• Polmar, N. (Noviembre 21, 2008). Flying Submarine or Submerging Seaplane? Military.com.
  Disponible en: https://web.archive.org/web/20090426013828/http://www.military.com/forums/0,15240,179699,00.html?wh=wh
• Marks, P. (Junio 30, 2010). From sea to sky: Submarines that fly. New Scientis.
  Disponible en: https://www.newscientist.com/article/mg20727671-000-from-sea-to-sky-submarines-that-fly/
• Lewis, M. y Pickering, M. Unmanned Three-Environment Vehicle (U3V). Maryland, EEUU: Naval Surface Warfare Center, 2014.
  Disponible en: https://ia802802.us.archive.org/23/items/DTIC_ADA612283/DTIC_ADA612283.pdf