Un submarino es una nave diseñada para operar bajo la superficie del agua, siendo su objetivo principal. Aunque muchas veces es capaz de operar también en la superficie, no es su propósito y puede verse limitado en sus funciones cuando no está sumergido (en comparación con otras naves). Los submarinos pueden ser diseñados para diversas funciones, que incluyen usos militares, científicos y recreativos.
Los submarinos pueden clasificarse según su propósito principal. Existen submarinos civiles, orientados a la investigación científica o el turismo, y submarinos militares, diseñados para operaciones de defensa y ataque. Cada tipo presenta características constructivas, operativas y tecnológicas particulares.
Submarinos y sumergibles civiles
Los submarinos civiles suelen ser considerablemente más pequeños que sus equivalentes militares, dado que están diseñados para optimizar el espacio disponible. Los modelos turísticos operan principalmente en regiones tropicales o zonas con aguas claras, y están destinados a ofrecer experiencias visuales a los pasajeros. Estos submarinos tienen capacidad para entre 25 y 50 personas, y pueden realizar más de diez inmersiones diarias.
Su diseño está inspirado en los submarinos de investigación, con amplias portillas que permiten observar el entorno marino. Los componentes mecánicos más voluminosos suelen ubicarse fuera del casco para maximizar el espacio interno, que aun así resulta limitado. La mayoría de estos sumergibles funciona con baterías eléctricas, lo que limita su velocidad pero favorece una operación silenciosa y sostenible.
En el uso común, el término "submarino" se refiere a una nave que puede operar de forma autónoma tanto en la superficie como bajo el agua. Sin embargo, existen también los sumergibles, diseñados para funciones específicas como el rescate, la investigación o el salvamento. Estos suelen tener movilidad limitada y dependen de una embarcación nodriza para su transporte y suministro de energía y aire mediante un "cordón umbilical".
Las batisferas son sumergibles sin sistema de propulsión propio, empleados para inmersiones a grandes profundidades. Uno de sus antecesores es la campana submarina, una estructura con fondo abierto que se sumergía desde la superficie. Por su parte, los batiscafos son sumergibles autopropulsados también diseñados para profundidades extremas, aunque requieren de un buque nodriza para su despliegue. Un ejemplo notorio es el DSV Alvin, utilizado para investigar el lugar del hundimiento del Titanic.
En épocas recientes se han popularizado los sumergibles operados por control remoto (ROVs, por sus siglas en inglés), empleados en tareas de inspección, reparación y exploración en entornos de gran profundidad o peligrosidad, donde la presencia humana resulta inviable.
Existen muchos más submarinos militares que civiles en operación, debido a su importancia estratégica. Su capacidad para navegar de forma discreta a grandes profundidades los convierte en plataformas ideales para misiones de vigilancia, disuasión y ataque. El diseño de estos submarinos está altamente enfocado en la reducción del ruido para evitar su detección, ya que el sonido se propaga con mayor facilidad en el agua que en el aire. Algunos modelos avanzados son tan silenciosos que generan a su alrededor una "zona de silencio", cuya análisis también puede revelar su presencia. Estas naves pueden portar torpedos, misiles balísticos o crucero, y en algunos casos, armamento nuclear, lo que les otorga un papel clave en la disuasión militar global.
Todos los barcos, así como los submarinos en superficie, están en situación de flotación positiva, pesando menos que el volumen equivalente de agua desplazada, de acuerdo con el principio de Arquímedes. Para sumergirse de un modo puramente hidrostático, sin ayuda mecánica, un buque debe ganar flotación neutral (peso igual a empuje), bien incrementando su propio peso o disminuyendo el desplazamiento de agua (volumen). Para controlar su peso, los submarinos están equipados con depósitos de lastre, que se pueden llenar con agua tomada del exterior o con aire a presión.
Para sumergirse o emerger, los submarinos usan los depósitos de proa y popa, llamados depósitos principales, que se abren y se llenan completamente de agua para sumergirse o se llenan de aire a presión para emerger. Durante la inmersión, los depósitos principales suelen permanecer inundados, lo que simplifica su diseño, por lo que en muchos submarinos estos depósitos son simplemente una sección del espacio entre los cascos. Para un control manual más rápido y preciso de la profundidad, los submarinos disponen de unos depósitos más pequeños para el control de profundidad, capaces de soportar presiones más altas. La cantidad de agua en estos depósitos se puede controlar, tanto para responder a cambios en las condiciones exteriores, como para cambiar la profundidad de inmersión. Dichos depósitos pueden situarse cerca del centro de gravedad del submarino, o distribuirse por el buque para evitar que afecten a la escora.
En inmersión, la presión del agua sobre el casco del submarino puede alcanzar los 3 MPa (unos 300 metros de profundidad) en los submarinos de acero y hasta los 10 MPa (1000 m) en los de titanio, como los Komsomolets, permaneciendo constante la presión interior. Esta diferencia provoca la compresión del casco, lo que disminuye el desplazamiento. La densidad del agua también se incrementa, pues la salinidad y la presión son mayores, pero esto no compensa la compresión del casco, así que la flotabilidad disminuye con la profundidad. Un submarino sumergido está en equilibrio inestable, teniendo tendencia a caer hacia el fondo o flotar hacia la superficie. Mantener una profundidad fija exige la operación continua de los tanques de control de profundidad.
Para mantener la escora deseada, los submarinos usan tanques de escora especializados a proa y popa. Las bombas trasladan agua entre ellos, cambiando la distribución del peso y creando así un momento que gira el buque hacia arriba o hacia abajo. Un sistema parecido se usa a veces para mantener la estabilidad.
El efecto hidrostático de los tanques de lastre variable no es la única forma de controlar el submarino bajo el agua. La maniobra hidrodinámica se logra mediante varias superficies, que pueden ser giradas para crear las correspondientes fuerzas hidrodinámicas cuando el submarino se desplaza a la suficiente velocidad. Los planos de popa, situados cerca del propulsor y orientados por lo general horizontalmente, sirven para el control de la inclinación longitudinal del submarino, y son de uso común, a diferencia de otras superficies de control de las que pueden carecer algunos submarinos. Los planos de inclinación en la torreta y los de popa en el cuerpo principal, ambos también horizontales, se sitúan más cerca del centro de gravedad y son utilizados para controlar la profundidad con menos efecto sobre la inclinación.
Cuando un submarino realiza una emersión de emergencia, se usan simultáneamente todos los métodos de control de la profundidad y la escora para propulsar al buque hacia arriba. Dicha emersión es muy rápida, por lo que el submarino puede incluso saltar parcialmente fuera del agua.
Los submarinos modernos tienen un sistema de guía inercial para navegar bajo el agua, pero el error de deriva se acumula inevitablemente con el tiempo. Para contrarrestarlo, se usa periódicamente el GPS para obtener una posición exacta. El periscopio (un tubo retráctil con prismas que permite ver sobre la superficie sin emerger) sólo se usa ocasionalmente, debido a que su rango de visibilidad es corto. Los submarinos modernos tienen «mástiles optrónicos» en lugar de periscopios de tubo ópticos que penetran en el casco. Estos mástiles tienen que seguir subiéndose a la superficie, pero emplean sensores electrónicos para la luz visible y la infrarroja, telémetro láser y dispositivos de vigilancia electromagnética.
Los submarinos modernos suelen tener forma ahusada. Este diseño, usado ya en los submarinos más primitivos, fue diseñado en forma de cuerpo de ballena y reduce significativamente el arrastre hidrodinámico sobre el submarino bajo el agua, pero empeora su comportamiento frente al oleaje e incrementa el arrastre en superficie. Dado que las limitaciones de los sistemas de propulsión en los primeros submarinos militares le obligaban a operar en superficie la mayoría del tiempo, el diseño de sus cascos suponía una concesión. Debido a las bajas velocidades subacuáticas de estos submarinos, normalmente muy por debajo de 10 kt (18 km/h), el mayor arrastre bajo el agua se consideraba aceptable. Solo al final de la Segunda Guerra Mundial, cuando la tecnología permitió operaciones submarinas más rápidas y prolongadas y la mayor vigilancia aérea enemiga obligó a los submarinos a permanecer sumergidos, volvieron los diseños de los cascos a tener forma ahusada, reduciendo el arrastre y el ruido. En los submarinos militares modernos, el casco exterior está recubierto por una gruesa capa de goma especial o placas anecoicas para absorber los sonidos que alcanzan el submarino y hacerlo más difícil de detectar por el sónar.