Estándares para el equipo a bordo

El Departamento de Defensa de los EE. UU. (DoD) mantiene una lista completa de los estándares para los equipos implementados en aplicaciones militares. Mediante la selección de equipos que cumplan con estas normas, los ingenieros de diseño pueden garantizar que las soluciones COTS (comerciales listas para usar) ya cumplan con los requisitos mínimos a fin de proteger los sistemas esenciales. Varias normas abordan directamente los retos que plantean las aplicaciones electrónicas a bordo de buques y a menudo se consultan a la hora de diseñar gabinetes para buques navales:

• MIL-DTL-901E: Este estándar reemplaza a MIL-S-901D, que fue el estándar del DoD para pruebas de impacto mecánico de 1989 al 2017. El nuevo estándar 901E especifica criterios de prueba para pruebas de golpe de alto impacto a fin de garantizar que los gabinetes puedan soportar operaciones navales duras y entornos de combate naval, protegiendo el equipo esencial para la misión cuando la confiabilidad es más necesaria. Una adición clave a 901E es la inclusión de una nueva “prueba de golpe de simulación de cubierta”, además de las pruebas de golpe mecánico e impacto y con munición real en barcaza especificadas en 901D.
• MIL-STD-167-1A: Las pruebas de vibración mecánica para los equipos a bordo garantizan que el gabinete y los componentes electrónicos funcionen de manera confiable mientras experimentan vibración de fuentes navales comunes, incluida la vibración del motor en una variedad de frecuencias.
• MIL-STD-461G: Las pruebas de compatibilidad electromagnética (EMC) garantizan que el gabinete ofrezca protección contra interferencia electromagnética externa, así como una contención eficaz de las emisiones generadas dentro del gabinete. Las emisiones radiadas y de línea tienen el potencial de transmitir datos que pueden ser interceptados y explotados por adversarios, lo que hace que la protección eléctrica efectiva sea imprescindible para los equipos de comunicaciones sensibles. En algunas aplicaciones, se requiere protección más allá de MIL-STD-461G, que incluye protección de señal a nivel de TEMPEST (la especificación del Gobierno de los EE. UU. para proteger contra el robo de datos a través de la intercepción de la radiación electromagnética).

MIL-STD-810E: Las pruebas de niebla salina garantizan que los equipos que se encuentran dentro de la carcasa estarán protegidos contra la corrosión potencialmente dañina causada por la exposición al aire salino durante largos períodos de uso en el mar. Si bien los gabinetes ubicados en las cubiertas superiores suelen estar expuestos a la lluvia y al rocío del mar, y deben alojarse adecuadamente en gabinetes a prueba de intemperie, los componentes electrónicos ubicados debajo de la cubierta también pueden verse afectados por la exposición a la sal atmosférica. La especificación de gabinetes bajo cubierta probados para cumplir los requisitos de 810E en cuanto a niebla salina garantiza que los componentes electrónicos fundamentales no se expondrán a la salinidad presente en el aire ambiental del barco.

Además de las normas mencionadas anteriormente, el Departamento de Defensa publica docenas de normas que abordan condiciones ambientales específicas en aplicaciones a bordo de buques. Como cada aplicación es diferente, es fundamental especificar el cumplimiento de una gama completa de estándares que abordan los requisitos únicos de una instalación determinada.

Cada aplicación es única

Las pruebas estándar pueden ayudar a garantizar que se hayan considerado los peligros comunes en el diseño de una carcasa electrónica. Sin embargo, muy pocas aplicaciones a bordo son idénticas, y las normas no pueden contemplar todas las condiciones posibles a las que puede enfrentarse un barco. Además de especificar los gabinetes que cumplen con las pruebas anteriores, los ingenieros de diseño pueden beneficiarse de soluciones modulares, escalables y personalizables, pero basadas en una arquitectura de plataforma común. Esto garantiza que los componentes del COTS estén disponibles sin problemas y, al mismo tiempo, permite modificar un gabinete para satisfacer las necesidades específicas de la aplicación. Las modificaciones comunes del gabinete de componentes electrónicos incluyen lo siguiente:

• amortiguación y aislamiento de la vibración personalizados
• paneles de entrada de cable y E/S modificados
• soluciones de enfriamiento activas y pasivas
• distribución de energía resistente
• sistemas de control de acceso físico y electrónico
• certificación TEMPEST para comunicaciones sensibles
• blindaje EMC
• sistemas de supresión de incendios
• organización y gestión de cables

Muchos de estos requisitos únicos de aplicación requieren ingeniería especializada durante el proceso de diseño para garantizar la fiabilidad de los componentes electrónicos en condiciones adversas. Se debe realizar un análisis de elementos finitos para todos los gabinetes montados en aisladores de vibración para garantizar un rendimiento fiable y tolerancias adecuadas en condiciones de esfuerzo.

El modelado térmico avanzado se vuelve cada vez más necesario para garantizar el enfriamiento adecuado de los componentes electrónicos a medida que se implementa más potencia informática en las aplicaciones con restricciones de espacio libre superior. Incluso las consideraciones simples, como la holgura del radio de curvatura de los cables dentro del gabinete, pueden causar problemas de instalación importantes si se pasan por alto durante el proceso de diseño.

Debido a que cada aplicación es única, comenzar con una plataforma de gabinete COTS de fácil modificación puede reducir el tiempo de rediseño y mejorar la resistencia de la cadena de suministro, a la vez que aumenta la confianza de que los componentes electrónicos están preparados para cualquier entorno que la embarcación encuentre en el mar.

Instalación de una gestión térmica sólida

Además de los requisitos físicos y ambientales abordados por los estándares MIL, los gabinetes modernos de electrónica requieren sistemas de gestión térmica sólidos. La implementación de sistemas avanzados de visión y focalización, plataformas autónomas, inteligencia artificial (IA) y sistemas avanzados de guerra electrónica (EW) en defensa requiere hardware informático de alta velocidad y alta disponibilidad. Esto genera un calor significativo, a menudo en densidades mayores que en el pasado.

Los métodos de enfriamiento tradicionales, como la convección y el aire forzado, a menudo son insuficientes para manejar esta carga térmica aumentada. Los diseñadores necesitan cada vez más confiar en un conjunto completo de sistemas de enfriamiento, desde convección hasta enfriamiento líquido, para ejecutar con éxito la electrónica naval moderna:

• convección: adecuada para enfriar hasta 800 W por estante, según la temperatura ambiente del aire. Requiere rejillas o perforaciones para permitir el flujo de aire dentro y fuera del gabinete. El aire caliente de escape debe ventilarse lejos de la sala de computadoras o enfriarse activamente. Funciona mejor en combinación con un aire acondicionado en la sala de computadoras para enfriar el aire ambiente y monitorear las condiciones ambientales.
• aire forzado: adecuado para enfriar hasta 2000 W por estante, según la temperatura ambiente del aire. Requiere rejillas o perforaciones para permitir el flujo de aire dentro y fuera del gabinete. El aire caliente de escape debe ventilarse lejos de la sala de computadoras o enfriarse activamente. Funciona mejor en combinación con un aire acondicionado en la sala de computadoras para enfriar el aire ambiente y monitorear las condiciones ambientales.
• Acondicionadores de aire: Adecuados para enfriamiento de hasta 2600 W por bastidor. Es mejor para aplicaciones en las que el aire ambiente no se enfría activamente o no es uniforme en la temperatura. El escape de aire caliente del acondicionador de aire debe ventilarse lejos de la sala de computadoras/bastidor.
• Enfriamiento por líquido: Adecuado para enfriamiento de hasta 45 000 W (45 kW) por bastidor. El enfriamiento líquido puede permitir una densidad informática extremadamente alta por bastidor, lo que optimiza el espacio en la sala de computadoras y reduce la cantidad de bastidores necesarios en una embarcación. No se requiere aire ambiente frío y el sistema puede funcionar como un bucle cerrado en un gabinete sellado. Se requiere agua fría del barco para que actúe como refrigerante en el intercambiador de calor de aire a agua.

Calidad y cumplimiento

Por último, se debe garantizar el cumplimiento de los requisitos de abastecimiento del DFARS y las cláusulas vinculantes del proyecto; el cumplimiento del DFARS (del inglés Defense Federal Acquisition Regulation Supplement, Suplemento del Reglamento Federal de Adquisiciones de Defensa) es un conjunto de regulaciones de seguridad cibernética que los contratistas y los proveedores de defensa deben seguir para obtener nuevos contratos de DoD (del inglés Department of Defense, Departamento de Defensa). A la hora de seleccionar un proveedor para la infraestructura electrónica naval, es fundamental asegurarse de que se cumplan todos los requisitos pertinentes en materia de calidad y abastecimiento. Las consideraciones comunes de proveedores en el mercado de electrónica naval incluyen lo siguiente:

• cumplimiento de los requisitos de trazabilidad del material de DFARS
• certificación del Reglamento Internacional de tráfico en Armas (ITAR)
• certificaciones de calidad ISO y AS9100
• un sólido programa de prevención de piezas falsificadas
• procedimientos de inspección del primer artículo
• un programa de administración del ciclo de vida que garantiza que una vez especificado, el equipo estará disponible y respaldado durante toda la vida útil de un programa

De ahora en adelante

Garantizar la confiabilidad y disponibilidad de los sistemas electrónicos de la placa naval es fundamental para la preparación naval. Si bien cada aplicación es única, existen varias maneras en que los ingenieros de diseño pueden abordar los desafíos comunes mecánicos, eléctricos/electromagnéticos y ambientales cuando especifican gabinetes electrónicos para barcos. Garantizar que los bastidores de equipos cumplan con las especificaciones militares y gubernamentales pertinentes, que se hayan analizado para determinar su rendimiento físico y térmico, que estén personalizados según los requisitos únicos de la aplicación y que provengan de un proveedor con sólidos controles de calidad y experiencia en la entrega de soluciones electrónicas militares, todo esto brinda la tranquilidad de que los equipos electrónicos de misión crítica pueden soportar las aplicaciones navales más exigentes.