Recuperar la filosofía de diseño de las FFG-7 para un buque de combate ligero moderno

 Clay Wirsing

Las fragatas de la clase Oliver Hazard Perry respondían a un diseño económico pero eficaz. Su clase sigue siendo hoy una de las más utilizadas del mundo. En la actualidad, nuestra Armada (US Navy) está por debajo del tamaño de flota establecido por el Congreso y carece del presupuesto y de la capacidad de construcción naval necesarios para ampliarla con rapidez. Este artículo examina las características más importantes de la clase Perry, el componente de menor coste de la flota de Zumwalt, que la Armada debería considerar para futuros diseños con el fin de aliviar las dificultades presupuestarias, de los astilleros y de la cadena de suministro.

• Propulsión principal sencilla de un solo eje, con propulsión auxiliar de respaldo.
• Bloques de construcción que puedan fabricarse con distintos pesos según la capacidad del astillero.
• Sensores ligeros.
• Cambios de diseño sucesivos.

A favor de un solo eje

Para un astillero, construir un sistema de propulsión de un solo eje es mucho más sencillo que construir uno de dos ejes. Permite simplificar la estructura de popa del casco y prescindir de costosos soportes de eje. Además, con un solo eje suele ser más fácil conseguir una mayor eficiencia propulsiva a velocidades bajas o moderadas (por debajo de unos 20-25 nudos). Por eso, más del 50 % de la flota mercante mundial utiliza propulsión de un solo eje, con estimaciones que llegan al 90 % (también influye el uso generalizado de motores de dos tiempos de alta eficiencia). Sin embargo, la fragata OHP y sus variantes fueron casos bastante singulares entre los buques de combate de su época por su elección de un solo eje (un mérito que también cabe reconocer a la clase Knox).

Simplificar la planta propulsora de un buque de combate (grupo SWBS 200), pasando de dos ejes a uno, podría reducir en torno a un 10-20 % el total de horas de construcción del buque. Al reducir el diseño a un solo eje, se reduce a la mitad el trabajo crítico de alineación y equilibrado del eje, así como el de instalación de la hélice y el timón. Estas tareas requieren personal muy cualificado y, además, suelen realizarse en el dique seco o en la posición final de botadura, lo que las encarece frente a los trabajos de armamento que se efectúan en fases anteriores de la construcción. Algunos problemas potenciales, como las vibraciones debidas a la interacción desfasada entre las hélices, desaparecen por completo. En los diseños de un solo eje, todo el sistema de propulsión suele resultar más ligero en relación con las formas del casco, lo que deja más espacio para armas y sensores. También se simplifica la reducción del ruido de la propulsión.

Disposición del eje único, la hélice y el timón en la fragata OHP. Fuente: Wikipedia.

Desde el punto de vista de la construcción naval, las pequeñas unidades de propulsión auxiliar son considerablemente más fáciles de instalar que las grandes hélices montadas sobre ejes. Incluso en los grandes mercantes, la propulsión auxiliar suele poder instalarse durante la fase de construcción por bloques, lo que supone una importante ventaja en costes de mano de obra. Durante la construcción por bloques se necesita menos tiempo de preparación y se reduce la necesidad de desplazar equipos de trabajo (equipos de soldadura, plataformas elevadoras, andamios, etc.) en comparación con el trabajo en dique seco. Se suele decir que los trabajos realizados durante la fase de construcción por bloques cuestan entre un tercio y la mitad de lo que costarían en dique seco.

El principal argumento que se esgrime a favor de la propulsión de dos ejes en los buques de combate es la supervivencia. Aunque la propulsión auxiliar de la clase Perry tenía una potencia muy limitada, el concepto funcionó. El USS Samuel B. Roberts (FFG-58) pudo salir de un campo de minas tras el impacto de una mina gracias a la preparación en control de averías que el capitán Paul X. Rinn inculcó a su dotación y a la propulsión de respaldo del buque. En buques de menor tamaño, una propulsión auxiliar más potente situada a proa ofrece una capacidad de supervivencia igual o superior a la de una configuración convencional de dos ejes. En buques de combate pequeños o medianos, parece poco probable que siquiera uno de los ejes sobreviva al impacto de un torpedo moderno o a la explosión de una mina en la zona de popa. La distancia entre la propulsión auxiliar de proa y la principal es mucho mayor que la separación entre los dos ejes de una configuración convencional.

Las dos unidades de propulsión auxiliar de 350 HP (260 kW) cada una de una fragata de la clase Perry. Una potencia total de unos 1.350 HP (1 MW) haría más creíble la propulsión auxiliar como sistema de respaldo para un buque de este tamaño. Fuente de la imagen: TWZ.

Por la relación física entre velocidad y potencia propulsiva, los buques pueden navegar a velocidades considerables con propulsión auxiliar empleando una fracción de la potencia que suele requerir la propulsión principal (aunque los propulsores auxiliares encapsulados de proa suelen ser menos eficientes que la propulsión principal de popa). El mayor punto débil de la propulsión de la clase Perry es el consumo de combustible de su planta COGAG de dos turbinas de gas LM2500. Sin embargo, incluso esa configuración COGAG podría volver a resultar pertinente si se combinara con una propulsión híbrida eléctrica más silenciosa para las velocidades bajas.

Curva de potencia estimada para propulsar una fragata OHP a velocidades de entre 5 y 29 nudos. Obsérvese que podrían alcanzarse unos 10 nudos con solo alrededor de 1 MW de potencia propulsiva. Imagen creada con Claude Sonnet 5.5.

Por último, el mantenimiento de los buques de un solo eje se simplifica considerablemente y suele ser mucho más barato. Esto sigue siendo cierto incluso si se tienen en cuenta las unidades de propulsión auxiliar añadidas para compensar la ausencia de un segundo eje. A medida que el buque envejece, esta ventaja adquiere importancia y aumenta la diferencia de costes de mantenimiento entre la propulsión de uno y la de dos ejes. El gráfico que figura a continuación utiliza cifras ficticias para ilustrar los gastos hipotéticos durante los primeros años de servicio de sistemas de propulsión de uno y dos ejes y de propulsores auxiliares encapsulados. Los datos reales de mantenimiento de sistemas de propulsión de la Armada estadounidense o de buques mercantes son escasos.

Estimaciones aproximadas del coste anual de mantenimiento de la propulsión. Un sistema de un solo eje de 30 MW suele resultar más barato que uno de dos ejes de 15 MW cada uno. Los propulsores auxiliares encapsulados añaden un coste menor porque son mucho más pequeños y tampoco requieren timones ni equipos de gobierno independientes. Con estas cifras, la Armada ahorraría 2,5 millones de dólares a lo largo de 25 años de vida útil del buque. El coste real depende de los equipos concretos que se elijan. Gráfico creado con Claude Sonnet 5.5.

Supuestos

• Motores principales: entre 4 y 5 dólares por MWh, con unas 5.500 horas de funcionamiento al año y una carga media de aproximadamente el 65 %.
• Unidades auxiliares: entre 9 y 10 dólares por MWh, con unas 2.000 horas al 50 % de carga, más las inspecciones fijas.
• Partidas fijas: para la línea de ejes, la hélice y el timón se estiman cantidades anuales fijas, independientes de la potencia.

Las fragatas de las clases Perry y Knox tuvieron buena acogida en el mercado de segunda mano. La sencillez de la propulsión de un solo eje es un factor importante para mantener bajos los costes de mantenimiento en un buque antiguo. Aunque es importante dotar a la Armada estadounidense de fragatas con la mayor letalidad y capacidad de supervivencia posibles, también debemos considerar todo el ciclo de vida potencial de nuestros buques y las ventajas que los diseños de bajo coste pueden ofrecer a nuestra Armada y a los aliados que buscan interoperar con ella con presupuestos más reducidos.

Elegir el tamaño de los bloques

Las FFG-7 se diseñaron para poder construirse con bloques de 35, 100, 200 o 400 toneladas. Esto permitió que astilleros con distintas capacidades de izado pudieran construir las fragatas. Un astillero modesto, con grúas ligeras, podía construir el casco con bloques pequeños y medianos. Uno con mayor capacidad de izado podía ensamblar unidades de mayor tamaño antes de montarlas en la posición final de botadura y ahorrar así tiempo. En los diseños actuales de la Armada estadounidense, especialmente en los del segmento de menor coste de la flota, habría que dar este grado de importancia a la facilidad de construcción al proyectar futuros buques de combate ligeros.

Gráfico con las características básicas de la clase Perry, incluida la flexibilidad en el tamaño de los bloques. Fuente de la imagen: Reddit.

Esta característica se presta a repartir la construcción entre varios astilleros. Facilita que los de menor tamaño accedan a contratos de la Armada y aumenta las posibilidades de que nuevas empresas empiecen con trabajos pequeños y asuman progresivamente tareas de mayor valor en la cadena de suministro de la Armada estadounidense. Si el diseño del buque admite tamaños de bloque flexibles, los astilleros más pequeños estarán mejor situados para optar a la fabricación de bloques subcontratados por los de mayor tamaño. Cumplir los objetivos de coste también depende de que haya precios competitivos, lo que a su vez exige varios licitadores solventes. Un diseño modular como este amplía el número de posibles participantes y permite a la Armada repartir el trabajo entre varios constructores sin rediseñar el buque para cada uno.

El USS John L. Hall (FFG-32), junto a otra fragata OHP (presumiblemente el USS Aubrey Fitch, FFG-34), durante su construcción en Bath Iron Works. Fuente: Reddit.com.

El coste de preparar a nuevos constructores para que cumplan las normas de la Armada estadounidense es considerable, pero, una vez alcanzado ese nivel, el esfuerzo se traduce en una construcción más ágil y en plazos más cortos. Este enfoque ya está ganando terreno en los programas DDG-51 y LPD. Los futuros diseños pueden incorporar estas lecciones desde el principio e ir más allá, optimizando las estructuras del buque para la fabricación normalizada de paneles, el izado y el volteo con grúa y la instalación de equipos.

Una unidad fabricada por Eastern Shipbuilding, preparada en la división Ingalls Shipbuilding de HII antes de su instalación a bordo del Thad Cochran (DDG-135). Fotografía de HII. Fuente: WorkBoat.

En una línea similar a la construcción distribuida, el programa de la clase Perry también recurrió a un astillero principal, Bath Iron Works. Los astilleros de Los Ángeles y Seattle se incorporaron después de que el diseño alcanzara la madurez necesaria para su construcción, siguiendo una estrategia de probar antes de comprar.

¿Se puede fabricar un radar estadounidense eficaz que exija menos espacio, peso, potencia eléctrica y refrigeración que el SPY-6?

Ya en la época de las fragatas de la clase Perry se debatía si los radares bidimensionales de exploración aérea eran suficientes. No eran los más capaces de su época. Aun así, aportaban cierta capacidad con un coste inicial inferior, un mantenimiento más sencillo y un peso menor que los radares más avanzados de entonces.

El SPY-6 de Raytheon y su pariente, el SPY-7 de Lockheed Martin, son los dos únicos radares navales de exploración aérea de diseño y fabricación estadounidenses que dominan actualmente el mercado. La Armada estadounidense ha adoptado el primero como estándar. Estos radares son extremadamente eficaces, pero sus grandes exigencias de espacio, peso, potencia eléctrica y refrigeración (SWaP-C) prácticamente descartan la construcción de buques de combate ligeros (de menos de unas 6.000 t). Para mantener la estabilidad del buque con estos radares de banda S de alta tecnología hacen falta cascos grandes.

Comparación de la altura metacéntrica (GM) entre un buque con radar pesado y otro con radar ligero. GM es la distancia vertical entre el centro de gravedad (G) de un buque y su metacentro (M). Es la principal medida de su estabilidad estática inicial a pequeños ángulos de escora (inclinación). Colocar peso en las partes altas de un buque penaliza considerablemente su estabilidad.

Los buques de combate litoral de la clase Freedom adoptaron los radares alemanes TRS-3D y TRS-4D de Hensoldt, que operan en la banda C, menos exigente en consumo eléctrico. Frente a la banda S, esta banda ofrece un alcance considerablemente menor y es más sensible a las interferencias meteorológicas, pero proporciona mayor resolución de los blancos y menores necesidades de potencia eléctrica y refrigeración cuando se combina con antenas modernas de nitruro de galio (GaN). Si la Armada pudiera invertir en el desarrollo de radares estadounidenses más pequeños y compatibles con AEGIS, daría a los astilleros con menor experiencia más oportunidades de adquirirla construyendo buques de combate ligeros. Aunque la inversión inicial en un radar pequeño de este tipo podría ser costosa, probablemente se amortizaría a largo plazo al dar a la Armada la flexibilidad para construir buques de combate más pequeños, pero eficaces, en una mayor variedad de astilleros.

El peso de los radares militares es información clasificada. Las estimaciones de peso de Claude Sonnet 5.5 ilustran las posibles diferencias en los requisitos de espacio, peso, potencia eléctrica y refrigeración entre un radar de banda C más pequeño, como el TRS-4D, y las variantes más pequeñas del SPY-6, la (V)2 y la (V)3.

Por último, otras marinas pudieron modernizar sus antiguas fragatas de la clase Perry con radares relativamente ligeros, como el SMART-S Mk2 en la clase turca Gabya. Desde la época de los LCS hasta la prevista primera serie de las FF(X), la Armada carece de un diseño propiamente dicho de fragata lanzamisiles en producción en serie tras la cancelación de la clase Constellation.

Innovar por etapas para ampliar un diseño sin empezar de cero

Las FFG-7 nacieron con capacidades inicialmente más limitadas en sus versiones de casco corto (Flight I). La versión de casco largo (Flight III) añadiría capacidad adicional de guerra antisubmarina (ASW). La Armada española aumentaría después la manga de las Perry para mejorar la estabilidad y dejar algo más de margen que en sus equivalentes construidas en Estados Unidos para incorporar equipos a lo largo de la vida útil del buque. Australia y Turquía modernizarían sus buques de la clase Perry. El programa turco suele considerarse el más exitoso. Esta evolución no es exclusiva de la clase Perry, porque se trata de una estrategia que funciona.

Corea del Sur ha desarrollado su fuerza de fragatas a través de una serie de generaciones que reutilizan la mayor parte de la cadena de suministro del diseño anterior. Partiendo de la clase Ulsan en los años ochenta, cuyo diseño contó en gran medida con asistencia extranjera e incorporó sistemas importados, los astilleros coreanos pasaron por la clase Incheon (FFX Batch I), la clase Daegu (Batch II), de mayor tamaño, y la clase Chungnam (Batch III), pasando de unas 3.250 a 3.600 toneladas mientras desarrollaban una arquitectura común. La clase Mogami japonesa y nuestros propios destructores de la clase Burke han evolucionado de manera similar. Introducir nuevos diseños de buques puede cambiar las reglas del juego (o de la guerra), pero las plataformas probadas ofrecen costes y resultados más previsibles. Además, partir de un diseño deliberadamente simplificado puede ayudar a un astillero a aplanar la curva de costes asociada a la construcción de nuevas clases de buques.

Conclusión

Una nueva evolución de la clase Perry podría aportar a la Armada estadounidense y a sus aliados una capacidad considerable. Aunque no era el buque que quitaba el sueño a nuestros adversarios, dejaba libres a unidades más capaces para desempeñar las misiones más críticas y ayudó a nuestra Armada a mantener una presencia mundial. Un diseño eficaz de buque de combate de un solo eje podría ayudar a la Armada de Estados Unidos a recuperar efectivos en su flota y a incorporar nuevos astilleros estadounidenses como socios, al tiempo que desarrolla una mano de obra cualificada y una base industrial sólida. Un diseño de fragata probado y rentable también tiene mayores probabilidades de que las marinas aliadas lo adquieran, tanto de nueva construcción como de segunda mano.

Vista de proa de un concepto moderno derivado de la clase Perry, realizado en Blender. El buque necesitaría una mayor reducción de su sección radar (RCS), armas y sensores actualizados, un casco más ancho y un desplazamiento algo mayor para ser viable en la actualidad.

Nota final. Este artículo tiene fines de entretenimiento y pretende fomentar el debate sobre el tema. Aunque no está escrito con el nivel de exigencia de un artículo académico, a continuación pueden encontrarse recursos adicionales.

Este artículo ha sido traducido y republicado con autorización de su autor:

Clay Wirsing es ingeniero, residente en California, con ocho años de experiencia en astilleros. Ha trabajado en tres astilleros: dos importantes en Estados Unidos y uno en Canadá. Ha participado en la construcción y reparación de portaaviones, destructores, submarinos y buques de suministro auxiliar. Es el creador del US Maritime Action para impulsar el sector marítimo y su papel fundamental en la economía y la defensa de los Estados Unidos, así como para contribuir a la formulación de políticas públicas que optimicen la eficiencia y eficacia del ámbito marítimo.

https://www.maritimeaction.us/

Referencias

Fragata de la clase Perry empleada como blanco en un ejercicio de hundimiento (SINKEX). Fuente de la imagen: TWZ.

https://www.twz.com/category/oliver-hazard-perry-class

https://www.usni.org/magazines/proceedings/1983/june/ffg-7s-square-pegs

Fuentes gubernamentales y de análisis

Esta página reúne los artículos de TWZ sobre la clase publicados entre 2016 y 2024. Entre ellos figuran uno sobre el proyecto GENESIS, que explica cómo Turquía modernizó sus fragatas Perry de segunda mano, y un artículo de 2017 según el cual el secretario de la Armada consideraba que las Perry podían volver al servicio a bajo coste y sin modernizarlas. Otros artículos cubren los motivos por los que la Armada decidió no reactivar la clase, sus propulsores auxiliares retráctiles, una posible transferencia a Ucrania de buques excedentes y el uso de fragatas retiradas como blancos durante RIMPAC. Es un archivo de noticias, no un análisis de costes, así que lo utilizaría para abordar la reactivación y la modernización en otras marinas. No he leído los artículos individualmente. Archivo de The War Zone (TWZ) sobre la clase Oliver Hazard Perry: https://www.twz.com/category/oliver-hazard-perry-class

GAO, programa de construcción naval FFG-7: https://www.gao.gov/assets/108301.pdf. Examina el aumento de los costes del programa, desde una estimación de unos 64 millones de dólares por buque en 1973 hasta cerca de 194 millones por buque en 1978, y el efecto de los estrictos límites de coste y tamaño sobre la capacidad operativa.

GAO, costes logísticos de las FFG-7: https://www.gao.gov/assets/plrd-81-34.pdf. Evalúa el apoyo logístico integrado de la clase y sus costes operativos previstos.

GAO-19-512, fragata FFG(X): https://www.gao.gov/assets/gao-19-512.pdf. Presenta a la Perry como la última fragata de la Armada estadounidense y compara los costes medios de adquisición de los buques de combate de superficie ligeros.

Informe del CRS sobre el programa FFG(X): https://www.everycrsreport.com/files/20200504_R44972_205c7251e93a23484ee733304f66b461662188b8.html. Se centra principalmente en la fragata de reemplazo, pero aporta contexto sobre los costes a efectos comparativos.

Destroyer History Foundation, clase Perry: https://destroyerhistory.org/coldwar/oliverhazardperryclass/. Describe el papel de la clase en la Guerra Fría, su durabilidad y la forma en que se contuvieron los costes durante la construcción.

GlobalSecurity, clase FFG-7: https://www.globalsecurity.org/military/systems/ship/ffg-7.htm. Expone los antecedentes del diseño ajustado a un objetivo de coste y los compromisos en los márgenes de peso y la capacidad de crecimiento.

U.S. Naval Institute Proceedings, «FFG-7s: Square Pegs?» (junio de 1983): https://www.usni.org/magazines/proceedings/1983/june/ffg-7s-square-pegs. El capitán de corbeta Bruce R. Linder sostiene que los límites de coste y desplazamiento hicieron de la Perry una escolta oceánica capaz, pero poco adecuada para operar en grupos de combate. Afirma que los mandos operativos no la aprecian lo suficiente, en parte porque carece de radar tridimensional y tiene una redundancia limitada y capacidades reducidas de guerra antiaérea (AAW) y antisubmarina (ASW). Señala que el coste de cualquier modernización se multiplica por los 50 buques de la clase y propone ideas como especializar buques en AAW o ASW. Es la fuente más sólida de esta selección sobre el equilibrio entre costes y capacidades, desde la perspectiva de alguien que conocía el programa desde dentro en aquel momento.

Vídeos sobre el tema en YouTube

• Por qué la clase Perry podría seguir siendo relevante: https://www.youtube.com/watch?v=z1NSFIryIik&t=1496s
• Comparación de la clase Perry con diseños modernos de fragatas: https://www.youtube.com/watch?v=LA5q6H7-W8Q