Resumen
Aunque se basan en dos tipos de transmisión de ondas fundamentalmente diferentes, el Radio Detection And Ranging (RADAR) y el Sound Navigation and Ranging (SONAR) son sistemas de teledetección con importantes aplicaciones militares, científicas y comerciales. El RADAR envía ondas electromagnéticas, mientras que el SONAR activo transmite ondas acústicas (es decir, sonoras). En ambos sistemas, estas ondas devuelven ecos de ciertas características u objetivos que permiten determinar propiedades y atributos importantes del objetivo (es decir, forma, tamaño, velocidad, distancia, etc.). Dado que las ondas electromagnéticas se atenúan fuertemente (disminuyen) en el agua, las señales del RADAR se utilizan sobre todo para las observaciones terrestres o atmosféricas. Como las señales SONAR penetran fácilmente en el agua, son ideales para la navegación y la medición bajo el agua.
Antecedentes
Desde hace cientos de años, se han utilizado dispositivos de escucha subacuáticos no mecánicos (tubos de escucha) para detectar el sonido en el agua. Ya en 1882, el físico suizo Daviel Colladen intentó calcular la velocidad del sonido en las profundidades conocidas del lago de Ginebra.
A partir de la física de la transmisión del sonido articulada por el físico inglés del siglo XIX Lord Rayleigh (1842-1914) y del efecto piezoeléctrico descubierto por el científico francés Pierre Curie (1509-1906) en 1915, el físico francés Paul Langevin (1872-1946) inventó el primer sistema diseñado para utilizar las ondas sonoras y los ecos acústicos en un dispositivo de detección submarina. A raíz de la catástrofe del Titanic, Langevin y su colega Constantin Chilowsky, un ingeniero ruso que entonces vivía en Suiza, desarrollaron lo que denominaron «hidrófono» como mecanismo para que los barcos detectaran más fácilmente los icebergs (la gran mayoría de cualquier iceberg permanece bajo la superficie del océano). Sistemas similares se utilizaron inmediatamente como ayuda a la navegación submarina por parte de los submarinos.
El perfeccionamiento de la electrónica permitió la producción de dispositivos de escucha y grabación muy mejorados. Dado que el SONAR pasivo no es más que un elaborado dispositivo de grabación y amplificación del sonido, estos sistemas sufrían porque dependían de la intensidad de la señal sonora procedente del objetivo. Las señales u ondas recibidas podían ser tipificadas (es decir, relacionadas con objetivos específicos) para identificar características. Aunque se podían obtener resultados bastante buenos en manos de un operador hábil y experimentado, las estimaciones de la distancia, el rumbo y el movimiento relativo de los objetivos eran mucho menos precisas y exactas que los resultados obtenidos con los sistemas activos, a menos que los objetivos estuvieran muy cerca o hicieran mucho ruido.
La amenaza de la guerra submarina durante la Primera Guerra Mundial hizo urgente el desarrollo del SONAR y otros medios de detección de ecos. El desarrollo del transductor acústico que convertía la energía eléctrica en ondas sonoras permitió los rápidos avances en el diseño y la tecnología del SONAR durante los últimos años de la guerra. Aunque el SONAR activo se desarrolló demasiado tarde para ser puesto a prueba durante la Primera Guerra Mundial, el impulso de su desarrollo cosechó enormes dividendos tecnológicos. Sin embargo, no todos los avances se limitaron al uso militar. Después de la guerra, se instalaron dispositivos de eco a bordo de muchos grandes transatlánticos franceses.
Durante las primeras batallas de la Segunda Guerra Mundial, el Comité Británico de Detección e Investigación Antisubmarina (su acrónimo, ASDIC, se convirtió en un nombre comúnmente aplicado a los sistemas SONAR británicos) se esforzó por equipar cada barco de la flota británica con dispositivos de detección avanzados. El uso del ASDIC resultó fundamental en el esfuerzo británico por repeler los dañinos ataques de los submarinos alemanes tanto a los buques de guerra británicos como a los barcos mercantes que mantenían a la nación insular abastecida de municiones y alimentos.
Mientras se desarrollaba el SONAR de principios del siglo XX, se desarrolló otro sistema de teledetección basado en la mejor comprensión de la naturaleza y la propagación de la radiación electromagnética lograda por el físico escocés James Clerk Maxwell (1831-1879) durante el siglo XIX.
En los años 20 y principios de los 30, el físico y meteorólogo escocés Sir Robert Alexander Watson-Watt (1892-1973) utilizó con éxito las transmisiones de radio de onda corta para detectar la dirección de las tormentas eléctricas que se acercaban. Otra técnica utilizada por Watson-Watt y sus colegas de la British Radio Research Station medía la altitud de la ionosfera (una capa de la atmósfera superior que puede actuar como reflector de radio) enviando breves pulsos de ondas de radio hacia arriba y midiendo después el tiempo que tardaban las señales en volver a la estación. Como la velocidad de las ondas de radio estaba bien establecida, las mediciones proporcionaban determinaciones muy precisas de la altura de la capa reflectora.
En 1935, Watson-Watt tuvo la ingeniosa idea de combinar estas técnicas de búsqueda de la dirección y el alcance y, al hacerlo, inventó el RADAR. Watson-Watt construyó su primer dispositivo práctico de RADAR en Ditton Park.
Casi inmediatamente, los funcionarios del Real Ministerio del Aire preguntaron a Watson-Watt si su aparato podría dañar o derribar aviones enemigos. Watson-Watt respondió que las transmisiones de ondas de radio eran demasiado débiles para lograr este fin. No obstante, sugirió a los funcionarios del Ministerio que la detección por radio era factible. En 1935, Watson-Watt escribió una carta titulada «Detección y localización de aviones por métodos de radio». Watson-Watt expuso cuidadosamente que la lectura de la débil señal de retorno de un avión supondría un reto de ingeniería mucho mayor que el encontrado en sus experimentos meteorológicos. La señal enviada debía ser más de cien veces más enérgica. Además, habría que fabricar un receptor y una antena más sensibles.
Poco después, y sin haber realizado ninguna prueba, Watson-Watt y los científicos del Ministerio llevaron a cabo un experimento para comprobar la viabilidad del RADAR. El aparato de Watson-Watts fue capaz de iluminar (es decir, detectar) aviones a una distancia de hasta 8 millas (13 km). Al cabo de un año, Watson-Watt mejoró sus sistemas de RADAR para que pudieran detectar aviones a distancias de hasta 113 km. La Gran Bretaña de preguerra no tardó en dar un uso militar al invento de Watson-Watt y, a finales de 1938, los primitivos sistemas de RADAR salpicaban la costa inglesa. Estas estaciones, capaces de detectar aviones independientemente de la niebla o las nubes, desempeñaron un papel importante en la detección de los aviones nazis que se acercaban durante la Segunda Guerra Mundial.
El desarrollo del RADAR no fue competencia exclusiva de los británicos. Al comienzo de la Segunda Guerra Mundial, todos los principales combatientes habían desarrollado algún tipo de sistema RADAR. En muchos frentes, las batallas iban a estar influenciadas por dramáticos juegos de superioridad científica y técnica en lo que el Primer Ministro británico de la época de la guerra, Sir Winston Churchill, llamó la «Guerra de los Magos». Durante la guerra, Watson-Watt se convirtió en uno de esos magos al ocupar el puesto de asesor científico del Real Ministerio del Aire.
Para el final de la guerra, las fuerzas británicas y americanas habían desarrollado una serie de tipos y aplicaciones de RADAR, incluyendo la interceptación aérea (AI), la nave aire-superficie (ASV), la interceptación controlada por tierra (GCI), y varios RADARs para el avistamiento y seguimiento de armas.
Independientemente de su aplicación, tanto los objetivos de RADAR como de SONAR dispersan, desvían y reflejan las ondas entrantes. Sin embargo, esta dispersión no es uniforme y, en la mayoría de los casos, un fuerte eco de la imagen se propaga de vuelta al transmisor de la señal de la misma manera que un espejo liso puede reflejar la luz en la dirección especular. La intensidad de la señal de retorno también es característica del objetivo y del entorno en el que operan los sistemas. Al tratarse de radiaciones electromagnéticas, las ondas RADAR viajan por la atmósfera a la velocidad de la luz (en el aire). Las ondas SONAR (ondas de compresión) viajan a través del agua a un ritmo mucho más lento: la velocidad del sonido. Al medir el tiempo que tardan las señales en viajar hasta el objetivo y regresar con ecos, tanto los sistemas RADAR como SONAR son capaces de determinar con precisión la distancia a sus objetivos.
Dentro de sus respectivos ámbitos, tanto el RADAR como el SONAR pueden funcionar de forma fiable en una amplia variedad de condiciones adversas para ampliar las capacidades de detección del ser humano.
Impacto
Como resultado del éxito del RADAR en tiempos de guerra, los científicos e ingenieros buscaron rápidamente nuevas aplicaciones para estos sistemas. Los beneficios para la ciencia meteorológica eran evidentes.
La tecnología RADAR desarrollada durante la Primera Guerra Mundial también tuvo un impacto dramático en la incipiente ciencia de la radioastronomía. Durante la guerra, el oficial británico J.S. Hey determinó correctamente que el Sol era una potente fuente de transmisiones de radio. Hey lo descubrió mientras investigaba las causas de las interferencias en todo el sistema de la red británica de RADAR que no podían atribuirse a la actividad del enemigo (Hey atribuyó la emisión de radio al aumento de la actividad de las erupciones solares). Aunque se mantuvieron en secreto durante la guerra, las instalaciones y la tecnología de los RADAR británicos se convirtieron en los precursores de los radiotelescopios modernos, ya que registraban el ruido de fondo celeste a la vez que escuchaban los signos reveladores de la actividad enemiga (por ejemplo, los ataques con cohetes V-2).
El crédito histórico otorgado a la decisión y el impacto de la Guerra de los Magos de Churchill sigue siendo objeto de acalorado debate. El propio Churchill describió la Batalla de Gran Bretaña como una batalla librada con decisión y ganada con «ojos y oídos». En cualquier caso, es indiscutible que los dispositivos de teledetección y las redes de RADAR (denominadas Chain High y Chain Low) empleadas por los británicos permitieron a los comandantes británicos concentrar con mayor eficacia sus fuerzas, superadas por el armamento y la tripulación, contra el ataque aéreo nazi.
Irónicamente, la Segunda Guerra Mundial indujo mejoras en el diseño de la tecnología SONAR que sentaron las bases para el desarrollo de procedimientos médicos no invasivos, como los ultrasonidos, en la última mitad del siglo XX. Las tecnologías y técnicas de teledetección basadas en señales sonoras y electromagnéticas se convirtieron en potentes herramientas médicas que permitieron a los médicos realizar diagnósticos precisos con un mínimo de invasión para el paciente.
Las herramientas de teledetección como el RADAR y el SONAR también permiten a los científicos, geólogos y arqueólogos cartografiar la topografía y las características del subsuelo de la Tierra y de los objetos del sistema solar. Las lecturas del SONAR permitieron avances en la sismografía submarina que permitieron cartografiar los fondos oceánicos e identificar recursos minerales y energéticos.
Los sistemas RADAR son componentes críticos del sistema moderno de navegación aérea comercial. Un invento británico de la época de la guerra, el RADAR de Identificación Amigo o Enemigo (IFF), utilizado para identificar y etiquetar de forma única a las aeronaves, sigue siendo un componente importante en el sistema de control del tráfico aéreo.
K. LEE LERNER
Más lecturas
Libros
Cox, A.W. Sonar and Underwater Sound. Lexington, MA: Lexington Books, 1974.
Heppenheimer, T.A. Anti-Submarine Warfare: The Threat, The Strategy, The Solution. Arlington, VA: Pasha Publications Inc., 1989.
Holmes, J. Diagnostic Ultrasound: Historical Perspective. Mosby, 1974.
National Defense Research Committee. Principles and Applications of Underwater Sound. Washington, D.C., 1976.
Rowe, A. One Story of Radar. Cambridge, England: Cambridge University Press, 1948.
Watson-Watt, R.A. Three Steps to Victory. Odhams Press, 1957.