domingo, 27 de marzo de 2011

Aviones invisibles (y II): De sus "económicos" materiales - el B-2 (el de Libia)

El último día, aquí (pinchar), hablamos de los aviones invisibles, y os puse repetidamente ejemplos con el bombardero B-2 Spirit. No sé si os interesaría mucho o no. Lo que sí sé es que os prometí que hoy nos cargaríamos todo lo bueno que habíamos logrado jugueteando con la forma el otro día para que no nos detectara el radar. Así pues, permitidme ponerme de nuevo el traje "teleco-freak", y seguir al tajo.

Minirecordatorio: ¿Dónde nos habíamos quedado? Estábamos dándole forma al avión. Habíamos decidido evitar reflexiones directas hacia donde nos estaban emitiendo; también reflejar siempre en las mismas direcciones más o menos; y habíamos discutido acerca de los problemas que conllevaba la cabina.

¡Vamos a cargárnoslo! :-D

IDEA 4. Cómo cargarnos todo lo que hemos ganado hasta ahora (y ehem, cómo recuperarlo): el avión que-no-es-tan-invisible en combate

- "Hoyga, mire que avión de combate tan guay que he hecho con sistemas de invisibilidad del cojón"
- "Hala qué guay. Venga, ¡pongámosle misiles!"

Y le pusimos misiles:
Qué monos que quedan, ¿eh?

¡Ostis tú! ¿Pero qué forma tiene eso? ¿Pero con esto no nos estamos cargando todo lo que hicimos el otro día? Pues sí, efectivamente. Lo acabamos de hacer.  Lo hemos mandado al garete ¡Lo prometido es deuda amigos!

¿Qué ha pasado? Es evidente que si después de hacer todo lo que hemos hecho dando forma, cogemos y añadimos elementos por fuera del avión, nos cargamos todas las ventajas que habíamos logrado, porque los aparatos externos reflejarán la onda en cualquier dirección y como les dé la gana. Además de que tienen formas raras, raras, que no hace si no empeorar las cosas ya que seguro que ahí habrá objetos con forma de diedro/triedro. Recordemos, los diedros son aparatejos con RCS bastante notables.

Pero tranquilos, tranquilos. Prometí que lo arreglaríamos. Si todavía no nos hemos percatado, la solución a este problema es tan sencilla como... meter las cosas dentro del avión. Misiles, bombas, también motores, todo adentro (y lo más integrado posible a la estructura, en el caso de los motores que han de tener salida al exterior).  De esta forma, no perdemos la forma que tanto nos ha costado conseguir. ¿Queréis pruebas? Pues aquí, señores, tenemos... al B-2 Spirit. ¿Quién se había fijado que no llevaba nada por fuera?

B-2, abriendo sus tripas. ¡Así que ahí esconde las bombas eh! 
F-22 Raptor. ¿Os acordáis de él? Pues también tiene truco ^^


Por último, notemos una cosa. En combate, es necesario abrir las tripas. Cuando abrimos las tripas, ¡estamos volviendo a dar forma rara y nos verán! Efectivamente, lo estamos haciendo. No es un avión "tan" furtivo disparando. Por eso mismo, cuanto más rápido tiremos las bombas, mejor. Y no recuerdo exactamente las cifras, pero sí puedo decir que a mí me pareció rápido de narices los periodos de lanzamiento. Diría que en torno a un segundo.

Y aquí acabamos con los aspectos de la forma del avión. Bueno, hay otras muchas tonterietas que se pueden hacer, pero ya hemos visto varias que no son difíciles de ver. Pero, ¡ojo! Recuerdo: esto sólo "redirige" la señal, pero, según maniobremos o en qué posición esté el receptor del enemigo, podemos hacer que seamos un blanco mucho más visible al enemigo de lo que inicialmente éramos (al concentrar la señal reflejada en ciertos ángulos) De hecho, esto es una forma de contrarrestar la "invisibilidad" (visibilidad dirigida, más bien) del avión: cuantos más radar tengamos oteando el cielo, más fácil es que alguno lo vea (de hecho, lo que creo que se hace es sincronizar varios radar. Éstos ven a los aviones bien poco rato, pero lo ven más veces que uno solo. Y luego, con programas de matemáticas, se puede adivinar la posición del enemigo de forma... bueno, no sé hasta qué punto precisa)

Además, estas formas raras conllevan sacrificios aerodinámicos no siempre asumibles: el avión pierde capacidad de maniobra y además, mucha velocidad (de hecho, el B-2 NO supera la velocidad del sonido. Por cierto, romper la barrera sónica hará que nos detecten por el ruido que hacemos, así que al menos no todo es malo). Así pues, de igual manera que hoy día todos los aviones llevan tecnología stealth (sigilo), no llevan todo tecnología stealth debido a este compromiso entre forma y velocidad. Compromiso que, al bombardero B-2, le da igual. El bombardero B-2 es, literalmente (y como hemos visto en sus formas), un auténtico avión furtivo.

Y no sólo por su forma, también por sus materiales. Que es de lo que toca daros la chapa:


RADAR ABSORBENT MATERIALS (RAM): De cómo mantener estos aviones es un robo a mano armada

 No voy a entrar en su fundamento demasiado, porque ya es algo más complejo de explicar de forma sencilla. Pero evidentemente, estos materiales, SÍ logran reducción de RCS, ese parámetro que cuanto más grande era más se nos veía. ¿Cómo? Con materiales capaces de atenuar la onda una vez entra en ellos. Es interesante saber que  los materiales de los que están hechos los aviones furtivos son tan tan especiales, que ya simplemente su mantenimiento requiere situaciones surrealistas: el B-2 que están usando, requiere de hangares especiales sólo para su mantenimiento (y si leéis con cuidado las noticias, leeréis que vuela DESDE Estados Unidos y vuelve A Estados Unidos (creo) No se queda en Europa, porque aquí no están esos hangares) Bueno, y también merece la pena saber que de estos materiales no se sabe casi nada porque es secreto, secretísimo. Como curiosidad, la primera aplicación de estos materiales fue en los periscopios de los submarinos alemanes de la 2ª Guerra Mundial.

Voy a intentaros explicaros de qué va esto. Básicamente, de partida se plantean dos problemas: ¿cómo consigo que la onda entre en el material? Y, una vez la tengo dentro, ¿cómo logro disminuir al máximo su energía?

Onda incidente (i), reflejada (r) y transmitida (r') 
A la primera pregunta, no es difícil entender que en toda onda que incide en una superficie, parte se refleja en ella, y parte la atraviesa. La clave del asunto es lograr que la parte que "atraviesa" la superficie sea la máxima posible. Y ese máximo, en esencia, se consigue haciendo que la "resistencia" de la superficie del avión sea la misma que la del aire. Es lo que técnicamente se llama un problema de adaptación de impedancias. Una vez tenemos la onda dentro del material, hemos dicho que hay que hacer que la señal disminuya su energía. A mayor "resistencia" del material, más pérdidas habrá... pero claro, si aumentamos la "resistencia" del material, ¡ya no tenemos la misma resistencia que el aire y por tanto no conseguimos que atraviese el máximo de señal la superficie! Esto, que parece difícil, resulta que lo es. Es un problema gordísimo, y es por esto por lo que estos materiales son tan raros... y tan sensibles.

Hay un montón de soluciones. Dos ideas son: 1- ir aplicando materiales capa a capa ("facilito" de fabricar, ¿sabéis?), tales que  los de más afuera provocan que la máxima cantidad de onda entre ("tienen la misma resistencia del aire")  y los de más adentro provocan las pérdidas de energía (tienen "más resistencia"); 2- emplear materiales que logren a la vez las dos cosas. Estos materiales son magnéticos, y os juro que es la primera aplicación de verdad en mi campo que les he visto en cuatro años de carrera. (Creo... si no, ese día no atendía en clase XD)

Comentar que esto hace que los procesos de fabricación sean elaboradísimos, que requieran de una limpieza y precisión absoluta, de un diseño previo testeadísimo, además de por supuesto carísimos y secretísimos. También hace que los costes de mantenimiento sean una burrada. Y que encima, si vamos aplicando materiales capa a capa (con distintos métodos de aplicación: spray, pintura, placas...), el peso del avión pueda aumentar bastante... siendo ¡nuestro enésimo problema! No es fácil, no. Y además, hay que tener en cuenta que estos materiales no cubren con eficacia muchas frecuencias distintas, por lo que requieren otras ideas para evitar que a según qué frecuencias se nos detecte con facilidad. Es un follón ^^

El B-2. Quiero pensar que en fase de fabricación. Esas placas, se supone que son de RAM (Radar Absorbent Material) 
El F-22, en fase de pintado. Las pinturas RAM, para rematar la jugada, acostumbran a ser MUY tóxicas. Por lo visto, es típico que sean robots quienes lo pinten... pero han de ser MUY precisos. Todo muy sencillo, ya os digo... 
Es decir, son difíciles (y caros) de fabricar. Difíciles (y caros) de mantener. Pero es que encima, si las condiciones son relativamente adversas (mismamente, una tormenta de arena), el material se puede dañar y podemos perder toda la reducción de RCS que habíamos logrado. Y además súper-barato. Precisamente por las inclemencias meteorológicas, también se guardan estos aviones en los hangares especiales que comentábamos.

Para acabar con esto, ¡alegato contra la credulidad gratuita! Por ahí por internet siempre pone "el avión tiene un tamaño al radar igual al de un pájaro/canica/loquesea". Yo a eso no le haría mucho caso, porque a ver. Para empezar, estos datos son híper-secretos, y la publicidad que pueda dar el ejército yo al menos la cogería con pinzas. Y además, ya hemos dicho que "cuánto" se nos vea depende de muchas cosas: la frecuencia de la onda que nos envíen (y otras propiedades que se le pueden dar), climatología, desde qué ángulo nos vean, ... Lo que sí es cierto, evidentemente, es que los RAM logran una reducción muy notable de la RCS, que es lo que buscamos. Si no, vaya millonada tirada a la basura...


CONCLUSIONES: De cómo los aviones no-tan-invisibles son de un uso muy-(demasiado)-específico

Hemos visto pues un buen tajo de características de estos aviones. ¿Sabéis que podemos volver a cargar todo lo que hemos conseguido hasta ahora? Y es que nos faltaría añadir que, por ejemplo, todos nuestros sistemas se van (de nuevo) al garete si ponemos antenas emitiendo a toda potencia DESDE los aviones, porque esta potencia que emiten también es detectable por el enemigo (de hecho, hay estructuras especiales para evitar esto) Y quien dice antenas, dice otros sistemas que emitan. De igual manera, hay otros muchos sistemas (los que se encuadran dentro de las Contramedidas Electrónicas (ECM) activas principalmente, y alguna ECM pasiva también) que no hemos mencionado, y que contribuyen a disminuir más la detectabilidad.

Por otro lado, a su elevadísimo precio, hay que añadir la cantidad de tecnología que llevan encima. Esto hace que su uso sea más arriesgado de lo normal: cualquier fallo, puede implicar que el enemigo consiga años y años de investigaciones en tecnología nuestros. Además, las misiones que se les puede asignar a estos aviones son muy específicas (De hecho, si os fijáis, sólo suelen usarse al principio de las guerras, y dudo que en pocos días sigan mencionando en periódicos a estos aviones. Esto se debe a que al inicio de las guerras se usan estos aviones para eliminar (entre otros) los sistemas antiaéreos del enemigo. Una vez destruidos, es mucho más barato y efectivo utilizar otro tipo de aviones)

Y por último, no hay que olvidar que tooooodo lo que hemos hablado, ha sido acerca de radar. Hay otras formas de detectarnos. Y que también forman parte de las tecnologías stealth.

Con todo esto, espero que esto os haya resultado al menos interesante. Gracias por leerlo ;-) Y bueno, cualquier pregunta, bienvenida sea. Otra cosa es que la sepa XD







































Nuestro compañero de aventuras durante las últimas dos entradas: el B-2, también se despide





#turismobisbal: Ya llevo una semana en Leganés. Ni rastro ni del lago, ni del monstruo 

martes, 22 de marzo de 2011

Aviones invisibles (I): De cómo la forma importa - el B-2 (el de Libia)

El otro día en san Pepe conocí a una agradable persona, señor Gerard, de un precioso lugar (¡Tárraco!) Hablando por él con facebook, me decía "Lo de freaks es per a tots els enginyers en general" (lo de freaks es para todos los ingenieros en general) Pues bien, le tomo la palabra, y me aplico el cuento. Por una vez (¡permitídmelo!) voy a activar la vena teleco-freak, y aprovechando que estudié Sistemas Radar e hice un trabajo al respecto, os voy a hablar del avioncito que titula la entrada, de una forma que espero pueda entenderme cualquiera no muy docto en la materia. (¡ojo! Que yo tampoco lo soy. Pero confío que algo más sí. Sería muy frustrante llevar cuatro años en el CPS para lo contrario XD) Una vez escrito, os digo que creo que lo he conseguido, pero evidentemente no lo puedo saber. Diré que hay mucha imagen ^^

Y además del avioncito en general, os voy a hablar particularmente del que están vendiendo estos días, el que artículos de El País (e imagino que no serán los únicos, pero es el que he leído para esto) venden como "EEUU ha enviado bombarderos invisibles B-2", y también muestran fotos como:
Esto salía en la sección "última hora" en la web de El País
Pues bien, de esto os quiero enseñar algo, ya que puedo. De los aviones invisibles, y más concretamente del B-2 Spirit. Usease, este "mini"-bombardero de la foto de arriba, de (¡atención!) "sólo" 21 metros de largo ¡y 51 de envergadura! Avión que, comenzado a diseñar en los 80, es el avión militar coste/unidad más caro de la historia. ¡Joder con el amigo!

¡A ello!


INTRODUCCIÓN: De cómo la spanish people hace estas cosas más interesantes (y mal), y premisas muy básicas  



Punto 1: NO EXISTE un avión ni no detectable, ni invisible (todavía)  Que quede claro, por si acaso. El problema del nombre "avión invisible" viene en que la traducción que se ha hecho de "stealth aircraft" (literalmente, avión sigiloso) ha sido typical spanish (alias "la que nos ha salido de los cojones"): avión invisible. ¡Muy bueno! En fin: todo avión es detectable, la gracia del asunto es cuán difícil sea detectarlo.

Partiendo de esa base, no resulta difícil imaginar que hay muuuchas maneras de detectar cosas: todo cuerpo está caliente (emite infrarrojo); de momento todo cuerpo se puede ver (zona visual); a un avión se le suele oír bastante (emite sonido); y también se le puede detectar por radar. Que es de lo que sé. Y de lo que os pienso hablar (¡Sorpresa!)

Bien, pues ya estamos con mis amigos los radar. Para entender cuán fácil es detectar un objeto con un radar, primero hay que entender cómo funciona el radar. ¿Y cómo funciona? Muy básicamente, una antena emite una onda con una determinada potencia (emisor), se refleja en el objeto a detectar (blanco) una determinada potencia de la que le llega y llega a otra antena (receptor) (perdiendo potencia en el camino de ida y vuelta)

Otra cosa a no olvidar, la ley de la reflexión: una señal que incide en una superficie con un determinado ángulo, sale reflejada con ese mismo ángulo. Y por último, os presento un parámetro clave para hacer que nos sea más difícil de detectar: la "Radar Cross Section" (sección recta radar, en adelante RCS). Por no irme demasiado, cuanto menos grande sea este parámetro, menos potencia de señal se reflejará en el blanco y, por tanto, menos señal se recibirá en la antena receptora.
Ley de la reflexión
¿Y qué buscan los aviones "invisibles"? Pues (entre otros mecanismos) minimizar la RCS, para que la potencia que se refleje hacia el receptor sea la menor posible. Básicamente, os comentaré dos estrategias de reducción de RCS: la forma del avión, y materiales de absorción.


FORMA DEL AVIÓN: De por qué los aviones furtivos tienen formas taaaaan raras

Premisa de esta estrategia: El blanco (el avión) quiere desviar la señal que recibe desde la antena emitiendo la señal radar, para que no la reciba y no pueda detectarnos. Consideraciones a hacerse: esto es REDIRECCIÓN de la señal, por lo que NO hay reducción del parámetro RCS. Simplemente, intentamos que las señales que nos incidan no lleguen al receptor, desviándolas hacia otros sitios. Pero desde esos sitios, se nos va a ver "de puta madre"

Al frente, el bombardero B-2, que es del que vamos centrarnos más. Al fondo, F-117
Básicamente, podemos ver este aspecto como un conglomerado de ideas que, juntas, logran que no reflejemos la señal hacia donde, a priori, creemos que puede estar el emisor que nos está intentando detectar.

IDEA 1. Evitar reflexión normal ("de frente", especular)

¿Qué problema se da aquí? Si nosotros por la mañanita recién despiertos nos ponemos ENFRENTE del espejo, nos vemos MEJOR que desde cualquier otra posición. Pues igual pasa con el avión: si las ondas que refleja, las refleja en la dirección que las ha recibido, estamos reflejando absolutamente todo hacia la antena que ha emitido esa señal, antena que seguro nos está intentando detectar. No hace falta pensar mucho más para darse cuenta de que esto es una situación malísima. Y que por supuesto, vamos a intentar evitar.

Si recordamos el dibujo de la ley de la reflexión,
                                    Ley de la reflexión



Se ve que, si ángulo de incidencia "i", coincide con la línea punteada (la normal); la señal que incida desde ahí se reflejará en la misma dirección (por la línea punteada). Es decir, si incidimos "de frente", nos reflejamos "de frente". Y es decir, es justo lo que queremos evitar. ¿Conclusión? ¡Evitemos la incidencia normal!

Observad como, donde podría haber una línea plana, está dentada. Uno de sus objetivos es precisamente conseguir evitar reflexión especular
No sólo esto. También queremos minimizar los ángulos desde los que somos visibles. ¿Y cómo se hace esto? Intentando reflejar todo en la misma dirección, para que sólo desde ángulos "muy" concretos se nos vea "muy" bien:

Os presento al F-22 Raptor, el nuevo se supone que mejor caza de EEUU. Observad como todas las líneas rojas están alineadas entre sí y además, el avión es muy muy plano.
Idem de ídem. También aquí las líneas rojas están alineadas entre sí.

Otra vista del F-22, mirad cómo todo está alineado 
En el bombardero B-2 Spirit del que estamos hablando, también se ven fácil las líneas alineadas. 

Decíamos que reflejaremos mucho sólo en ángulos muy concretos. Como nuestra posición respecto del receptor irá cambiando (por aquello de que nos vamos moviendo y tal), estos ángulos "muy" concretos durarán muy poco tiempo, y así seremos muy difíciles de detectar. ¿No es eso justo lo que queríamos? Objetivo cumplido. Pero no es el único problema que hay a solventar con la forma.

IDEA 2. Evitar colas de los aviones

No sé qué avión es este. Pero el pobre no va a salir muy bien parado en este ejemplo... 
¿Y por qué evitarlas? Para algo servirán. Pues sí, por lo visto (lo siento, mi conocimiento de aerodinámica brilla por su inexistencia), por lo visto dotan de una estabilidad a los aviones muy importante. Pero es que también son un elemento de reflexión hacia el punto de donde viene la onda del emisor importantísimo. Y eso, acabamos de decir que lo queremos evitar.

Para que se vea mejor. Una cola normal y corriente, a la que llega una onda, le pasa esto:

Esta estructura es un diedro. Junto con los triedros, os puedo decir que estas estructuras para los radar son como un faro enorme. De hecho, se usan estructuras con esta forma para calibrar los radar, de lo bien que se las ve. Y para localizar barcos perdidos. Y... vale vale, ¡no divago!
En resumen, y a modo cutre, que la onda vuelve por donde ha venido. Justo lo que no queríamos (A un triedro por cierto, le ocurriría algo por el estilo pero en 3D en vez de en 2D como aquí) ¿Y cómo evitamos ser un faro? Pues o bien torcemos la cola...

... como en el F-117...

o en el F-22...
en donde, para que la señal se refleje, hace cosas (extrapoladas a 3D) como:
Sucesivas reflexiones cuando torcemos la cola... y además, en cada reflexión la potencia de la señal se atenúa. En caso de volver por donde ha llegado (¡ya será mala suerte!), al menos volverá más atenuada. 
y en donde, además, añadimos unos problemas de estabilidad brutales al ya no estar rectas. La otra opción es ponernos chulos, pero chulos del todo y bien: cogemos y, ¡hale! nos la cargamos:

Como en el B-2... que resulta que es el que nos ocupa
Por lo visto, cargarse la cola mete unos problemas tan brutos de estabilidad, que se requieren unos programas avanzadísimos para volar. Y bueno, en general,  modificar la forma de la aerodinámica del avión para evitar que el radar nos detecte, dificulta mucho su maniobrabilidad, haciendo imposibles la ejecución de según qué maniobras. Qué chulo.

¿Más problemas? Por supuesto.


IDEA 3. El problema de ser piloto... y de la cabina

Queríamos superficies planas, para evitar reflexiones en muchas direcciones, buscando sólo en algunas en concreto. Sin embargo, nos metemos dentro del avión. Y nos metemos con esto:

Hola, soy el piloto y mi cara es un espejo gigante
Pues vaya, resulta que el casco del piloto es un problema. Recordemos que no queríamos reflexión normal, y el casco es un espejo que fácilmente puede hacer eso. Es más, las ondas perfectamente pueden entrar en la cabina, repleta de mandos (que no tendrán formas muy planas, ni regulares, ni orientadas, ni... un desastre en toda regla, vamos, porque las ondas saldrán vete a saber tú en qué dirección) y resulta entonces que el enemigo nos detectará bien no, genial. Debemos evitar que la onda entre en la cabina: también se debe buscar integrar la cabina en la estructura del avión, y, además... usar materiales que impidan que las ondas los traspasen:

Además, la cabina del F-22 queda taaan bonita...
De esta forma, evitamos que la cabina sea la fuente de nuestros problemas. Y...

¡Y esto es todo por hoy! Que si no, nadie lo leerá. El próximo día, en una nueva chapa, hablaremos de cómo cargarnos TODO lo que hemos ganado hasta ahora con un estilazo que ni os cuento. De cómo recuperarlo. Y de los materiales de absorción radar, que son tan chulos, que hace al avión carísimo y con ciertas peculiaridades. ¿Sabéis que el B-2 viene y vuelve a EEUU cada vez que lo usan? (o al menos, se va muy lejos) La respuesta, el próximo día. Domingo, 20.00. (Podéis acceder a ella pinchando aquí)


Felicidades, Rubén