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