DESCUBRIMIENTO

COMPONENTES

SISTEMA SECUNDARIO

PERTURBACIONES

APLICACIONES

DESCUBRIMIENTO Y DESARROLLO DEL RADAR 

En los momentos anteriores a la II Guerra Mundial, Robert Watson Watt, físico y director del Laboratorio de Investigación de Radio y su ayudante, el físico Arnold Wilkins, estuvieron a cargo de la invención de un “rayo de la muerte” que sería utilizado en esa guerra. 

La idea de Watson Watt era elevar la temperatura del piloto atacante a 41° C aproximadamente, para que al provocarle fiebre, quedara incapacitado. 

Wilkins pensó que, como el cuerpo humano contiene alrededor de cuatro litros de sangre y químicamente hablando es casi agua, un rayo que elevara su temperatura a 41° C por radiación de radiofrecuencia, sería equivalente a uno de la muerte. Como lo escribió el propio Wilkins: “Mi cálculo mostró que, como era de esperarse, se necesitaba generar una potencia enorme a cualquier frecuencia de radio para producir fiebre en el cuerpo de un piloto de avión, aun en el improbable caso de que su cuerpo no estuviera protegido por el metal del fuselaje [...]. Como nada cercano a dicha potencia se podía producir, era claro que no era factible un rayo de la muerte por medio de la radio. Le dije esto a Watson Watt al darle mi cálculo y me respondió: Bien, si un rayo de la muerte no es posible, ¿cómo podemos entonces ayudarles? Yo contesté que los ingenieros de la Oficina de Correos se habían dado cuenta de perturbaciones en la recepción de muy altas frecuencias cuando algún avión volaba en la vecindad de sus receptores y que este fenómeno podría ser útil para detectar aviones enemigos”. 

Esta última observación, hecha en enero de 1935, dio lugar al inicio de una serie de hechos que culminaron con la invención del radar. 

Los hechos a los que Wilkins se refirió habían sido observados en muchos lugares y en todos se consideró esta perturbación como un estorbo que mucha gente había tratado de eliminar. De hecho, en 1932 la Oficina Postal Británica publicó un informe en el que sus científicos documentaron fenómenos naturales que afectaban la intensidad de la señal electromagnética recibida: tormentas eléctricas, vientos, lluvia y el paso de un aeroplano en la vecindad del laboratorio. Wilkins conoció este informe de manera accidental, conversando con la gente de la Oficina Postal, que se quejaba por la interferencia de los aviones, como alguien se queja por los mosquitos. A nadie se le había ocurrido utilizar este hecho, hasta que Wilkins se acordó de él a raíz de la pregunta de Watson Watt. 

Los científicos que escribieron el informe estaban estudiando una capa ionosférica; que refleja ondas de radio, para utilizarla en telecomunicaciones. Por ello enviaban ondas hacia la atmósfera, y cuando algo interfería con la recepción de la señal reflejada se molestaban. En forma casual mencionaron en el informe, a manera de explicación, que al interferir un aeroplano con la señal de radio, el avión la absorbe y la vuelve a emitir, reflejándola. No habían puesto mayor atención al hecho, y se lo mencionaron en una ocasión a Wilkins, cuando éste tomaba un café con ellos, en una visita que les hizo para probar un aparato de radio en su laboratorio. 

En varios lugares y en distintas épocas, diferentes investigadores e ingenieros ya habían detectado la interferencia mencionada. En muchos casos no se le dio mayor importancia y mucho menos se pensó en alguna aplicación. En otros casos, a pesar de que las personas que lo descubrieron pensaron en una posible aplicación, las oficinas gubernamentales que hubieran podido apoyarlos no se interesaron. Por ejemplo, en Alemania, la falta de interés se debió a que nunca creyeron en que alguien tendría la capacidad y osadía de atacar sus ciudades. Si los conceptos e ideas físicas que harían surgir al radar no hubiesen sido trabajados y desarrollados por Wilkins y Watson Watt seguramente otros lo hubieran hecho, pero la idea fructificó a tiempo para los ingleses. 

Cuando Wilkins sugirió la posibilidad de utilizar el fenómeno de interferencia de ondas de radio para detectar aviones enemigos, Watson Watt lo comisionó inmediatamente para trabajar en el cálculo de los aspectos cuantitativos. Wilkins calculó la intensidad de la señal de radio que regresaría, dada la intensidad de la señal enviada por el detector, y concluyó que el resultado dependía de la longitud de onda que se utilizara. Sabía que un objeto dispersa y refleja ondas electromagnéticas de la manera más efectiva cuando su tamaño es igual al de la longitud de onda. De hecho, ésta es una manifestación de la resonancia. Wilkins supuso que un bombardero típico, tenia una envergadura de aproximadamente 25 metros, por lo que al reflejar las ondas, el avión sería una antena igual a una varilla con una longitud de onda resonante fundamental al doble de su longitud, o sea de 50 metros. 

Wilkins partió del supuesto de que contaba con un emisor de la potencia disponible (1 kilowatt) y de longitud de onda de 50 metros. Si la antena emisora fuera una varilla de 25 metros colocada a l8 metros sobre el suelo, calculó la intensidad del campo electromagnético que llegaría a un avión que estuviese a una altura de 6 km y a una distancia horizontal de 6 km. Con esta intensidad calculó la corriente eléctrica que el campo incidente induciría en las alas del avión, que sería aproximadamente de l,5 miliamperes. Luego calculó la intensidad de la onda electromagnética que produciría esta corriente eléctrica, al actuar las alas como antena emisora de ondas. Finalmente obtuvo la potencia de la onda que recibiría de regreso la antena terrestre. Halló que esta potencia era diez mil veces mayor que la requerida para comunicaciones por radio, por lo que sí podría ser detectada con los aparatos existentes en la época. En conclusión, la idea podía funcionar. Wilkins pensó en que se emitiera una onda y se detectara el eco que produjera el avión. 

A terminar sus cálculos, a Wilkins le pareció increíble que el efecto deseado pudiera detectarse; revisó sus cálculos, no encontró ningún error y se los dio a Watson Watt, quien los vio fantásticos y verificó los cálculos matemáticos. Al no encontrar error, envió los resultados. El hecho de que un rayo de la muerte no fuera factible no sorprendió, sin embargo atrajo la idea de poder detectar un avión. 

Se inició la verificación experimental que se encomendó a Wilkins. Este utilizó un aparato que solamente emitía ondas de 49 metros, que consideró útil para la prueba. Se arregló que un avión militar volara en cierto curso, desconocido por Wilkins. Con su rudimentario equipo Wilkins detectó la trayectoria del avión. El éxito fue notable y con ello se obtuvieron las primeras partidas presupuestarias para realizar un proyecto de gran importancia que duró de 1935 a 1940. 

La idea del funcionamiento del radar se basa en que si se emite una onda hacia un objeto, y se sabe la velocidad con que se propaga la onda, midiendo el tiempo que tarda en regresar la onda reflejada (el eco), se puede saber a qué distancia está el objeto. Una gran ventaja de utilizar ondas electromagnéticas es que, como se propagan a una velocidad extremadamente grande (la de la luz) es instantánea la detección para todos los propósitos prácticos. 

Uno de los primeros aspectos que resolvieron fue la presentación visual de la información recibida. Para ello emplearon el tubo de rayos catódicos que se utilizaba en física. El grupo modificó el tubo para utilizarlo en el radar. Usaron dos conjuntos de placas desviadoras del haz de electrones. Un conjunto desvía el haz horizontalmente de manera continua y sirve para marcar el tiempo desde el instante en que se emite la onda; este tiempo es proporcional a la distancia del objeto, por lo que la traza horizontal en la pantalla es una medida de la distancia. El otro conjunto está conectado a la antena receptora de la señal reflejada por el objeto; cuando se recibe la señal en el tubo, el haz marca en la pantalla un pulso. En la figura, el primer pulso, el de la izquierda, indica la señal emitida por la estación, mientras que el segundo pulso, el menor, es el reflejado por el objeto. La posición en el tubo del segundo pulso da una medida de la distancia.

Después de muchos problemas técnicos y científicos se pudo construir un sistema de radar que funcionaba razonablemente bien. Se le hicieron muchas modificaciones para que pudiera detectar no solamente la distancia a la que se encontraba un avión, sino también su altura. La mayor parte del sistema estaba completo en septiembre de l938. 

En esa época se instalaron las primeras cinco estaciones que funcionaron las 24 horas. Otro problema que también se resolvió fue la incapacidad de distinguir entre un avión enemigo y uno propio. La solución fue instalar en los aviones ingleses dispositivos electrónicos que al recibir la onda enviada desde tierra, emitían a su vez una señal especial. Debido a la gran velocidad de propagación de las ondas electromagnéticas, la señal de que se aproximaba un avión enemigo, daba tiempo suficiente para enviar sus cazas a esperarlos. 

De esta manera, tres semanas antes del inicio de la Guerra Mundial, Gran Bretaña contó con un sistema de detección de aviones. La disponibilidad del radar surgió en el momento oportuno para los ingleses. Si el radar hubiese llegado a ser operacional unos años antes, mantener en secreto su propósito hubiese sido difícil.