Como reza el presente titulo del hilo, hoy vamos a comentar sobre una de las formulas más importantes en el mundo de la aviación militar.
Esta
es la ecuación que marca a qué distancia un radar detectará un objeto con un RCS determinado y con unas características determinadas del radar.
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| elaboración propia : Distancia detección al radar |
Como se puede observar, están presentes una serie de parámetros de los cuales vamos a hablar e intentar desgranar a continuación.
RCS, es lo que conocemos como radar cross section, o sección transversal al radar. Todo objeto tiene un determinado RCS según el ángulo con que le incide la haz del radar, este parámetro viene expresado generalmente en m2 aunque tambien puede expresarse en db, así por ejemplo el F-22 se dice tener un RCS de 0,0001 m2 o -40 db.
La relación entre el RCS y la distancia de detección viene marcada por la raíz cuarta del RCS del objeto. Por lo que si queremos doblar la distancia de detección, el objeto deberá poseer un RCS 4 veces más mayor. De igual manera, para aumentar la distancia de detección al doble, el RCS deberá disminuir 4 veces sobre el RCS inicial, y si se quiere aumentar 4 veces la distancia de detección, el RCS deberá ya reducirse 256 veces al número inicial. Ya son palabras mayores.
Un ejemplo concreto. Un F-16 block 70, o un Typhoon disponen en configuraciones más o menos limpias de un RCS cercano a 1 m2, en cambio un F-15 dispone de un RCS alrededor de 16 veces más grande, esto es unos 16 m2. Esto quiere decir que si un radar detectase al Typhoon a 100 kms de distancia, ese mismo radar detectaría al F-15 a 200 kms de distancia. (siempre y cuando el resto de parámetros permaneciesen iguales).
Reducir el RCS se ha convertido en el nuevo maná de los aviones de nueva generación, pero al contrario que reducir el RCS de un 3º generación a un 4º generación era relativamente poco costoso y sencillo de diseñar y producir, un 5º generación es harina de otro costal. No todos los países tienen medios industriales y económicos para ello. De hecho solo 1 lleva decadas diseñando, produciendo y operando furtivos.
Para hacerse una idea del trabajo realizado por EEUU en la reducción del RCS en comparación con actuales 4º generación avanzados como el Typhoon, Rafale o Superhornet, que cuentan con RCS de alrededor a 1 m2, el RCS del F-35 es de no menos de 0,0001m2 siempre hablando de ángulos frontales +- 30º.
Esto es un RCS 10.000 veces inferior.
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| Elaboración propia |
Pt, esta es la Potencia transmitida por el radar. Como se puede observar a mayor potencia del radar, mayor es la distancia a la que un determinado objeto podrá detectarse. La relación viene marcada por la raíz cuarta de la potencia transmitida. Esto significa que si queremos doblar la distancia de detección, tendremos que usar una potencia de transmisión 16 veces mayor. Cuanto más grande es un radar, mayor número de elementos y mayor potencia podrá transmitir. En radares aeurotransportados como los de un caza, este parámetro está constreñido por el propio espacio físico del radomo. Cuanto más grande sea éste, más grande será el avión, algo que no suele ser lo preferible para los ingenieros.
G, es la ganancia de una antena, se entiende por ganancia de una antena la capacidad de un radar de dirigir hacia una dirección determinada la mayor parte de radiación transmitida. Cuanto mayor sea esa capacidad mayor es su ganancia, y mayor es la distancia a la que los objetos serán detectados.
Vemos además, que al contrario que con el RCS o la Potencia transmitida dónde se necesitaba multiplicar por 16 su valor, para doblar la distancia de detección bastaría con cuadriplicar la ganancia de la antena.
Por lo tanto, mejorar la ganancia de la antena, sería una forma más eficaz de mejorar la distancia de detección del radar; esto nos llevaría a diseñar una antena / radar más grande, utilizar una antena parabólica o un conjunto de antenas optimizadas para concentrar la energía del radar en un solo punto, ... Si somos capaces de multiplicar por 4 la ganancia de la antena, entonces duplicaremos el alcance de detección. Sin embargo, el problema es que hace años que sabemos cómo fabricar antenas parabólicas de radar con un enfoque óptimo, esa ruta ya no da más de sí, por lo que la principal forma de aumentar la ganancia es aumentando el tamaño del radar como en el caso anterior, y como hemos dicho su mayor contra es que implica que el avión propio sea mucho más grande, lo que nos convierte a su vez en un blanco fácil. Aumentar la ganancia de una antena, tiene pues sus propios límites.
Lo mismo ocurre con la capacidad de filtrar el ruido (Pmin, que es lo que hace "invisibles" a los aviones furtivos), si quieres cuadruplicar el alcance de detección a un avión furtivo, tienes que reducir 256 veces el ruido de fondo (la cantidad mínima de energía que puedes detectar y saber que no es sólo ruido de fondo). Se ha mejorado mucho en este aspecto, y la llegada de radares Aesa ha ayudado a ello, pero igualmente parece ya un camino que ha llegado al límite.
Aquí dejo las relaciones antes comentadas:
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| Elaboración propia |
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| Elaboración propia |
La
razón de que la formula de la distancia de detección esté a la cuarta raíz es que la energía / luz del radar se
propaga a medida que viaja. Sin embargo, tiene que hacerlo dos veces (ida y
vuelta), con sólo una fracción de la energía original emitida rebotando en el
objetivo y sólo una fracción de esa energía reflejada llegando al radar emisor.
Esto
da otra ventaja a los aviones furtivos, ya que los aviones avanzados como el F-22 y el F-35 tienen antenas pasivas diseñadas para detectar y
localizar la fuente de energía de radar que les llega. Esto significa que la
señal que reciben sus antenas pasivas es mucho más potente que la que
recibirá el radar enemigo en tierra, ya que solo es viaje de ida. Esto, a su vez, permite a esos aviones
localizar el radar mucho antes de que éste los localice a ellos y les permite esquivar
al radar enemigo o eliminar al radar enemigo.
Por último, he dejado la longitud de onda (lambda) para el final.
Como bien observamos en la ecuación, una mayor longitud de onda mejora la capacidad de detección ante radares que usan longitudes de onda más pequeñas, por ejemplo en banda X o S.
¿Entonces llega con usar radares con longitudes de onda grandes, por ejemplo en banda VHF para detectar aviones furtivos desde más lejos?
Sí, y no.
Sí, porque los radares pueden como se ve en la formula mejorar significativamente las distancias de detección en comparación con radares de onda corta, pero no, porque aún así esas distancias de detección no son significativas sino se usan equipos masivos en cuanto a dimensiones (nada de aerotransportados) y de ningún modo son la panacea para dirigir contra aviones furtivos, aviones no furtivos con radares en bandas más cortas, ya que como hemos explicado, éstos radares más pequeños y limitados siguen afectados por las otras variables antes comentadas.
La furtividad no es una especie de suerte tecnológica caida del cielo, está basada en claros principios físicos. Su ventaja (antiradar) es manifiesta, y no parece posible que se llegue a cercenar en el estadio de desarrollo actual por cuanto a tecnología de radares se refiere.
Fuentes:
