Los pioneros del radar británico

Ignacio Mártil
Catedrático de Electrónica de la Universidad Complutense de Madrid y miembro de la Real Sociedad Española de Física

Este artículo forma parte del capítulo 2 de mi libro de próxima aparición. “El Radar en la historia del siglo XX. Un arma decisiva de la Segunda Guerra Mundial”

A principios de la década de 1930, en Gran Bretaña sintieron la amenaza de una guerra inminente con Alemania y dado que su posición geográfica era claramente muy vulnerable frente a ataques aéreos, los británicos hicieron un gran esfuerzo para disponer de equipos que permitieran advertir con antelación de la presencia de aviones enemigos, cuestión que resolvería el radar, cuyos orígenes en Gran Bretaña describo aquí.

Placa conmemorativa situada en el lugar donde tuvieron lugar en 26 de febrero de 1935 los primeros experimentos con el prototipo del radar

Podemos situar el comienzo del trabajo efectivo sobre el radar británico a mediados de la década de 1930. En 1934, en el Ministerio del Aire existía la figura del director de Investigación Científica, en la persona de Harry. E. Wimperis.  El asistente personal de Wimperis, el físico Albert P. Rowe, leyó todo lo que pudo encontrar sobre el arte de la defensa aérea y se alarmó mucho. Rowe escribió un informe dirigido a Wimperis en el que concluía que “probablemente perderemos la guerra si comienza dentro de los próximos diez años”. Wimperis se tomó el informe muy en serio y a instancias suyas, ese mismo año se formó lo que se llegó a conocer como el Comité Tizard, (técnicamente, Committee for the Scientific Survey of Air Defence -CSSAD-, Comité de Estudios Científicos para la Defensa Aérea). El nombre se debe a su Presidente, Sir Henry T. Tizard, Rowe fue el secretario. En enero de 1935, Wimperis describió las funciones del comité: “Considerar en qué medida se pueden utilizar los avances recientes en el conocimiento científico y técnico para fortalecer los actuales métodos de defensa contra aeronaves hostiles”.

En esos años surgió el rumor de que la Alemania nazi podía ser capaz de fabricar un denominado “rayo de la muerte” utilizando ondas de radio capaces de destruir pueblos, ciudades y personas. Ante la perspectiva de una amenaza de tal calibre, el recientemente creado Comité Tizard preguntó al ingeniero Robert Watson-Watt sobre la posibilidad de construir su versión de un rayo de la muerte, pero específicamente para ser utilizado contra aviones, con la idea de que tal rayo podría elevar la temperatura corporal de los pilotos de aviones enemigos alrededor de 2º C, incapacitándolos para volar. Watson-Watt realizó un primer informe secreto analizando esta cuestión en el que demostraba que tal artilugio era imposible de construir, habida cuenta que requería cantidades descomunales de potencia (por encima de 5 GW en la antena de un tal hipotético sistema) y podía descartarse por inviable. La idea era aún menos factible cuando se tenía en cuenta que los operadores de un equipo así tendrían un riesgo considerablemente mayor que sus potenciales víctimas y el sistema probablemente sería tan enorme y poco flexible que solo sería capaz de generar un haz fijo en una determinada dirección y por lo tanto fácilmente evitable, una vez detectado.

Sin embargo, el examen detallado de una idea tan fantasiosa produjo un resultado completamente inesperado: el avión en sí mismo, al ser iluminado por una onda electromagnética (en lo que sigue, o.e.m.), reflejaría parte de esta e irradiaría suficiente energía como para provocar su detección y, en última instancia, su seguimiento dentro de las capacidades técnicas disponibles en ese tiempo. Los cálculos que produjeron este notable hallazgo se deben a Arnold F. Wilkins, uno de los ayudantes de Watson-Watt. En estas circunstancias, el 12 de febrero de 1935, Watson-Watt envió un segundo memorandum secreto del sistema propuesto al Ministerio del Aire, con el nombre “Detección y ubicación de aeronaves por métodos de radio”. Dicho informe no era tan emocionante como construir el “rayo de la muerte”, pero sí recogía unos cálculos relativamente sencillos que mostraban cuantitativamente cómo las ondas de radio podían ser capaces de detectar aviones; es decir, que la idea tenía potencial, aunque en otro ámbito. Los razonamientos de Watson–Watt y Wilkins, en esencia, los describo en el siguiente párrafo.

2. Los cálculos de Watson-Watt y Wilkins

Dado que un bombardero típico de la época tenía una envergadura del orden de 25 m, se podría esperar que actuara como una antena resonante de tipo dipolo (la antena dipolo es una de las más comunes y se pueden ver todavía en numerosos tejados de nuestras viviendas, pues es la que se emplea en los equipos domésticos de televisión), cuando recibiera la energía de una o.e.m. proveniente de un transmisor que operara a una longitud de onda de aproximadamente el doble de esa dimensión. Al ser la estructura del avión de un material altamente conductor −típicamente los aviones de la época se construían con aleaciones de aluminio−, la o.e.m. incidente sobre las alas habría inducido en ellas una corriente que re-irradiaría parte de la energía recibida, permitiendo revelar la presencia del avión a un equipo receptor sintonizado adecuadamente y localizado a cierta distancia. Para determinar las magnitudes de estos efectos, Watson-Watt y Wilkins asumieron que tal avión volaba a una altitud de 6 km y a una distancia horizontal de 6 km de un transmisor terrestre que emitía ondas electromagnéticas de 6 MHz. Los transmisores que trabajaban a esta frecuencia eran perfectamente viables de construir con la tecnología existente en aquellos años. En el memorándum se recogía también la idea de que situando una línea de antenas emisoras en un frente amplio, sería posible proporcionar una capacidad de seguimiento continuo que cubriera un área elevada, que es la esencia de los que luego sería el Chain Home, el sistema británico de aleta temprana.

Los “padres” del radar británico: Robert Watson-Watt (izquierda) y Arnold F. Wilkins

3. El experimento de Daventry

Antes de liberar fondos para desarrollar la idea, el Ministerio del Aire solicitó una demostración que probara de manera práctica que, efectivamente, las o.e.m. podían ser reflejadas por un avión, en una cantidad medible por los instrumentos disponibles.

Esquema del rudimentario sistema de detección empleado en el experimento de Daventry. Se muestran las dos antenas receptoras y el camión donde se instaló la electrónica del equipo mostrada en la figura anterior

El prototipo del sistema de detección, consistente en dos antenas dipolo separadas 30 m., se situó a unos 10 km de distancia de una de las estaciones de transmisión de onda corta (6 MHz) de la BBC situada en Daventry, un pequeño pueblecito del norte de Inglaterra. Las señales recibidas en cada uno de los dipolos se ajustaron de manera que cuando ambas recibían la señal proveniente de la emisora de Daventry se anulaban entre sí, mediante una interferencia destructiva. Por el contrario, cuando el sistema recibía una señal reflejada desde una aeronave, se obtenía una señal en el osciloscopio detector. Es decir, la idea de Watson-Watt era utilizar las interferencias producidas entre la señal recibida directamente y la debida al eco reflejado en el avión. La demostración, realizada el 26 de febrero de 1935, fue un éxito total, ya que se pudo ver la señal reflejada en un bombardero Handley Page Heyford que se utilizó como blanco, que se muestra en la imagen:

Bombardero Handley Page Heyford Mark III en 1938

El avión, un anticuado biplano, tenía la ventaja de ser de un tamaño suficientemente grande para los propósitos de la prueba ya que, con una envergadura alar de 25 metros, proporcionó un objeto de gran tamaño como para poder ser detectado con el prototipo del sistema diseñado por Watson-Watt. La distancia máxima a la que el sistema podía detectar el avión era de 12-14 km.

A raíz de la prueba, Watson-Watt recibió una patente (GB 593017 “Improvements in or relating to wireless systems”). Poco tiempo después, en junio de 1935, los británicos habían probado la viabilidad de emplear o.e.m. pulsadas para medir la distancia a la que se encontraba un avión. En septiembre el alcance ya superaba los 60 km., con equipos que trabajaban a 12 MHz, y en marzo de 1936, con equipos trabajando a 25 MHz, ya se obtenían alcances de 140 km.

Las ideas de Watson-Watt supusieron el germen del primer sistema de alerta temprana del mundo basado en esta tecnología, que se instaló en la costa oriental de Gran Bretaña, denominado Chain Home, cuyos detalles esenciales veremos en un artículo posterior.