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La tecnología furtiva , también denominada tecnología de baja observabilidad ( tecnología LO ), es una subdisciplina de tácticas militares y contramedidas electrónicas pasivas y activas , [1] que cubre una gama de métodos utilizados para hacer que el personal, las aeronaves , los barcos , los submarinos , los misiles , los satélites y los vehículos terrestres sean menos visibles (idealmente invisibles ) al radar , infrarrojos , [2] sonar y otros métodos de detección. Corresponde al camuflaje militar para estas partes del espectro electromagnético (es decir, camuflaje multiespectral ).
El desarrollo de las tecnologías furtivas modernas en los Estados Unidos comenzó en 1958, [3] [4] donde los intentos anteriores de impedir el seguimiento por radar de sus aviones espía U-2 durante la Guerra Fría por parte de la Unión Soviética habían sido infructuosos. [5] Los diseñadores se dedicaron a desarrollar una forma específica para los aviones que tendía a reducir la detección redirigiendo las ondas de radiación electromagnética de los radares. [6] También se probó y fabricó material absorbente de radiación para reducir o bloquear las señales de radar que se reflejan en las superficies de las aeronaves. Estos cambios en la forma y la composición de la superficie comprenden la tecnología furtiva que se utiliza actualmente en el "bombardero furtivo" Northrop Grumman B-2 Spirit . [4]
El concepto de sigilo consiste en operar u ocultarse sin dar a las fuerzas enemigas ninguna indicación sobre la presencia de fuerzas amigas. Este concepto se exploró por primera vez a través del camuflaje para hacer que la apariencia de un objeto se fusionara con el fondo visual. A medida que ha aumentado la potencia de las tecnologías de detección e interceptación ( radar , búsqueda y seguimiento por infrarrojos , misiles tierra-aire , etc.), también lo ha hecho el grado en que el diseño y el funcionamiento del personal y los vehículos militares se han visto afectados en respuesta a ello. Algunos uniformes militares se tratan con productos químicos para reducir su firma infrarroja . Un vehículo furtivo moderno está diseñado desde el principio para tener una firma espectral elegida . El grado de sigilo incorporado en un diseño determinado se elige de acuerdo con las amenazas de detección proyectadas.
El camuflaje para ayudar o evitar la depredación es anterior a la humanidad, y los cazadores han estado utilizando la vegetación para ocultarse, tal vez desde que la gente caza. Es imposible determinar la primera aplicación del camuflaje en la guerra. Los métodos de ocultación visual en la guerra fueron documentados por Sun Tzu en su libro El arte de la guerra en el siglo V a. C., y por Frontino en su obra Strategemata en el siglo I d. C. [7]
En Inglaterra, las unidades irregulares de guardabosques del siglo XVII fueron las primeras en adoptar colores apagados (comunes en las unidades irlandesas del siglo XVI) como forma de camuflaje , siguiendo ejemplos del continente.
Durante la Primera Guerra Mundial , los alemanes experimentaron con el uso de Cellon ( acetato de celulosa ), un material de recubrimiento transparente, en un intento de reducir la visibilidad de los aviones militares. Se cubrieron con Cellon algunos ejemplares del monoplano de combate Fokker E.III Eindecker , el biplano de observación biplaza Albatros CI y el prototipo de bombardero pesado Linke-Hofmann RI . Sin embargo, la luz del sol que se reflejaba en el material hacía que el avión fuera aún más visible. También se descubrió que el Cellon se degradaba rápidamente tanto por la luz solar como por los cambios de temperatura durante el vuelo, por lo que cesó el esfuerzo por fabricar aviones transparentes. [8]
En 1916, los británicos modificaron un pequeño dirigible de la clase SS para realizar misiones de reconocimiento nocturno sobre las líneas alemanas en el frente occidental . Equipado con un motor silenciado y una bolsa de gas negra, el aparato era invisible e inaudible desde tierra, pero varios vuelos nocturnos sobre territorio controlado por los alemanes no produjeron información útil y la idea se abandonó. [9]
El camuflaje de iluminación difusa , una forma de camuflaje de contrailuminación a bordo , fue probado por la Marina Real Canadiense entre 1941 y 1943. El concepto fue aplicado a los aviones por los estadounidenses y los británicos: en 1945, un Grumman Avenger con luces Yehudi alcanzó los 2700 m (3000 yardas) de un barco antes de ser avistado. Esta capacidad quedó obsoleta por el radar . [10]
El chaff fue inventado en Gran Bretaña y Alemania a principios de la Segunda Guerra Mundial como un medio para ocultar los aviones del radar. En efecto, el chaff actuaba sobre las ondas de radio de la misma manera que una cortina de humo actúa sobre la luz visible. [11]
El submarino U-480 puede haber sido el primer submarino furtivo. Presentaba un revestimiento de caucho anecoico , una de cuyas capas contenía bolsas de aire circulares para derrotar al sonar ASDIC . [12] La Kriegsmarine utilizó pinturas absorbentes de radar y materiales compuestos de caucho y semiconductores (nombres en código: Sumpf , Schornsteinfeger ) en submarinos durante la Segunda Guerra Mundial. Las pruebas demostraron que eran eficaces para reducir las firmas de radar tanto en longitudes de onda cortas (centímetros) como largas (1,5 metros). [13]
En 1956, la CIA comenzó a intentar reducir la sección transversal del radar (RCS) del avión espía U-2 . Se desarrollaron tres sistemas: Trapeze, una serie de cables y perlas de ferrita alrededor de la forma en planta del avión, un material de recubrimiento con circuitos de PCB incrustados en él y pintura absorbente del radar. Estos se implementaron en el campo en los llamados pájaros sucios , pero los resultados fueron decepcionantes, el aumento de peso y resistencia no compensaba ninguna reducción en las tasas de detección. Más exitoso fue aplicar pintura de camuflaje al avión originalmente de metal desnudo; se descubrió que un azul profundo era el más efectivo. El peso de esto le costó 250 pies de altitud máxima, pero hizo que el avión fuera más difícil de ver para los interceptores. [14]
En 1958, la Agencia Central de Inteligencia de los Estados Unidos solicitó financiación para un avión de reconocimiento que sustituyera a los aviones espía U-2 existentes, [15] y Lockheed consiguió los derechos contractuales para producirlo. [3] "Kelly" Johnson y su equipo en Skunk Works de Lockheed fueron asignados para producir el A-12 (u OXCART), que operaba a gran altitud de 70.000 a 80.000 pies (21.000 a 24.000 m) y a una velocidad de Mach 3,2 (2.400 mph; 3.800 km/h) para evitar la detección por radar. Se desarrollaron varias formas de avión diseñadas para reducir la detección por radar en prototipos anteriores, denominados A-1 a A-11. El A-12 incluía una serie de características furtivas, como combustible especial para reducir la firma de la columna de escape, estabilizadores verticales inclinados, el uso de materiales compuestos en lugares clave y el acabado general en pintura absorbente de radar. [14]
En 1960, la USAF redujo la sección transversal del radar de un avión no tripulado Ryan Q-2C Firebee . Esto se logró mediante pantallas especialmente diseñadas sobre la entrada de aire, material absorbente de radiación en el fuselaje y pintura absorbente de radar. [16]
En 1968, el ejército de los Estados Unidos emitió una especificación que exigía un avión de observación que fuera acústicamente indetectable desde el suelo cuando volara a una altitud de 1500 pies (460 m) por la noche. Esto dio como resultado el Lockheed YO-3A Quiet Star , que operó en Vietnam del Sur desde fines de junio de 1970 hasta septiembre de 1971. [17]
Durante la década de 1970, el Departamento de Defensa de los EE. UU. lanzó el proyecto Lockheed Have Blue , con el objetivo de desarrollar un caza furtivo. Hubo una feroz puja entre Lockheed y Northrop para asegurar el contrato multimillonario. Lockheed incorporó a su oferta un texto escrito por el físico soviético-ruso Pyotr Ufimtsev de 1962, titulado Method of Edge Waves in the Physical Theory of Diffraction , Soviet Radio, Moscú, 1962. En 1971, este libro fue traducido al inglés con el mismo título por la División de Tecnología Extranjera de la Fuerza Aérea de los EE. UU. [18] La teoría jugó un papel crítico en el diseño de los aviones furtivos estadounidenses F-117 y B-2. [19] [20] [21] Las ecuaciones esbozadas en el documento cuantificaron cómo la forma de un avión afectaría su detectabilidad por radar, denominada sección transversal de radar (RCS). [22] En ese momento, la Unión Soviética no tenía capacidad de supercomputadoras para resolver estas ecuaciones para diseños reales. Esto fue aplicado por Lockheed en simulación por computadora para diseñar una forma novedosa que llamaron "Hopeless Diamond", un juego de palabras con Hope Diamond , asegurando los derechos contractuales para producir el F-117 Nighthawk a partir de 1975. En 1977, Lockheed produjo dos modelos a escala del 60% bajo el contrato Have Blue. El programa Have Blue fue un demostrador de tecnología furtiva que duró de 1976 a 1979. El Northrop Grumman Tacit Blue también jugó un papel en el desarrollo de material compuesto y superficies curvilíneas, observables bajos, fly-by-wire y otras innovaciones de tecnología furtiva. El éxito de Have Blue llevó a la Fuerza Aérea a crear el programa Senior Trend que desarrolló el F-117. [23] [24]
A principios del siglo XXI, la proliferación de tecnología furtiva comenzó fuera de los Estados Unidos. Tanto Rusia como China probaron sus aviones furtivos en 2010. Rusia fabricó 10 prototipos volables del Su-57, mientras que China produjo dos aviones furtivos, el Chengdu J-20 y el Shenyang FC-31 . [25] En 2017, China se convirtió en el segundo país del mundo en poner en servicio un avión furtivo operativo, desafiando a los Estados Unidos y sus aliados asiáticos. [26] [27]
La tecnología furtiva (o LO, por sus siglas en inglés, Low Observability ) no es una sola tecnología, sino un conjunto de tecnologías, utilizadas en combinación, que pueden reducir en gran medida las distancias a las que se puede detectar a una persona o un vehículo; más aún, reducciones de la sección transversal del radar , pero también acústicas , térmicas y otros aspectos.
Casi desde la invención del radar , se han probado varios métodos para minimizar la detección. El rápido desarrollo del radar durante la Segunda Guerra Mundial condujo al desarrollo igualmente rápido de numerosas medidas de contrarradar durante el período; un ejemplo notable de esto fue el uso de chaff . Los métodos modernos incluyen interferencias de radar y engaño .
El término furtivo en referencia a los aviones con firma de radar reducida se hizo popular a finales de los años ochenta cuando el caza furtivo Lockheed Martin F-117 se hizo ampliamente conocido. El primer uso a gran escala (y público) del F-117 fue durante la Guerra del Golfo en 1991. Sin embargo, los cazas furtivos F-117A se utilizaron por primera vez en combate durante la Operación Causa Justa , la invasión estadounidense de Panamá en 1989. [28] Los aviones furtivos a menudo se diseñan para tener secciones transversales de radar que son órdenes de magnitud más pequeñas que los aviones convencionales. La ecuación del alcance del radar significaba que, en igualdad de condiciones, el alcance de detección es proporcional a la cuarta raíz de RCS; por lo tanto, reducir el alcance de detección por un factor de 10 requiere una reducción de RCS por un factor de 10 000.
La posibilidad de diseñar aviones de tal manera que se redujera su sección transversal de radar fue reconocida a fines de la década de 1930, cuando se emplearon los primeros sistemas de seguimiento por radar, y se sabe al menos desde la década de 1960 que la forma de la aeronave marca una diferencia significativa en la detectabilidad. El Avro Vulcan , un bombardero británico de la década de 1960, tenía una apariencia notablemente pequeña en el radar a pesar de su gran tamaño, y ocasionalmente desaparecía de las pantallas de radar por completo. Ahora se sabe que tenía una forma fortuitamente sigilosa, aparte del elemento vertical de la cola. A pesar de haber sido diseñado antes de que una sección transversal de radar baja (RCS) y otros factores de sigilo fueran alguna vez una consideración, [29] una nota técnica del Royal Aircraft Establishment de 1957 declaró que de todos los aviones estudiados hasta ahora, el Vulcan parecía de lejos el objeto de eco de radar más simple, debido a su forma: solo uno o dos componentes contribuyen significativamente al eco en cualquier aspecto (uno de ellos es el estabilizador vertical , que es especialmente relevante para el RCS de aspecto lateral), en comparación con tres o más en la mayoría de los otros tipos. [30] [32] Al escribir sobre sistemas de radar, los autores Simon Kingsley y Shaun Quegan destacaron la forma del Vulcan como un factor que reduce el RCS. [33] En contraste, el bombardero ruso de largo alcance Tupolev 95 ( nombre de informe de la OTAN 'Bear') era visible en el radar. Ahora se sabe que las hélices y las palas de las turbinas a reacción producen una imagen de radar brillante; [ cita requerida ] El Bear tiene cuatro pares de grandes hélices contrarrotativas de 18 pies (5,6 m) de diámetro .
Otro factor importante es la construcción interna. Algunos aviones furtivos tienen una piel que es transparente o absorbente al radar, detrás de la cual hay estructuras denominadas triángulos reentrantes . Las ondas de radar que penetran en la piel quedan atrapadas en estas estructuras, reflejándose en las caras internas y perdiendo energía. Este método se utilizó por primera vez en la serie Blackbird: A-12 , YF-12A , Lockheed SR-71 Blackbird .
La forma más eficiente de reflejar las ondas de radar de vuelta al radar emisor es con placas metálicas ortogonales, formando un reflector de esquina que consiste en un diedro (dos placas) o un triedro (tres placas ortogonales). Esta configuración se da en la cola de un avión convencional, donde los componentes verticales y horizontales de la cola están dispuestos en ángulos rectos. Los aviones furtivos como el F-117 utilizan una disposición diferente, inclinando las superficies de la cola para reducir los reflejos de esquina formados entre ellas. Un método más radical es omitir la cola, como en el B-2 Spirit . La configuración de ala volante limpia y de baja resistencia del B-2 le da un alcance excepcional y reduce su perfil de radar. [34] [35] El diseño del ala volante se asemeja más a una llamada placa plana infinita (ya que las superficies de control verticales aumentan drásticamente el RCS), la forma furtiva perfecta, ya que no tendría ángulos para reflejar las ondas de radar. [36]
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Además de alterar la cola, el diseño furtivo debe enterrar los motores dentro del ala o fuselaje , o en algunos casos en los que se aplica el sigilo a un avión existente, instalar deflectores en las tomas de aire, de modo que las palas del compresor no sean visibles para el radar. Una forma furtiva debe estar desprovista de protuberancias o protuberancias complejas de cualquier tipo, lo que significa que las armas, los tanques de combustible y otros suministros no deben llevarse externamente. Cualquier vehículo furtivo deja de serlo cuando se abre una puerta o una escotilla.
La alineación paralela de bordes o incluso superficies también se utiliza a menudo en diseños furtivos. La técnica implica el uso de un pequeño número de orientaciones de bordes en la forma de la estructura. Por ejemplo, en el F-22A Raptor , los bordes de ataque del ala y los planos de cola están dispuestos en el mismo ángulo. Otras estructuras más pequeñas, como las puertas de derivación de la entrada de aire y la abertura de reabastecimiento en vuelo , también utilizan los mismos ángulos. El efecto de esto es devolver una señal de radar estrecha en una dirección muy específica lejos del emisor del radar en lugar de devolver una señal difusa detectable en muchos ángulos. El efecto a veces se llama "brillo" por la señal muy breve que se ve cuando el haz reflejado pasa a través de un detector. Puede ser difícil para el operador del radar distinguir entre un evento de brillo y una falla digital en el sistema de procesamiento.
Los fuselajes de los aviones furtivos a veces presentan dentados distintivos en algunos bordes expuestos, como los puertos del motor. El YF-23 tiene dentados de este tipo en los puertos de escape. Este es otro ejemplo de la alineación paralela de características, esta vez en el fuselaje externo.
Los requisitos de forma restaron mucho valor a las propiedades aerodinámicas del F-117 . Es inherentemente inestable y no puede volar sin un sistema de control fly-by-wire .
De manera similar, recubrir la cubierta de la cabina con una película delgada de un conductor transparente ( oro depositado en vapor u óxido de indio y estaño ) ayuda a reducir el perfil de radar de la aeronave, porque las ondas de radar normalmente entrarían en la cabina, se reflejarían en los objetos (el interior de una cabina tiene una forma compleja, y el casco del piloto por sí solo formaría un retorno considerable) y posiblemente regresarían al radar, pero el revestimiento conductor crea una forma controlada que desvía las ondas de radar entrantes lejos del radar. El revestimiento es lo suficientemente delgado como para no tener efectos adversos en la visión del piloto.
Los barcos también han adoptado métodos similares. Aunque el anterior destructor de clase Arleigh Burke incorporó algunas características de reducción de firma. [37] [38] La corbeta noruega de clase Skjold fue la primera defensa costera y la fragata francesa de clase La Fayette el primer buque furtivo oceánico en entrar en servicio. Otros ejemplos son las fragatas holandesas de clase De Zeven Provinciën , la corbeta furtiva taiwanesa Tuo Chiang , las fragatas alemanas de clase Sachsen , la corbeta sueca de clase Visby , el dique de transporte anfibio USS San Antonio y la mayoría de los diseños de buques de guerra modernos .
Los materiales compuestos dieléctricos son más transparentes al radar, mientras que los materiales conductores de electricidad, como los metales y las fibras de carbono, reflejan la energía electromagnética que incide sobre la superficie del material. Los materiales compuestos también pueden contener ferritas para optimizar las propiedades dieléctricas y magnéticas de un material para su aplicación.
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Los materiales absorbentes de radiación (RAM), a menudo como pinturas, se utilizan especialmente en los bordes de las superficies metálicas. Si bien el material y el grosor de los recubrimientos RAM pueden variar, la forma en que funcionan es la misma: absorben la energía radiada desde una estación de radar terrestre o aérea en el recubrimiento y la convierten en calor en lugar de reflejarla de regreso. [39] Las tecnologías actuales incluyen compuestos dieléctricos y fibras metálicas que contienen isótopos de ferrita. El recubrimiento compuesto cerámico es un nuevo tipo de sistemas de materiales que pueden soportar temperaturas más altas con mejor resistencia a la erosión por arena y resistencia térmica. [40] La pintura comprende el depósito de colonias en forma de pirámide sobre las superficies reflectantes con los espacios llenos con RAM a base de ferrita. La estructura piramidal desvía la energía del radar incidente en el laberinto de RAM. Un material comúnmente utilizado se llama pintura de bolas de hierro . [41] Contiene esferas de hierro microscópicas que resuenan en sintonía con las ondas de radio entrantes y disipan la mayor parte de su energía como calor, dejando poco para reflejar de regreso a los detectores. Las FSS son estructuras periódicas planas que se comportan como filtros para la energía electromagnética. Las superficies selectivas de frecuencia consideradas están compuestas por elementos conductores pegados a la capa de ferrita. Los FSS se utilizan para la filtración y la absorción de microondas.
El modelado ofrece muchas menos ventajas de sigilo frente a los radares de baja frecuencia . Si la longitud de onda del radar es aproximadamente el doble del tamaño del objetivo, un efecto de resonancia de media onda puede generar un rendimiento significativo. Sin embargo, el radar de baja frecuencia está limitado por la falta de frecuencias disponibles (muchas son muy utilizadas por otros sistemas), por la falta de precisión de los sistemas limitados por difracción dadas sus largas longitudes de onda y por el tamaño del radar, lo que dificulta su transporte. Un radar de onda larga puede detectar un objetivo y localizarlo aproximadamente, pero no proporcionar suficiente información para identificarlo, apuntarlo con armas o incluso guiar a un caza hasta él. [42]
Los aviones furtivos intentan minimizar todos los reflejos de radar, pero están diseñados específicamente para evitar reflejar las ondas de radar en la dirección de donde provienen (ya que en la mayoría de los casos un emisor y un receptor de radar están en la misma ubicación). Son menos capaces de minimizar los reflejos de radar en otras direcciones. Por lo tanto, la detección se puede lograr mejor si los emisores están en diferentes ubicaciones de los receptores. Un emisor separado de un receptor se denomina radar biestático ; uno o más emisores separados de más de un receptor se denomina radar multiestático . Existen propuestas para utilizar los reflejos de los emisores, como los transmisores de radio civiles , incluidas las torres de radio de telefonía celular . [43]
Según la ley de Moore, la capacidad de procesamiento de los sistemas de radar aumenta con el tiempo, lo que acabará erosionando la capacidad del sigilo físico para ocultar vehículos. [44] [45]
Los radares de barrido lateral de apertura sintética se pueden utilizar para detectar la ubicación y el rumbo de los barcos a partir de sus patrones de estela. [46] Estos son detectables desde la órbita. [47] Cuando un barco se mueve a través de una vía marítima, levanta una nube de rocío que puede ser detectada por radar. [48]
La invisibilidad acústica desempeña un papel fundamental en los submarinos y los vehículos terrestres. Los submarinos utilizan amplios soportes de goma para aislar, amortiguar y evitar ruidos mecánicos que pueden revelar ubicaciones a los conjuntos de sonares pasivos submarinos .
Los primeros aviones furtivos de observación utilizaban hélices de giro lento para evitar ser escuchados por las tropas enemigas que se encontraban debajo. Los aviones furtivos que se mantienen subsónicos pueden evitar ser rastreados por el estampido sónico . La presencia de aviones furtivos supersónicos y con propulsión a chorro como el SR-71 Blackbird indica que la firma acústica no siempre es un factor importante en el diseño de aeronaves, ya que el Blackbird dependía más de su altísima velocidad y altitud.
Un método para reducir el ruido del rotor de un helicóptero es la modulación del espaciado de las palas . [49] Las palas de rotor estándar están espaciadas de manera uniforme y producen un mayor ruido a una frecuencia dada y sus armónicos . El uso de un espaciado variado entre las palas distribuye el ruido o la firma acústica del rotor en un rango mayor de frecuencias. [50]
La tecnología más simple es el camuflaje visual : el uso de pintura u otros materiales para colorear y romper las líneas de un vehículo o una persona.
La mayoría de los aviones furtivos utilizan pintura mate y colores oscuros, y operan solo de noche. Últimamente, el interés en el sigilo diurno (especialmente por parte de la USAF) ha enfatizado el uso de pintura gris en esquemas disruptivos , y se supone que las luces Yehudi podrían usarse en el futuro para ocultar el fuselaje (contra el fondo del cielo, incluso de noche, los aviones de cualquier color aparecen oscuros [51] ) o como una especie de camuflaje activo. El diseño original del B-2 tenía tanques en las alas para un químico inhibidor de estelas , que algunos afirman que es ácido clorofluorosulfónico, [52] pero esto fue reemplazado en el diseño final con un sensor de estelas que alerta al piloto cuando debe cambiar de altitud [53] y la planificación de la misión también considera altitudes donde se minimiza la probabilidad de su formación.
En el espacio, se pueden utilizar superficies reflejadas para reflejar vistas del espacio vacío hacia observadores conocidos o sospechosos; este enfoque es compatible con varios esquemas de sigilo de radar. Es esencial controlar cuidadosamente la orientación del satélite en relación con los observadores, y los errores pueden conducir a una mejora de la detectabilidad en lugar de la reducción deseada.
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Una columna de escape contribuye con una significativa firma infrarroja. Un medio para reducir la firma IR es tener un tubo de escape no circular (una forma de hendidura) para minimizar el área de la sección transversal del escape y maximizar la mezcla del escape caliente con el aire ambiente frío (ver Lockheed F-117 Nighthawk , toberas rectangulares en el Lockheed Martin F-22 y aletas de tobera dentadas en el Lockheed Martin F-35 ). A menudo, se inyecta aire frío deliberadamente en el flujo de escape para impulsar este proceso (ver Ryan AQM-91 Firefly y Northrop B-2 Spirit ). La ley de Stefan-Boltzmann muestra cómo esto da como resultado que se libere menos energía ( radiación térmica en el espectro infrarrojo) y, por lo tanto, reduce la firma térmica. En algunos aviones, el escape del reactor se ventila por encima de la superficie del ala para protegerlo de los observadores que se encuentran debajo, como en el Lockheed F-117 Nighthawk y el no sigiloso Fairchild Republic A-10 Thunderbolt II . Para lograr el sigilo infrarrojo , el gas de escape se enfría a las temperaturas donde las longitudes de onda más brillantes que irradia son absorbidas por el dióxido de carbono atmosférico y el vapor de agua , lo que reduce en gran medida la visibilidad infrarroja de la columna de escape. [54] Otra forma de reducir la temperatura de escape es hacer circular fluidos refrigerantes como combustible dentro del tubo de escape, donde los tanques de combustible sirven como disipadores de calor enfriados por el flujo de aire a lo largo de las alas. [55]
El combate terrestre incluye el uso de sensores infrarrojos tanto activos como pasivos. Por ello, el documento de requisitos de uniformes de combate terrestre del Cuerpo de Marines de los Estados Unidos (USMC) especifica estándares de calidad de reflexión infrarroja. [56]
Además de reducir las emisiones acústicas e infrarrojas, un vehículo furtivo debe evitar irradiar cualquier otra energía detectable, como la de los radares de a bordo, los sistemas de comunicación o las fugas de radiofrecuencia de los compartimentos electrónicos. El F-117 utiliza sistemas pasivos de infrarrojos y sensores de televisión de bajo nivel de luz para apuntar sus armas y el F-22 Raptor tiene un radar LPI avanzado que puede iluminar aviones enemigos sin activar una respuesta del receptor de alerta de radar .
El tamaño de la imagen de un objetivo en el radar se mide por la sección transversal del radar (RCS), a menudo representada por el símbolo σ y expresada en metros cuadrados. Esto no es igual al área geométrica. Una esfera perfectamente conductora de área de sección transversal proyectada de 1 m 2 (es decir, un diámetro de 1,13 m) tendrá una RCS de 1 m 2 . Tenga en cuenta que para longitudes de onda de radar mucho menores que el diámetro de la esfera, la RCS es independiente de la frecuencia. Por el contrario, una placa plana cuadrada de área 1 m 2 tendrá una RCS de σ = 4π A 2 / λ 2 (donde A = área, λ = longitud de onda), o 13.982 m 2 a 10 GHz si el radar es perpendicular a la superficie plana. [57] En ángulos de incidencia anormales , la energía se refleja lejos del receptor, lo que reduce la RCS. Se dice que los aviones furtivos modernos tienen una RCS comparable a la de pájaros pequeños o insectos grandes, [58] aunque esto varía ampliamente según el avión y el radar.
Si la RCS estuviera directamente relacionada con el área de la sección transversal del objetivo, la única manera de reducirla sería haciendo que el perfil físico fuera más pequeño. En cambio, al reflejar gran parte de la radiación o al absorberla, el objetivo logra una sección transversal de radar más pequeña. [59]
Los aviones de ataque furtivos, como el Lockheed F-117 Nighthawk , se utilizan habitualmente contra emplazamientos enemigos fuertemente defendidos, como centros de mando y control o baterías de misiles tierra-aire (SAM). El radar enemigo cubrirá el espacio aéreo alrededor de estos emplazamientos con una cobertura superpuesta, lo que hace casi imposible la entrada sin ser detectada por aviones convencionales. También se pueden detectar aviones furtivos, pero solo a corta distancia alrededor de los radares; para un avión furtivo hay importantes lagunas en la cobertura del radar. Por tanto, un avión furtivo que vuele una ruta adecuada puede pasar desapercibido para el radar. Incluso si se detecta un avión furtivo, los radares de control de tiro que operan en las bandas C , X y Ku no pueden pintar (para la guía de misiles) chorros de baja observabilidad (LO) excepto a distancias muy cercanas. [60] Muchos radares terrestres explotan el filtro Doppler para mejorar la sensibilidad a los objetos que tienen un componente de velocidad radial en relación con el radar. Los planificadores de misiones utilizan su conocimiento de las ubicaciones de los radares enemigos y del patrón RCS de la aeronave para diseñar una ruta de vuelo que minimice la velocidad radial y presente al mismo tiempo los aspectos de menor RCS de la aeronave al radar de la amenaza. Para poder volar por estas rutas "seguras", es necesario comprender la cobertura de radar del enemigo (véase inteligencia electrónica ). Los sistemas de radar aerotransportados o móviles, como los sistemas de alerta temprana y control aerotransportados (AEW&C, AWACS), pueden complicar la estrategia táctica para operaciones furtivas.
Después de la invención de las metasuperficies electromagnéticas , los medios convencionales para reducir la RCS se han mejorado significativamente. [61] [62] [63] Como se mencionó anteriormente, el objetivo principal en la conformación del propósito es redirigir las ondas dispersas lejos de la dirección retrodispersada, que suele ser la fuente. Sin embargo, esto generalmente compromete el rendimiento aerodinámico . [64] Una solución factible, que se ha explorado ampliamente en los últimos tiempos, es utilizar metasuperficies que puedan redirigir las ondas dispersas sin alterar la geometría de un objetivo. [61] [62] [63] Dichas metasuperficies se pueden clasificar principalmente en dos categorías: (i) metasuperficies de tablero de ajedrez, (ii) metasuperficies de índice de gradiente. De manera similar, los metamateriales de índice negativo son estructuras artificiales para las cuales el índice de refracción tiene un valor negativo para algún rango de frecuencia, como en microondas, infrarrojos o posiblemente óptico. [65] Estos ofrecen otra forma de reducir la detectabilidad y pueden proporcionar una casi invisibilidad electromagnética en longitudes de onda diseñadas.
El sigilo por plasma es un fenómeno propuesto para utilizar gas ionizado, denominado plasma , para reducir la RCS de los vehículos. Las interacciones entre la radiación electromagnética y el gas ionizado se han estudiado ampliamente para muchos fines, incluido el ocultamiento de vehículos del radar. Varios métodos pueden formar una capa o nube de plasma alrededor de un vehículo para desviar o absorber el radar, desde descargas electrostáticas más simples hasta descargas láser de radiofrecuencia (RF) más complejas, pero pueden ser difíciles en la práctica. [66]
Existen varios esfuerzos de investigación y desarrollo de tecnología para integrar las funciones de los sistemas de control de vuelo de aeronaves, como alerones , elevadores , elevones , flaps y flaperones en alas para realizar el propósito aerodinámico con las ventajas de un RCS más bajo para el sigilo, a través de geometrías más simples y menor complejidad (mecánicamente más simple, menos o ninguna parte o superficie móvil, menos mantenimiento), y menor masa, costo (hasta un 50% menos), resistencia (hasta un 15% menos durante el uso) e inercia (para una respuesta de control más rápida y fuerte para cambiar la orientación del vehículo para reducir la detección). Dos enfoques prometedores son las alas flexibles y la fluídica.
En las alas flexibles, gran parte o la totalidad de la superficie del ala puede cambiar de forma en vuelo para desviar el flujo de aire. Las alas adaptables y flexibles son un esfuerzo militar y comercial. [67] [68] [69] El ala aeroelástica activa X-53 fue un esfuerzo de la Fuerza Aérea de los EE. UU., Boeing y la NASA .
En fluídica , se está investigando la inyección de fluidos en flujos de aire para su uso en aeronaves para controlar la dirección, de dos maneras: control de circulación y vectorización de empuje. En ambos, las piezas mecánicas más grandes y complejas se reemplazan por sistemas fluídicos más pequeños, más simples y de menor masa, en los que las fuerzas más grandes en los fluidos se desvían mediante chorros o flujos de fluido más pequeños de manera intermitente, para cambiar la dirección de los vehículos. Las superficies de control mecánicas que deben moverse causan una parte importante de la sección transversal del radar de la aeronave. [70] [71] [72] Omitir las superficies de control mecánicas puede reducir los retornos del radar. [72] [73] [74] A partir de 2023 [actualizar], se sabe que al menos dos países están investigando el control fluídico. En Gran Bretaña, BAE Systems ha probado dos aviones no tripulados controlados por fluidos, uno a partir de 2010 llamado Demon , [73] [72] y otro a partir de 2017 llamado MAGMA, con la Universidad de Manchester . [74] En Estados Unidos, el programa de la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa ( DARPA ) denominado Control de Aeronaves Revolucionarias con Nuevos Efectores (CRANE) busca "... diseñar, construir y probar en vuelo un nuevo avión X que incorpore el control de flujo activo (AFC) como una consideración de diseño principal. ... En 2023, el avión recibió su designación oficial como X-65". [75] [76] En enero de 2024, comenzó la construcción, en la subsidiaria de Boeing Aurora Flight Sciences . [77] [78] Según DARPA, el Aurora X-65 podría completarse y presentarse a principios de 2025, y el primer vuelo se produciría en el verano de 2025. [77] [78]
En el control de circulación, cerca de los bordes de salida de las alas, los sistemas de control de vuelo de la aeronave se reemplazan por ranuras que emiten flujos de fluidos. [79] [80] [81]
Los buques de guerra de todo el mundo han incorporado funciones de reducción de firma, principalmente con el fin de reducir el alcance de detección de misiles antibuque y mejorar la eficacia de las contramedidas, en lugar de evitar la detección real. Entre estos buques se incluyen:
