En los sistemas de radar , la relación blip-to-scan , o blip/scan , es la relación entre el número de veces que aparece un objetivo en una pantalla de radar y el número de veces que teóricamente podría mostrarse. [1] Alternativamente, se puede definir como la relación entre el número de escaneos en los que se recibe una respuesta precisa y el número total de escaneos. [2]
"Blip" se refiere a los puntos dibujados en los radares de alerta temprana basados en las pantallas del indicador de posición del plan (PPI). Un "escaneo" es una búsqueda única de todo el cielo realizada por la antena giratoria. Un radar con una relación baja entre señales y escaneos capta solo unos pocos reflejos de un objeto (principalmente aviones), lo que lo hace más difícil de detectar.
Para un avión que vuela a alta velocidad y altitud, la relación se reduce aún más, haciendo que el avión sea casi invisible al radar. Este cambio en la firma del radar también se conoce como efecto Rodgers en honor a su proponente en los EE. UU., Franklin Rodgers. Estaba previsto que el Lockheed U-2 fuera reemplazado por el Lockheed A-12, mucho más rápido y sigiloso , por esta misma razón. Sin embargo, las actualizaciones de los sistemas de radar soviéticos aumentaron sus proporciones de señal a escaneo, dejando al A-12 obsoleto antes de que pudiera desplegarse. [3]
Los radares clásicos miden el alcance cronometrando el retraso entre el envío y la recepción de pulsos de señales de radio y determinan la ubicación angular mediante la posición mecánica de la antena en el instante en que se recibe la señal. Para escanear todo el cielo, la antena se gira alrededor de su eje vertical. La señal devuelta se muestra en un tubo circular de rayos catódicos que produce puntos en el mismo ángulo que la antena y desplazados del centro por el retardo de tiempo. El resultado es una recreación bidimensional del espacio aéreo alrededor de la antena. Esta visualización se denomina indicador de posición del plan, normalmente simplemente "PPI".
Estos puntos se conocen como blips . En condiciones óptimas, cada pulso enviado por el radar será devuelto y provocará que se muestre una señal en la pantalla. Los objetos más grandes devuelven señales más fuertes y, por lo tanto, producen señales más brillantes. Los aviones más lentos también producen señales más brillantes porque muchos retornos se dibujan aproximadamente en el mismo lugar de la pantalla, "sumándose".
En las pantallas de radar de la época de la Guerra Fría , los recubrimientos de fósforo de los CRT se mezclaban para que tuvieran una vida media del orden de la velocidad de rotación de la antena. Esto significaba que la pantalla mostraría los últimos retornos de un objeto determinado como una señal brillante, y los más antiguos como señales algo más tenues, a medida que se desvanecían. Se podrían esperar tres o cuatro señales de este tipo en la pantalla, dependiendo de la velocidad de escaneo de la antena. El operador podría determinar fácilmente la dirección de desplazamiento, desde el punto más tenue hasta el más brillante.
Una característica clave de todos los radares es la frecuencia de repetición de pulsos (PRF), que determina el alcance efectivo máximo. El tiempo entre pulsos debe ser lo suficientemente largo para que un solo pulso pueda alcanzar el rango máximo del sistema y luego regresar antes de que comience el siguiente pulso. Por ejemplo, un radar diseñado para tener un alcance de 300 kilómetros (190 millas) necesita esperar 2 milisegundos para que un pulso recorra el alcance máximo y regrese a la velocidad de la luz (300.000 km/s). Esto significa que un radar de este tipo puede enviar, como máximo, 500 impulsos por segundo (PRF). Si el radar enviara 1.000 impulsos por segundo, sería imposible determinar si un reflejo concreto procede de un objeto situado a 150 km del impulso que acaba de enviarse o de un objeto a 300 km que refleja el impulso anterior. Por otro lado, un radar de 150 km requiere sólo 1 milisegundo; esto hace posible un PRF de 1000.
Entrelazada con el PRF está la duración del pulso o ciclo de trabajo. Esto determina el alcance mínimo del sistema. Los pulsos más largos significan que el objeto tiene potencial para reflejar más energía. Sin embargo, el sistema de radar no puede detectar reflejos mientras envía un impulso. Para tener un alcance mínimo de 30 km, por ejemplo, un radar puede tener pulsos de no más de 0,1 ms de duración. Para un radar de alerta temprana, el alcance mínimo generalmente no es importante, por lo que se utilizan pulsos más largos para maximizar los retornos, pero el ciclo de trabajo fue, no obstante, una consideración de diseño importante.
Esos dos factores se combinan para determinar la intensidad de la señal devuelta desde un objeto distante. El uso de un ciclo de trabajo más corto permite un mejor alcance mínimo, pero también significa que se envía menos energía de radio al espacio durante un tiempo determinado, lo que reduce la intensidad de la señal de retorno. Asimismo, reducir el PRF para mejorar el alcance tiene el efecto de hacer que el sistema pase más tiempo escuchando, reduciendo también la cantidad total de energía transmitida. Esto significa que es inherentemente difícil producir un sistema de radar capaz de ver objetos pequeños a largas distancias, especialmente uno que también pueda detectar esos objetos a distancias más cortas. Con la electrónica moderna es relativamente sencillo hacer que un radar tenga diferentes PRF y ciclos de trabajo para permitir el funcionamiento en una amplia variedad de rangos, pero con la electrónica basada en tubos de la década de 1950 esto era extremadamente costoso.
También hay un efecto mecánico que también influye en la señal devuelta. Normalmente, una antena de radar está dispuesta para producir un haz muy estrecho, con el fin de mejorar la resolución angular. Los anchos de haz de 2 a 5 grados son comunes en los radares de largo alcance. Entrelazada con el ancho del haz está la velocidad de rotación de la antena, porque también determina la cantidad de tiempo que un radar giratorio pasará pintando un objeto determinado en cada escaneo. Por ejemplo, considere un radar con un ancho de haz de un grado y una antena que gira una vez cada diez segundos, o 36 grados por segundo. El haz pintará un objeto durante solo 1/36 de segundo mientras el haz de un grado lo recorre. Si el radar tiene un PRF de 500, el objeto será pintado con 14 pulsos por escaneo como máximo.
Además, los sistemas de radar de la Guerra Fría estaban lejos de ser perfectos. El sistema creaba una señal visible en la pantalla del operador si y sólo si recibía suficientes retornos con suficiente energía para elevarse por encima del ruido de fondo del sistema. Las condiciones atmosféricas, la interferencia electrónica de los componentes internos y otros factores a veces creaban retornos falsos conocidos como "desorden", ocultaban retornos reales o dificultaban que el operador interpretara correctamente las señales.
Estas características de diseño y la susceptibilidad a fallas se combinan para determinar la señal/escaneo de un radar.
Para comprender cómo se pueden utilizar estos diversos efectos para evitar la detección, resulta útil considerar un ejemplo del mundo real. Durante el período que nos ocupa, uno de los radares más comunes en la flota soviética era el radar P-20 y sus diversas versiones modificadas. Tenía una PRF de aproximadamente 375 a 750 PPS dependiendo del modo, su antena giraba a aproximadamente 6 RPM y tenía un ancho de haz angular de 2 grados. Contra un objetivo del tamaño de un bombardero que vuela a altitudes comunes, tendría un alcance de detección del orden de 250 kilómetros (160 millas). Tenía un ángulo de altitud máximo de 28 grados, lo que significaba que no se escaneaba un área importante por encima de la estación.
Consideremos un típico avión a reacción de la era temprana que volaba a 1.000 km/h. Con cada rotación completa de la antena, que dura 10 segundos, el avión se desplazará a 1000 km/h = 278 m/s * 10 = 2780 m, un poco menos de 3 km. En una pantalla con un radio de 300 km, esto representa un movimiento de sólo el 0,5% a lo largo de la superficie de la pantalla (600 km de diámetro), lo que produce un pequeño segmento de línea entre los dos puntos que es fácil de interpretar para un operador como una aeronave.
Pero si se aumenta la velocidad del objetivo, su movimiento se vuelve más pronunciado en la mira, haciéndolo menos reconocible y más difícil de rastrear. A Mach 3 (3.500 km/h a 25.000 m), los mismos diez segundos de movimiento representan más del 1,5% de la superficie de la pantalla. En este punto, el punto que se mueve lentamente se convierte en una serie de puntos individuales oscuros, que pueden confundirse más fácilmente con el desorden. Además, dado que los puntos están separados en la pantalla, los retornos ya no "se suman", lo que potencialmente reduce los retornos al mismo nivel que el ruido de fondo, haciéndolo invisible.
Un operador que vea una línea de pequeños puntos en su pantalla podría eventualmente reconocer el regreso como un avión. Para frustrar incluso esto, se diseñaron aviones para volar lo más alto posible. Suponiendo que un avión de alta velocidad vuele a 90.000 pies, o 27 km, esto significa que el avión estará por encima del ángulo máximo del radar cuando se acerque a unos 100 kilómetros (62 millas) de la estación. Suponiendo que se detecte por primera vez a 250 kilómetros (160 millas), eso significa que solo es visible en un rango de 150 kilómetros (93 millas). A Mach 3, esto significa que sería visible, incluso en teoría, durante unos 3 minutos. Esto deja muy poco tiempo para organizar una interceptación.
Y de ahí el concepto de utilizar el blip/scan para evitar la detección. Un avión de alta velocidad y gran altitud podría sobrevolar los radares de alerta temprana sin ser reconocido. Además, incluso si un operador reconociera la señal como una aeronave, el pequeño número de retornos y el rápido movimiento a través de la pantalla haría difícil o imposible calcular manualmente una trayectoria para retransmitirla a la aeronave interceptora.
La suplantación de Blip/scan se descubrió a finales de la década de 1950, una época en la que la interceptación controlada desde tierra de interceptores tripulados era la única táctica práctica contra los bombarderos. Esto condujo a una carrera armamentista en miniatura, aunque breve y fallida.
El Lockheed U-2 voló a gran altura pero no a una velocidad particularmente alta. Incluso antes de que el U-2 entrara en funcionamiento en junio de 1956, los funcionarios de la CIA estimaron que su esperanza de vida para volar con seguridad sobre la Unión Soviética antes de que los soviéticos desarrollaran contramedidas sería de entre 18 meses y dos años. [4] Después de que comenzaron los sobrevuelos y los soviéticos demostraron la capacidad de rastrear el U-2 e hicieron intentos creíbles de interceptarlo, esta estimación se ajustó a la baja; en agosto de 1956, Richard Bissell redujo el número a seis meses más. [5] En la práctica, esta ventana resultó un poco más larga; pero el punto general quedó alarmantemente demostrado en la crisis del U-2 de 1960 .
Se estaba considerando un reemplazo para el U-2 incluso antes de que comenzaran sus misiones operativas. Originalmente, estos estudios se centraron completamente en la reducción de la sección transversal del radar (RCS), pero después de que Franklin Rodgers introdujo la idea de falsificar el blip/scan en 1957, los planes se cambiaron para investigar diseños de alta velocidad y gran altitud. Lockheed calculó que para ser eficaz contra los radares soviéticos conocidos, un avión tendría que viajar entre Mach 2 y Mach 3 a 90.000 pies y tener un RCS de unos 10 metros cuadrados. Esto llevó a una serie de propuestas que fueron seleccionadas entre Lockheed A-12 y Convair Kingfish .
Fue durante el desarrollo de estos aviones que se hicieron evidentes los problemas para evitar blip/scan. Se descubrió que los gases de escape a alta temperatura de estos motores de avión reflejaban la energía del radar en determinadas longitudes de onda y persistían en la atmósfera durante algún tiempo. Sería posible que los soviéticos modificaran sus radares para utilizar estas frecuencias y, de ese modo, rastrear los objetivos de forma indirecta pero fiable.
También se comprendió que, dado que la evitación de blip/scan dependía más de un problema en las pantallas soviéticas que de los principios del radar, cambiar estas pantallas podría hacer que la técnica fuera discutible. Un sistema que registraba los retornos del radar en una computadora y luego dibujaba los objetivos en la pantalla como un ícono cuyo brillo era independiente del retorno físico (un sistema en el que los retornos no tenían que "sumarse" para aparecer en la pantalla ) eliminó la posibilidad de confusión del operador. Esto era particularmente preocupante, porque la propia USAF estaba en el proceso de introducir precisamente este tipo de exhibición como parte de su proyecto SAGE .
Finalmente, la introducción de los primeros misiles antiaéreos eficaces cambió radicalmente las reglas del juego. Los radares para trazar una intercepción aérea generalmente se fabricaban con el mayor alcance posible para dar a los operadores tiempo suficiente para guiar la aeronave interceptora hacia el objetivo a medida que se movía a través de la pantalla. Esto condujo a proporciones bajas de señal/escaneo y a una predicción inexacta de las trayectorias de los aviones. Esto se había visto agravado por la dificultad de desplazar rápidamente los aviones de intercepción.
Los misiles resolvieron ambos problemas. Las estaciones de misiles guiaban sus misiles con sus propios sistemas de radar, cuyo alcance máximo era sólo un poco mayor que el propio alcance de vuelo del misil, unos 40 km en el caso del SA-2 Guideline ; por lo tanto, tenían PRF mucho más altos y, como resultado, los problemas de señal/escaneo se redujeron considerablemente. Los defensores todavía tendrían el problema de encontrar el objetivo a tiempo para prepararse para un contraataque con misiles, pero esto de ninguna manera era tan difícil ni requería tanto tiempo como el de un avión tripulado y confiar en el operador del radar para guiarlos hacia el objetivo antes que el avión. alcance del radar izquierdo.
Cuando el A-12 estuvo operativo a principios de la década de 1960, la técnica para evitar blip/scan ya no se consideraba útil. El A-12 nunca sobrevoló la Unión Soviética (aunque estuvo a punto de hacerlo) y se limitó a misiones contra otros países, como Vietnam . Incluso aquí el rendimiento del avión resultó cuestionable, y los A-12 fueron atacados por misiles SA-2 en varias ocasiones, sufriendo daños menores en un caso.