domingo, 25 de octubre de 2015

Fox Two! (La historia y las curiosidades del Sidewinder)

Resultado de imagen de mig´s vs sabresEn 2008 mi compañía me envió a instruir pilotos comerciales a Taiwan. Me tomé el viaje como algo más que un simple trabajo y me dediqué a visitar el estrecho que separa esta isla de la China continental, pues mientras cursaba estudios militares sobre armamento (a principios de los 80) había leído mucho sobre las historias de los combates aéreos que tuvieron lugar en aquella parte del mundo.

 El 23 de agosto de 1958, la china comunista liderada por Mao Zedong atacó al líder de los nacionalistas Chiang Kai Shek por un "quítame allá esas islas". Este conflicto meneó el Statu Quo establecido después del conflicto coreano y llegó a ser uno de los momentos álgidos de la Guerra Fría. El episodio pasaría a  la historia por haber sido el segundo gran enfrentamiento entre la china "roja" y la "nacionalista" (apoyada por la flota norteamericana). La confrontación tuvo lugar en el estrecho de Formosa (actual Taiwan) y entre otras muchas cosas puso de manifiesto la superioridad de los MiG-17 "Fresco" sobre los menos capaces Sabre F-86F pilotados por los nacionalistas taiwaneses que a su vez estaban adiestrados por los pilotos norteamericanos. Este episodio es considerado hoy en día todo un clásico de los combates aéreos. El hecho en sí dejaba claro que existía una gran superioridad tecnológica por parte de la URSS a la hora de diseñar cazas a reacción, pero por otra parte mostró al mundo la gran visión de futuro de los Estados Unidos al dotar por sorpresa a un avión de inferiores características con un arma muy superior (y todo ello en el más estricto de los secretos).

Fox es una clave o forma abreviada que utilizan los pilotos de aviones militares pertenecientes a la OTAN para referirse (y advertir a otros pilotos) al lanzamiento de un misil aire-aire. El número describe el tipo de guiado del misil.
  • Fox One - Indica lanzamiento de un misil guiado por un radar semi-activo (por ejemplo, el AIM-7 Sparrow).
  • Fox Two - Indica lanzamiento de un misil guiado por un radar infrarrojo (por ejemplo, el AIM-9 Sidewinder).
  • Fox Three - Indica lanzamiento de un misil guiado por un radar activo (por ejemplo, el AIM-120 AMRAAM).
AIM es el acrónimo de Air Interception Missile.


Toda una leyenda de los combates aéreos. MiG's contra Sabres. 

Los MiG-17 de fabricación soviética volaban más rápido y más alto que el avión norteamericano. La "amenaza roja" no podría ser derribada por los cañones de los cazas occidentales y sus orgullosos pilotos gozaban de casi total impunidad. Parecía que la supremacía aérea (elemento clave de cualquier guerra) estaba ganada... o quizás no. En septiembre los cazas norteamericanos fueron armados con una especie de tubo largo provisto de unas pequeña aletas y una sección de morro dotada de un fino cristal en vez de una cabeza explosiva.

La nueva arma aérea se parecía más a un cohete que a otra cosa. No tenía forma de ser guiada desde el avión por  ningún medio. No había cables para dirigirla, ni radio, ni nada que pudiera indicar que una vez lanzada este arma pudiera dirigirse a un blanco... pero las apariencias engañaban. Los Norteamericanos acababan de poner en servicio nada más y nada menos que el más famoso misil A/A-IR (Aire /Aire - Guiado Infrarrojo) de todos los tiempos. El Sidewinder. El misil que, una vez lanzado, por sí solo podía perseguir y destruir a sus blancos. Los norteamericanos acababan de establecer el famosísimo concepto del "Fire and Forget" (dispara y olvida).

File:Heat-Homing Rocket on AD Skyraider c1952.JPG
Un Sidewinder primitivo montado en un Douglas A-1 Skyraider para pruebas. Nótese las aletas de dirección cuadradas
Los orígenes de este misil habría que buscarlos en los intentos de la I GM con el "Le Prieur", pero sobre todo en el famoso sistema alemán de misiles guiados "Ruhrstahl X-4" de la II GM. Este cohete aire-aire (proto-misil guiado con cable) nunca fue demasiado efectivo, jamás llegó a probarse en combate y el proyecto para mejorarlo tuvo que ser cancelado al final de la guerra para centrar todos los esfuerzos en los nuevos cazas a reacción de la Luftwaffe. Una vez más los alemanes demostraban que verdaderamente eran la nación tecnológicamente más avanzada del mundo. Los norteamericanos calcularon en algún momento de la guerra que Alemania estaba 15 años más avanzada que sus enemigos en muchos aspectos, como este de los misiles.

Una vez acabada la II GM, se pensaba que el combate aéreo se decidiría en un futuro a base del derribo de bombarderos estratégicos de largo alcance armados con cabezas nucleares. Los expertos de la época abogaban por desarrollar misiles dotados de cabezas buscadoras con RADAR para poder adquirir los blancos y perseguirlos. Mientras tanto, un joven físico (secundado por una docena de frikis de la tecnología), trabajaba para la Marina estadounidense en China Lake (desierto de Mojave en California). El Dr. McLean compartía con sus expertos la afición a desarrollar ideas innovadoras en multitud de campos.  Una de estas ideas era la de crear una especie de sensor a base de sulfuro de plomo que era sensible a la radiación infrarroja generada por el calor. Aunque el campo en el que debía de desenvolverse el profesor McLean era el de R&D (Research and Development), y no al diseño de armas, el equipo trabajaba en el proyecto más como una afición que otra cosa. Se llegó a decir por aquella época que el complejo de armamento más grande de los estados Unidos era en realidad el taller de hobbies y "chapuzas"varias de McLean.

Dr. William B. McLean (1914-1976). El padre del famoso Sidewinder en una foto de 1960.
Graduado tres veces en física por el instituto de tecnología de california (Caltech), terminó su doctorado en 1939.
Trabajó toda su vida como experto en armamento, primero para el National Bureau of Standards y posteriormente en el NOTS (actualmente el Naval Air Weapons Station China Lake)


El sensor desarrollado por el equipo de voluntarios de McLean podría ser aplicado a una espoleta. El potencial para el desarrollo de un misil autónomo era enorme. Todo lo que debían de hacer era acercarse al blanco con el sensor y cuando la espoleta estuviera lo suficientemente cerca del blanco... hacerla estallar. La idea era sencilla, pero la tarea de construirla muy complicada. MacLean llegó a decir aquello de “It is easy to build something complicated; it’s hard to build it so that it’s simple.”

Sin apoyo oficial del centro y sin permiso por parte del gobierno, McLean se embarcó en el proyecto de desarrollar una nueva arma dedicándole horas extras, simplemente por el placer de trabajar en algo complicado, pero que realmente le gustaba. el sistema requería conocimientos de explosivos, de guiado a distancia, de óptica y de cálculo avanzado y lógica "inteligente"entre otras muchas cosas. La tarea era enorme. Le llevó nada menos que cinco años poder dar con la solución correcta. 

 El diseño final se basaba en un una cabeza buscadora dotada de un espejo parabólico igual que el que usan los telescopios, solo que esta vez el espejo giraba como un giróscopo a unos 4200 RPM. el espejo parabólico rotatorio se situaba en la punta del misil y se protegía con un fino cristal transparente. La distancia y el ángulo de reflexión de una señal infrarroja reflejada en el espejo parabólico impactaba en el sensor. Este sensor inicialmente era un detector basado en el sulfuro de plomo.  Un calculador comparaba estos ángulos y distancias con el eje de giro del espejo, de forma que la fuente de calor siguiera siempre en el campo de "visión" del espejo por medio de unos motores y electroimanes que reorientaban este para que la fuente siempre se mantuviera dentro de los límites del dispositivo. De la misma forma la señal se enviaba a unas aletas orientables en la parte delantera del misil, que mantenía a este en la dirección a la fuente de calor.


El control y el guiado son las dos partes en las que se puede dividir el problema de llevar el misil al blanco, si cabe la analogía, el sistema de guiado puede ser considerado “El Cerebro”, mientras que el sistema de control “El Musculo” que mantiene el misil en trayectoria.
Se dice que el que más adelante sería astronauta del proyecto Mercury, Wally Schirra, visitó las instalaciones donde McLean experimentaba con el prototipo de misil. Schirra, había sido uno de los pilotos más veteranos en la Guerra de Corea y ya estaba muy experimentado en técnicas y tácticas de combate aéreo (abatió a un MiG-15). En el laboratorio de China Lake, Schirra recuerda que pasó con un cigarrillo en su mano por delante de "esa cosa" que tenía como un ojo de cristal ...y la muy puñetera (en original fue más soez), le siguió los movimientos de la mano durante todo el tiempo. Schirra es recordado porque fue uno de los astronautas del Mercury 7, pero también estuvo en el programa del Sidewinder.

El sistema de guiado de misiles es el encargado de mantener al misil en la correcta trayectoria de vuelo entre el lanzamiento y el blanco, de acuerdo a las señales recibidas de la unidad de detección.

El equipo de McLean había creado un sensor que seguía objetos calientes con bastante precisión. Eso ya era todo un logro, pero  ahora el problema que tuvieron que resolver en el laboratorio de McLean era el de la estabilidad del misil. Para que el giro del misil no afectara a al espejo giratorio, los técnicos inventaron algo extremadamente sencillo pero de gran utilidad práctica. Se trataba ni más ni menos que de los famosos "rolerones" (rollerons), con los que todos los que hemos trabajado con este misil hemos jugueteado haciéndolo rotar (...y a veces haciendo el tonto nos pillábamos los dedos).

La estabilización de la actitud de vuelo es absolutamente necesaria si se quiere que el misil responda correctamente a las señales de guiado. Los rolerones ayudan a tal fin. En la imagen se puede ver el detalle de la canalización del aire por medio de pequeños álabes aerodinámicos.

Cuando el misil se encontraba en vuelo, el aire impactaba en los dientes de la ruedecilla haciéndola girar a gran velocidad. La ruedecilla en realidad era una masa muy pesada y ya se sabe que cuando una masa rota se convierte en un giróscopo. Una de las propiedades del giróscopo es la llamada "rigidez en el espacio", o lo que es lo mismo su capacidad para mantener la posición independientemente de fuerzas externas (lo que hace la peonza en nuestra mano al moverla). Pues bien, esta simple propiedad hacía que las aletas traseras giro-estabilizaran todo el cuerpo del misil impidiendo su rotación sobre el eje longitudinal. Sencillo y barato, pero muy efectivo. En realidad ese es el secreto de la industria aeroespacial. Todo lo que tu puedas imaginar, un ingeniero aeronáutico lo conseguirá más barato :)

El secreto de los rolerones. En vuelo, el aletín sobresale un poco hacia arriba y pivota sobre su eje. El rolerón es una rueda dentada que adquiere propiedades giroscópicas para mantener al misil estable a lo largo de su eje longitudinal. 

Pero con todo y con eso, la tarea más difícil con la que tuvo que enfrentarse el equipo de McLean, fue con la capacidad de seguimiento del misil. La cabeza del misil podía detectar donde se encontraba el blanco en un momento dado y podía volar de forma giroestabilizada, pero no podía predecir dónde iba a estar el blanco en el siguiente momento. Se trataba ni más ni menos que de "hacer pensar" al calculador para que pudiera predecir la trayectoria del blanco. Esto es lo que en la academia militar nos decían que era la trayectoria "caza-curva" del misil.

Así pues, se requería que además de ser autónomo, el misil siguiera continuamente al blanco, que maniobrara mejor que el blanco, que lo alcanzara y que lo destruyera. Estamos hablando de tecnología de finales de los 50. Los ordenadores como el ENIAC eran tan grandes como una habitación y funcionaban con lámparas de vacío. Lo que el equipo de McLean hizo en China Lake es algo que asombra incluso hoy en día. Acababan de inventar un robot autónomo que se disparaba y él solito hacía el resto. Lo llamaron Sidewinder en clara referencia a la serpiente del mismo nombre que habita en aquel desierto de Mojave y que ataca a sus víctimas en plena oscuridad aproximándose a ellas precisamente por el calor que desprenden sus cuerpos. Un nombre muy apropiado.  

En las pruebas en vuelo llevadas a cabo por Schirra y los demás pilotos, no era infrecuente que estos se divirtieran de vez en cuando apuntando con la cabeza sensor a tractores, trenes y otros vehículos que generaban calor. La mayor queja de estos pilotos era la de tener que estar monitorizando todo el tiempo un voltímetro instalado en la carlinga del avión para ver si el misil se encontraba dentro de los parámetros apropiados de distancia y ángulo para el disparo. Schirra decía que un piloto de caza en un combate Dogfight no podía estar mirando hacia abajo para poder saber si podía o no efectuar un disparo (muy cierto). En ese sentido se resolvió el problema con la adopción de un zumbido de unos 840 Hz que hoy mundialmente famoso porque indica como el misil está en rango para el disparo. Así que el robot diseñado para derribar aviones no solo calculaba la posición del blanco, sino que también le hablaba al piloto para decirle cuando debía disparar.


USN Capt. Wally Schirra (segundo por la derecha) recepcionando un F2H Demon de la casa McDonnell Douglas. Cuenta Schirra que cuando estuvo involucrado en el programa de pruebas del misil, un Sidewinder proveniente de su propio avión se volvió contra él. El ex-piloto de la Navy ejecutó una maniobra hoy considerada clásica. Encaró inmediatamente al misil con un brusco giro y lo sacó de la envolvente de vuelo.

En el vídeo que se muestra a continuación se puede oír este sonido en un simulador de combate para PC.

  

Cinco años después de su desarrollo el misil estaba siendo entregado y usado para entrenar a los pilotos.  En la Operación "Black Magic" se usaron F-100 Super Sabre para simular los MiG-17 Fresco y así poder entrenar a los pilotos Nacionalistas. El 24 de septiembre de 1958 estos pilotos lograron derribar al menos 10 frescos. Dos semanas más tarde los Chinos comunistas pedían entablar conversaciones de paz.

Los soviéticos estaban atónitos ante tal arma. Nadie sabía como era, pero un día un MiG recibió un impacto de Sidewinder con tal fortuna que la carga explosiva no detonó. El misil quedó empotrado en el fuselaje del avión y el piloto logró regresar a la base con él. El secreto se había desvelado. Por medio de técnicas de "ingeniería inversa" los soviéticos analizaron el nuevo arma. Pocos meses después ellos producían la suya propia (una copia del Sidewinder) y lo bautizaron K-15 (nombre en clave de la OTAN AA-2 "Atoll". La balanza se igualaba una vez más.

El cuerpo motor y  la cabeza de guerra pintados en azul significa que este misil es inerte (de prácticas). Solo la cabeza buscadora es funcional para poder entrenar al piloto.


Construcción 


El misil se compone de cuatro secciones principales: adquisición de blanco, orientación, ojiva y motores cohete. Estos se encuentran en un tubo de aluminio de 12,7 cm de diámetro.

La Unidad de Guía y Control (GCU) contiene la mayor parte de la electrónica y la mecánica del misil. Determina si el misil está o no sobre la trayectoria correcta, si está fuera de ella enviará señales de error al sistema de control. En la parte delantera del misil, detrás de un cristal se encuentra la cabeza buscadora IR con el espejo y varios sensores de sulfuro de plomo - o  indio antimoniuro  en la variante AIM-9L - Los componentes también abarcan a los fotorresistores o una matriz de plano focal en el AIM-9X. La cabeza buscadora mantiene al misil en vuelo estable y convierte señales del sistema de guiado en órdenes para modificar la trayectoria del misil.

Dentro de la cabeza del misil se encuentra la electrónica que recoge datos, señales interpretadas y generadas para el control de dirección que mueven las aletas delanteras. Desde la GCU existe una conexión eléctrica (cordón umbilical) que conecta los datos de la cabeza con la aviónica de la aeronave para el cálculo de tiro.




La electrónica utiliza una botella de  argón o nitrógeno líquido para la refrigeración del conjunto (AIM-9X). En el extremo posterior de la GCU un generador de gas o una batería térmica (AIM-9X) proporcionan la energía eléctrica necesaria para el vuelo autónomo. A continuación viene una espoleta con ocho emisores/detectores que provocan que la ojiva detone cuando el misil se encuentre lo suficientemente cerca del blanco. Es la espoleta de proximidad que se activará cuando el calculador reconozca que el misil no va a impactar con el blanco y que además ya no le queda energía para seguir persiguiéndolo. 


Parte delantera de un AIM-9L
Los últimos modelos del AIM-9 tienen una cabeza esférica con efecto de fragmentación  que se compone de muelles de acero arrollados en espiral rellenos con 6 kg de Tritonal. Menudo pepino!

La sección de la unidad con el motor del cohete sólido contiene tres piezas de conexión que conectan el misil con el carril de lanzamiento. Estas tres piezas también ofrecen contacto eléctrico para decirle al computador de armamento de la aeronave que lleva montada una de estas armas y le dice además en la estación donde se encuentra. Para los modelos más antiguos, las aletas de la cola sólo servían como elementos de estabilización aerodinámica, mientras que el control de vuelo se hacía con las aletas delanteras. En el moderno AIM-9X esta función se ha invertido por primera vez ya que la tobera de salida de gases es ahora orientable.

Función del sistema de infrarrojos 



Geometría de la adquisición de blancos

La principal ventaja del Sidewinder era su sistema de guiado simple pero eficaz. se trataba de una combinación mecánica y ordenadores analógicos. En la época en la que se desarrrolló no existían los ordenadores digitales con potencia y compacidad suficiente. Todo esto cambió radicalmente en la de cada de los 90 y se pudo poner en práctica en el ultramoderno AIM-9X.

En la Segunda Guerra Mundial los alemanes ya tenían sistemas de guiado infrarrojo en programas de misiles experimentales, como en el Enzian parecido al que comentamos al principio. Sin embargo, el final de la guerra impidió un mayor desarrollo. El Enzian tenía un detector de IR montado en una especie de pequeño telescopio (lente cóncava). Lo curioso del caso es que el detector que utilizaban los alemanes era en realidad de fabricación austriaca. La empresa Kepka basada en Viena utilizaba un sensor muy avanzado para aquella época que se llamaba "Madrid".

El famoso Sidewinder norteamericano mejoró todas estas técnicas ya conocidas por los alemanes y lo hizo con el consabido "pragmatismo Yankee". Los norteamericanos simplificaron y mejoraron el sistema de tal manera que este misil se ha convertido en una de esas cosas que funcionan tan bien y son tan (relativamente) baratas que no son fáciles de sustituir. El misil infrarrojo por excelencia ha ido mejorando mucho con el paso del tiempo y su última versión AIM-9X es muy avanzada, con capacidad de discriminar entre blanco y señuelo. Posibilidad de "blocar" después del lanzamiento por otro avión distinto al portador mediante Data-Link para poder ser redidrigido. 


Hoy en día hay otros misiles IR mucho más modernos, como el Europeo IRIS-T que equipa al poderoso Eurofighter, pero... cada lanzamiento (impacte en blanco o no) son 400.000 Euros del ala! Un modelo AIM-9L tendría un coste muy inferior.

Post relacionado:
http://greatbustardsflight.blogspot.ch/2015/10/hablemos-de-misiles-aa.html

4 comentarios:

  1. Manolo:

    Un verdadero placer degustar esta entrada (junto con la del otro día), tiene, para mi, todos los ingredientes de la receta perfecta, tecnología, historia y...experiencia personal, vamos, tdo un "hit". Además, y esto también es una opinión personal, entre gestión de aerolíneas y misiles AA no hay color (sin desmerecer, ni mucho menos, esas otras entradas ;)).
    Para que no parezca que todo es coba, y a modo de tocanarices (esto, como la frase de Schirra también ésta degradado), un sólo pero: creó que el avión portador del prototipo del Sidewinder no es un F3D Skynight sino un A4D Skyrider (A-1 post 1962). Puede que la confusión venga de una foto bastante conocida en la que los prototipos del Sparrow (y no Sidewinder) van bajo el ala de un Skynight.
    Lo dicho, un placer leerte.
    Un saludo y hasta pronto.
    Pablo.

    ResponderEliminar
    Respuestas
    1. Hola Pablo, muchas gracias por tu amable comentario y por el "tirón de orejas" Jajaja Tienes razón, es un Douglas A-1 Skyraider como la copa de un pino. Mira que haberlo confundido... "toy tonto".

      Un saludo
      Manolo

      Eliminar
  2. Interesantisimo, como siempre.
    No estaria mal un articulo comparativo entre los cazas occidentales y los rusos. Los anti-yankees siempre dicen que los Mig son superiores. Yo no estoy tan seguro.
    Carlos

    ResponderEliminar
    Respuestas
    1. Hola Carlos, muchas gracias por tu comentario y ¡Oído cocina! Me pongo rápidamente con tu sugerencia. Un gran tema el que has propuesto desde luego. Te adelanto que la cosa va de aviones rápidos y de quien se copio de quien... Ahí lo dejo. En cuanto lo pula un poco lo subo y comenzamos el debate :)

      Un saludo
      Manolo

      Eliminar