Los aviones furtivos todavía tienen un problema muy visible: las estelas de vapor

Los científicos aún no han descubierto cómo impedir que los aviones produzcan estas estelas de vapor de agua a gran altitud.

Los foros militares en línea como SecretProjects se volvieron locos el año pasado por una imagen granulada y confusa de un avión. La mejora digital básica mostró una nave con alas de murciélago diferente a cualquier avión militar estadounidense conocido, recortada contra el cielo azul. El consenso entre los medios de defensa fue que esta misteriosa nave debía ser un dron furtivo RQ-180 de alto secreto, utilizado para misiones de espionaje en las áreas más sensibles, como Irán, otras partes de Medio Oriente y áreas cercanas a China.

Fue la segunda de tres fotografías de este tipo que surgieron en los últimos años. Los tres aviones fueron delatados por la misma característica decididamente no sigilosa.

"Escuché un leve ruido de avión y noté una estela justo encima de nosotros", dijo Joerg Arnu, quien presenció el tercer avión misterioso, a The Drive, un sitio web centrado en la cultura automotriz y asuntos militares.

Esa estela, un rastro de vapor de agua en forma de nube producido por aviones a gran altitud, los llevó directamente al misterioso avión, como una larga flecha blanca que decía "aquí estoy".

"Es el equivalente sigiloso de salir del baño, dejando un rastro de papel higiénico detrás de su zapato", dice Scott Lowe, un fotógrafo que captó una rara imagen de un avión espía U-2 después de notar su estela a principios del año pasado.

La tecnología furtiva redujo drásticamente las firmas de radar e infrarrojos de los aviones que alertaban a las defensas aéreas de su presencia. Anteriormente, los aviones eran detectados con mayor frecuencia por radar a larga distancia. Los ingenieros también han desarrollado una variedad de técnicas para eliminar las estelas de vapor por completo. Entonces, ¿por qué algunos aviones supuestamente “secretos” todavía los dejan atrás?

Prepárese para sumergirse en el mundo de las artes oscuras de la aviación: humo y espejos, ácido y láseres.

Las estelas de vapor (o rastros de condensación) son visibles por la misma razón que el aliento o los gases de escape de un automóvil en un día frío. El aire cálido y cargado de humedad se mezcla con el aire frío y seco y crea condensación. En el caso de las estelas de vapor, la condensación se produce en forma de pequeños cristales de hielo. Se forman alrededor de pequeñas partículas, principalmente hollín, en el escape del motor.

Las estelas de vapor se convirtieron en un problema por primera vez durante la Segunda Guerra Mundial, cuando las formaciones masivas de bombarderos de las Fuerzas Aéreas del Ejército de EE. UU. dejaron amplias franjas de estelas en el cielo. Los cazas alemanes podían ver las estelas a kilómetros de distancia, mucho antes de que los aviones fueran visibles, y aprendieron a enfocarse en ellas para interceptarlas.

Los magos técnicos desarrollaron "paja", formada por pequeñas tiras metálicas, para que los aviones la desplegaran detrás de ellas como nubes reflectantes. Ayudó a cegar el radar alemán, pero las estelas aún permanecían visibles. Esto hizo que las redadas nocturnas fueran la opción preferida. Después de la guerra, los aviones reemplazaron a los motores de pistón; desafortunadamente, dejaron estelas aún más distintas.

Los pilotos pronto descubrieron que las estelas de vapor a menudo podían eliminarse cambiando ligeramente la altitud, aunque la ciencia detrás de esto no se entendió completamente hasta la década de 1950.

"En teoría, siempre habrá aire más seco a unos miles de pies por encima de usted", dice Adam Durant, director ejecutivo de SATAVIA, que produce software de predicción y modelado de estelas. Esto generalmente hace que sea fácil encontrar un nivel donde no se formen estelas de vapor.

El problema era que a veces los pilotos no veían que estaban dejando una estela hasta que era demasiado tarde y debido a la visibilidad limitada detrás de ellos. Esto era literalmente una cuestión de vida o muerte para los pilotos de los aviones espía U-2 de la CIA que volaban sobre territorio soviético. Los pilotos pronto descubrieron una solución sencilla: equipar el avión con un espejo retrovisor fuera de la cabina para poder ver detrás del avión.

Las pruebas se llevaron a cabo con el "Artículo 349", un U-2 especialmente modificado para probar una variedad de tecnologías furtivas, incluida la pintura de absorción de radar conocida como "terciopelo negro" y un espejo retrovisor. Los detalles del proyecto de 1958 no se publicaron hasta 2003, e incluso entonces los informes fueron redactados, pero es evidente que los fabricantes del U-2, Lockheed y la Fuerza Aérea, participaron en la evaluación.

"La Operación considera que esta instalación es un activo valioso", según la evaluación de la CIA en 'Rear View Mirror'. "La necesidad aumentará a medida que pase el tiempo, según las estimaciones de las futuras capacidades rusas para interceptar".

Las pruebas demostraron que el piloto podía ver una estela cuando tenía menos de una milla de largo; se esperaba que también pudiera ser útil para detectar cazas interceptores. El espejo retrovisor exterior se convirtió en equipo estándar y se instaló en muchas versiones posteriores del U-2.

Mientras tanto, los ingenieros de la Fuerza Aérea buscaban soluciones que no requirieran que el avión cambiara su trayectoria de vuelo. Se centraron en las partículas del escape alrededor de las cuales se forman las gotas de agua.

“La cantidad de cristales de hielo depende en gran medida de la cantidad de partículas de hollín. Si las redujéramos, eso reduciría las estelas”, dice el Dr. Marc Stettler, experto en emisiones del transporte en el University College de Londres.

Los investigadores descubrieron que uno de los principales contribuyentes era el trióxido de azufre, que resultaba de la combustión del azufre en el combustible, por lo que probaron mezclas de combustible bajas en azufre. Al final el efecto no fue suficiente, pero las investigaciones continuaron durante algunos años.

La misma investigación reveló que podría haber otra forma de lidiar con las estelas alterando el combustible. En lugar de evitar que se formara una estela reduciendo el azufre, aumentaron la cantidad de azufre para que hubiera aún más partículas en el escape. La idea era que esto cambiaría el tamaño de las gotas en la estela para hacerla invisible.

Según un estudio de la Fuerza Aérea de los EE. UU. de 1962, si el tamaño de las partículas pudiera reducirse a menos de medio micrón, la estela aparecería como una neblina azul en lugar de un rastro blanco: “Desde cualquier distancia, esta neblina azul sería sustancialmente invisible debido a la falta de contraste con la atmósfera”.

Los investigadores pasaron a soplar dióxido de azufre directamente en la entrada de aire, pero ni siquiera esto fue suficiente. El Dr. Roger Teoh, que está explorando el impacto de la aviación en el cambio climático en el Imperial College de Londres, dice que ni siquiera los enormes aumentos de azufre lograron tener el efecto deseado. “La adición de grandes cantidades de azufre sólo condujo a una reducción muy pequeña en la formación de estelas; y podría haber consecuencias no deseadas”, dice Teoh.

En 1961, la Fuerza Aérea había logrado algo sorprendente. Las fotografías de una demostración con un bombardero cuatrimotor B-47 Stratojet muestran los motores de un lado dejando una estela normal como de costumbre, pero no se ve nada del otro lado. El bombardero había sido equipado con un nuevo sistema que inyectaba ácido clorosulfónico en el escape. Esto logró lo que los experimentos con azufre no habían logrado: producir una estela con partículas diminutas demasiado pequeñas para verlas.

La técnica fue muy efectiva, pero el equipo de supresión de estelas añadió 400 libras al bombardero, reduciendo la carga de bombas. Además, el avión necesitaba un suministro de productos químicos supresores de estelas equivalente a aproximadamente el dos por ciento del combustible, lo que podría añadir otras 2.000 libras.

Si bien no hay registros de la tecnología utilizada en los bombarderos, el sistema "no-con" se instaló en drones Ryan Firebee que volaban en misiones de reconocimiento sobre Vietnam y China. Estos pequeños y rápidos drones propulsados ​​por aviones normalmente eludían la observación, pero a veces eran delatados por sus estelas de vapor.

El sistema de inyección de ácido logró mantener ocultos a los pequeños drones, pero resultó impopular por otras razones. El ácido clorosulfónico es extremadamente corrosivo y daña los motores, acortando su vida útil. También es altamente tóxico y peligroso para el personal de tierra.

Cuando se desarrolló el bombardero B-2 Spirit a finales de los años 80, inicialmente estaba equipado con un sistema de inyección de ácido clorosulfónico similar al de los Firebees. Sin embargo, por razones que nunca han sido reveladas, esto nunca se utilizó.

El motivo podría haber sido ambiental; Había una conciencia cada vez mayor de que rociar en secreto sustancias químicas altamente tóxicas desde aviones podría generar críticas. Esto fue incluso antes del surgimiento de las teorías de conspiración sobre las “trails químicos” de los años 90, que acusaban al gobierno de Estados Unidos de rociar misteriosos químicos desde aviones que dejaban estelas duraderas. No hay evidencia de que esta teoría estuviera relacionada con la investigación real de las estelas, cuyo único objetivo era evitar que se formaran tales estelas.

El secretario de la Fuerza Aérea, Edward Aldridge, reveló que se había encontrado una solución alternativa en una conferencia de prensa en 1989 sobre el B-2, pero mantuvo a los periodistas adivinando cuál era la nueva tecnología. "El problema de las estelas se ha resuelto, pero no les voy a decir cómo", dijo Aldridge.

Se especuló mucho que la solución era un nuevo aditivo de combustible o un sistema de deflectores para mezclar aire frío con el escape (ver más abajo).

El espía sigiloso de las estelas de vapor Noshir Gowadia era un ingeniero que trabajaba en el complejo sistema de escape del sigiloso B-2. Su diseño ayudó a garantizar que el aire frío se mezclara con el escape caliente del jet antes de que abandonara el avión, para diluir el rastro térmico del avión y hacerlo más difícil de detectar con imágenes infrarrojas. Gowadia utilizó su experiencia para rediseñar las boquillas del jet con el objetivo de eliminar estelas visibles. Se trataba de un "campo de flujo no uniforme" (una región de mezcla turbulenta) que esparciría las gotas de agua tanto que cualquier estela sería invisible para el ojo humano y otros sensores. La USAF pensó que había encontrado una solución al problema de las estelas y otorgó a Gowadia un contrato para desarrollar su concepto hasta convertirlo en un producto terminado. Sin embargo, en 2011 Gowadia fue declarado culpable de espionaje (específicamente, pasar detalles de escapes furtivos a China) y sentenciado a 32 años de prisión. años. El proyecto de rediseño de la boquilla se suspendió y no está claro si esta técnica puede eliminar eficazmente las estelas de vapor.

Sólo años después se reveló que el verdadero secreto era el PAS, o Sistema de Alerta Piloto. Desarrollado por la empresa de sensores Ophir, el PAS utiliza una forma de lidar: dispara un rayo láser hacia el escape del chorro y mide la dispersión de la luz en las partículas de hielo. Esto puede detectar inmediatamente cuando comienza a formarse una estela, advirtiendo al piloto que cambie de altitud antes de que se vuelva visible.

El PAS fue ciertamente una mejora con respecto al espejo retrovisor del U-2, pero lo que realmente querían los planificadores de la Fuerza Aérea era poder volar sin ningún riesgo de que se formaran estelas de vapor en primer lugar.

El cambio de altitud funciona porque las estelas de vapor sólo se forman en condiciones particulares de temperatura y humedad. El científico alemán Ernst Schmidt dio los primeros pasos hacia una comprensión científica del proceso en 1941, y en 1953 Herbert Appleman, de la Sociedad Meteorológica Estadounidense, desarrolló una fórmula precisa para la formación de estelas. Conocido como criterio de Schmidt-Appleman, esto se puede expresar claramente como un gráfico de temperatura y humedad: para evitar la formación de estelas, simplemente evite el área trazada en el medio del gráfico.

Los planificadores de la Fuerza Aérea han utilizado el criterio de Schmidt-Appleman para desarrollar modelos de software cada vez más sofisticados para predecir dónde se formarán las estelas de vapor. En 1998, la Fuerza Aérea evaluó que su software JETRAX era 84 por ciento confiable para determinar si aparecerían estelas de vapor en una trayectoria de vuelo. Los planificadores pueden redirigir misiones sigilosas para evitar dejar huellas en el cielo.

Si bien el software militar de predicción de estelas de vapor siempre se ha mantenido en secreto, ha habido un aumento en los desarrollos en el sector comercial. La razón: el cambio climático.

Mientras que algunas estelas se desvanecen rápidamente, otras se extienden para formar cirros a gran altitud, que tienen un efecto de calentamiento significativo. De hecho, el efecto de calentamiento de las estelas de cirros es mayor que el del CO2 procedente de la quema de combustible de aviación. Eliminar las estelas de vapor haría que volar fuera menos dañino para el planeta.

“Las estelas de vapor representan el 59 por ciento del impacto climático de los viajes aéreos. Esto equivale a 1.800 millones de toneladas de CO2 al año”, afirma Durant. DECISIONX:NETZERO es el modelo de atmósfera planetaria de SATAVIA, impulsado por IA y alimentado con datos meteorológicos comerciales. La clave, con razón, es la computación en la nube, que hace que el cálculo intensivo sea asequible. Esto permite que el sistema divida el globo en células de cinco kilómetros cuadrados, apiladas sesenta de profundidad.

"Utilizamos conjuntos completos de datos meteorológicos a escala global para impulsar un modelo de dinámica atmosférica basado en la física que nos muestra la probabilidad de generar una estela en cualquier ruta determinada", dice Durant.

Mientras que la mayoría de los modelos meteorológicos se concentran en lo que sucede a nivel del suelo, SATAVIA analiza la altitud de crucero de los aviones y aplica algoritmos de formación de estelas. Fundamentalmente, al mostrar las condiciones a sesenta altitudes diferentes, permite que el plan de vuelo evite el riesgo de estelas.

Durant señala que si bien esto requerirá algunos esfuerzos en la gestión del tráfico aéreo, un pequeño número de vuelos produce las estelas más dañinas y duraderas. Dice que la mayor parte del beneficio podría obtenerse desviando sólo el 5 por ciento de los vuelos.

Después de un exitoso plan piloto con la aerolínea Etihad para probar el software en la práctica, la compañía está perfeccionando su modelo hasta convertirlo en un producto comercial. Durant no es consciente de nada parecido en el mundo comercial, pero el ejército, con su enorme poder informático, bien puede tener algo comparable.

Puede haber otras novedades en este campo que no sean públicas. Una patente de 2014 del fabricante de motores Rolls Royce vincula un sensor similar al PALS con un sistema de control del motor. La patente afirma que al alterar la eficiencia del motor, se puede cambiar el escape para evitar que se formen estelas de vapor. Rolls Royce se negó a discutir este u otros trabajos en esta área, como un plan extravagante para eliminar el escape con microondas para evitar que se formen cristales de hielo.

"En general, un motor más eficiente puede aumentar ligeramente la formación de estelas porque el aire del escape sale del motor a una temperatura más baja", dice Teoh. "Por lo tanto, reducir la formación de estelas sólo se puede lograr reduciendo la eficiencia del motor, lo que probablemente tenga el costo de aumentar el consumo de combustible".

Teoh también señala que los nuevos tipos de cámaras de combustión de motores también pueden reducir drásticamente la cantidad de hollín en el escape al garantizar que el combustible se queme por completo antes de llegar al escape. "El último banco de datos de emisiones de aeronaves de la OACI, un conjunto de datos disponible públicamente, muestra que diferentes tipos de cámaras de combustión pueden reducir significativamente el número de partículas de hollín hasta en cuatro órdenes de magnitud", dice Teoh. Esto representaría un factor de diez mil, lo que podría ser suficiente para eliminar las estelas visibles.

Los aviones espía aún pueden dejar estelas en lugares donde no intentan permanecer ocultos; de ahí la afortunada fotografía de Lowe de ese U-2. "Sin estela ni luz perfecta, el U-2 es invisible", dice Lowe. "De otra manera nunca lo habría visto".

Pero en el caso de las imágenes del RQ-180, cabe preguntarse por qué el mismo avión supuestamente súper secreto dejó estelas muy visibles tres veces seguidas, cada vez a plena luz del día, sobre una zona poblada. Una vez podría explicarse por accidente, dos sugerirían una falta de aprendizaje, pero tres veces empieza a parecer deliberado.

La conclusión es que estamos viendo las estelas, que nos llevan al avión, porque ellos quieren que lo hagamos. Esa línea en el cielo es un indicador deliberado. En cuanto a por qué debería ser así y qué es lo que realmente se mantiene oculto, ese es otro misterio.

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