¿Quién inventó el radar?

Por Cornell Drentea, KW7CD

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Cuando se piensa en la radio, se suele pensar en un solo hombre: Guglielmo Marconi.

El radar, en cambio, fue el resultado del trabajo de muchos hombres.

En 1793, el científico italianoLazzaro Spallanzani, profesor de la Universidad de Padua, estudió la capacidad de los murciélagos ciegos para navegar utilizando el ultra sonido. Observó que los murciélagos volaban bien en la oscuridad sin ayuda de la visión. A continuación, diseñó un experimento único para demostrar el uso de los oídos del murciélago y concluyó que un murciélago se desorientaría sin su oído. Llegó a la conclusión de que los murciélagos producían un tren continuo de pulsos sonoros y sugirió que la frecuencia de estos pulsos aumentaba a medida que el murciélago se acercaba a los objetos. Esto no se demostró hasta 1939, cuando el profesor Don Griffin, de la Universidad de Harvard, confirmó el fenómeno utilizando técnicas novedosas de grabación de sonido e instrumentos no disponibles anteriormente. Aunque estos estudios no dieron lugar a ninguna conclusión inmediata, los conceptos sirvieron para crear los primeros radares.

Ya en 1864, el físico británicoJames Clerk Maxwell desarrolló un conjunto de ecuaciones que regirían el comportamiento de las ondas electromagnéticas y las leyes de las reflexiones. En 1886, el físico alemánHeinrich Hertz experimentó con transmisores de chispa y generó ondas de radiofrecuencia amortiguadas con una longitud de onda de 66 cm. Entonces descubrió que las ondas electromagnéticas podían transmitirse a través de algunos tipos de materiales mientras que otros las reflejaban. Así, las ondas electromagnéticas recién descubiertas recibieron el nombre de ondas hertzianas, en honor a su nombre.

Aportaciones tempranas

No fue hasta 1903, cuando el ingeniero alemánChristian Hulsmeyer propuso y desarrolló un «detector de obstáculos» para barcos. Sus experimentos tuvieron éxito a una distancia de una milla, pero no dieron lugar a un radar práctico. El radar, como sistema anticolisión, se consideró una herramienta deseable sobre todo después del éxito de las comunicaciones por radio en el desastre del Titanic en 1912.

El radar llegó a ser práctico gracias a varios inventos que se produjeron de forma casi coincidente a finales del siglo XIX y principios del XX. En primer lugar, la generación sostenida de ondas de radio no amortiguadas o continuas se hizo posible con la invención de la válvula termoiónica, o el Audion, como se denominó, por Lee De Forest (su inventor) en 1906. Este invento fue una ramificación del invento anterior de la válvula Fleming en 1904, y del invento del efecto Edison en 1883.

El Audion hizo posible otros desarrollos en la tecnología de los receptores de radio con la invención del receptor de radio superheterodino por Edwin H. Armstrong en 1918, un invento que todavía está entre nosotros. El último gran invento que finalmente hizo posible el radar fue la pronta introducción del osciloscopio en 1920, que a su vez hizo posible por primera vez la visualización de los intervalos de tiempo entre eventos, y en consecuencia la distancia en un tubo de rayos catódicos, otra consecuencia del Audion. A partir de este momento, era sólo cuestión de tiempo que el radar se convirtiera en una parte importante de nuestra vida.

Después de 1920, el progreso del radar era inminente. Marconi consideró seriamente la posibilidad de determinar la distancia por radio en 1916. Observó el reflejo de las señales de radiocomunicación en código Morse de onda corta y la posibilidad de utilizar estas señales no sólo para comunicarse, sino también para determinar la distancia de los objetos a través de los ecos. Fue en junio de 1922, en Nueva York, en el Instituto Americano de Ingenieros Eléctricos y de Radio, cuando profesó la realización del radar en su nota de presentación. Predijo entonces nuevos tipos de aparatos de radio marítimos que proyectarían ondas de radio y detectarían sus reflejos en los objetos metálicos de forma que «revelarían inmediatamente» la presencia y el rumbo de otros barcos en la oscuridad o la niebla. En 1922, Taylor y Young realizaron un trabajo adicional en el NRL, que detectó barcos de madera utilizando técnicas de radiofrecuencia de onda continua a una longitud de onda de 5 metros. En 1924, un físico británico, Sir Edward Victor Appleton, utilizó los ecos de radio para determinar la altura de la ionosfera, mientras que en 1925, en Estados Unidos, Breit y Tuve utilizaron por primera vez técnicas de radar pulsado para hacer lo mismo.

En 1934 se realizaron trabajos adicionales en la URSS. Esto dio lugar a un rudimentario sistema de radar de alerta temprana que se utilizó durante la Segunda Guerra Mundial contra los aviones alemanes para proteger las ciudades de Leningrado y Moscú. Al mismo tiempo, en 1934, se concedió una patente en Estados Unidos a Taylor, Young y Hyland en el NRL para un sistema de detección de objetos por radio y el Laboratorio de Investigación Naval, el Cuerpo de Señales del Ejército de Estados Unidos, RCA y AT&T Bell Laboratories mostraron más interés en el desarrollo del radar. Otros desarrollos de radares tuvieron lugar en Alemania en la década de 1930 conRudolf uhnhold y la empresa electrónica Telefunken, que empezaron a experimentar con la detección por radio de los barcos.

El trabajo inicial de Marconi en las técnicas de radiogoniometría marítima ayudó a allanar el camino para el desarrollo del primer radar práctico en Gran Bretaña. Este trabajo se atribuye al físico británico Sir Robert Watson-Watt, quien en febrero de 1935 demostró el primer sistema de radar de alta frecuencia que funcionaba a 6 MHz y detectaba aviones a un alcance de 8 millas. En septiembre de 1935, los científicos británicos demostraron un radar pulsado a 12 MHz . Este sistema detectaba aviones a una distancia superior a las 40 millas, y en marzo de 1936, Gran Bretaña demostró la detección de aviones a 25 MHz a una distancia de 90 millas. Mientras tanto, en Estados Unidos, el NRL experimentó con los primeros ecos de radar con pulsos de medio microsegundo utilizando una frecuencia aún mayor, 28,3 MHz a una distancia de 2,5 millas. Poco después, el alcance se amplió a 25 millas.

«Chain-Home»

No fue hasta 1939 cuando el radar se consideró seriamente para la defensa de alerta temprana en Gran Bretaña. Rápidamente se construyó por primera vez un sistema complejo como herramienta práctica. Los experimentos anteriores con la defensa aérea de 1935 por Sir Watson-Watt dieron sus frutos dando lugar al primer sistema práctico de radar HF de alerta temprana en Inglaterra. Este sistema se denominó «Chain-Home» (Cadena de casas).

El sistema estaba formado por muchas estaciones de radar de pulsos construidas en torres de 350 pies de altura, como una «cadena» alrededor de las Islas Británicas para proteger a Inglaterra contra las invasiones aéreas alemanas. El sistema «Chain-Home» bordeaba toda la costa sur y este de Inglaterra.

Aunque este sistema cumplía su propósito, las instalaciones de HF eran bastante grandes desde el punto de vista de la longitud de onda y la potencia de RF estaba limitada por la tecnología de tubos de la época, lo que resultaba en un rendimiento limitado.

Inmediatamente se hizo evidente que, a pesar de su complejidad, «Chain-Home» estaba limitado en su rendimiento. Se necesitaba algo mejor para superar las deficiencias de la tecnología. Para poder ver con mayor resolución y más lejos, se necesitaban frecuencias más altas (longitudes de onda más cortas) y tecnologías de transmisión de mayor potencia.

El Magnetrón

El año era 1939. Al ver las deficiencias del sistema «Chain-Home», el Gobierno británico pidió a dos científicos, el profesor John Randall y el profesor Henry Boot, del Departamento de Física de la Universidad de Birmingham, que idearan una potente fuente de microondas que sustituyera a la antigua tecnología de tubos. Sólo seis meses después, los dos científicos inventaron el magnetrón de cavidad resonante en febrero de 1940.

Este magnetrón generaba 10 kilovatios de potencia de radiofrecuencia a 10 centímetros de longitud de onda, unas mil veces más potente que cualquier otra fuente de microondas de tubo de la época.

Sin embargo, el magnetrón era un dispositivo caprichoso de fabricar, y Gran Bretaña se dio cuenta rápidamente de la incapacidad de su industria, ya estrangulada por los ataques aéreos alemanes, para fabricar magnetrones en las cantidades necesarias para producir nuevos y mejores sistemas de radar. Estaba claro que la versatilidad del magnetrón podía proporcionar a los aviones una capacidad sin precedentes para ver los periscopios de los submarinos alemanes en el mar y los tanques en tierra. El magnetrón podría realmente revolucionar la tecnología del radar.

Britania se enfrentaba a sus horas más desesperadas. Las bombas caían cada noche sobre Liverpool y Londres y la invasión nazi era inminente. Con sus limitados recursos totalmente comprometidos, el primer ministro británico Winston Churchill tomó rápidamente la decisión de enviar el invento del magnetrón a los Estados Unidos, donde se disponía de vastos recursos industriales para producirlo.

Escapando de las bombas alemanas y navegando desde Liverpool, el primer magnetrón cruzó secretamente el Atlántico en septiembre de 1940 a bordo del transatlántico canadiense Duchess of Richmond. Se trataba de una misión de lo más secreta dirigida por Sir Henry Tizard, rector del Imperial College of Science and Technology y presidente del principal comité científico del gobierno británico sobre defensa aérea. Este acontecimiento histórico se conoce como la Misión Tizard.

El magnetrón británico llega a Raytheon

La Duquesa de Richmond llegó silenciosamente al puerto de Cape Race y Halifax de Terranova en la mañana del 6 de septiembre de 1940. Desde aquí, la preciosa carga partió hacia Washington, D.C. por ferrocarril. Durante los días siguientes, Tizard se reunió con funcionarios del gobierno estadounidense, entre ellos el secretario de la Marina Franklin Knox y FDR.

Por último, Tizard se reunió con su homólogo técnico estadounidense, el Dr. Vannevar Bush un científico del MIT y también, cofundador de la American Appliance Company también conocida como Raytheon (nombre que significa Luz de los Dioses), un gran fabricante de electrónica establecido en los EE.UU..

Es en este momento cuando Raytheon entra en el negocio de la industria del magnetrón. Rápidamente se organizó una reunión entre Tizard y Percy L. Spencer, el ingeniero jefe de Raytheon. Spencer era un brillante ingeniero autodidacta y un ávido radioaficionado con un sentido práctico de lo que se puede lograr. Escuchó atentamente los problemas de fabricación descritos por los británicos, y pidió llevarse el magnetrón a casa durante el fin de semana, para jugar con él en su cabaña de radioaficionado. Se le concedió el permiso, y Spencer propuso cambios radicales y mejoras de rendimiento que hicieron que el magnetrón se pudiera fabricar por primera vez. Inmediatamente se adjudicó un contrato a Raytheon para la fabricación de una pequeña cantidad de magnetrones y, al final de la Segunda Guerra Mundial, Raytheon fabricaba más del 80% de todos los magnetrones de Estados Unidos.

También, gracias a Percy Spencer, el magnetrón encontró su camino en el horno de microondas. En 1945, Spencer descubrió una barra de chocolate que se derretía en el bolsillo de su camisa mientras estaba frente a un radar alimentado por magnetrones. Inmediatamente se dio cuenta del valor de este descubrimiento. El inventor Spencer, que obtuvo más de 120 patentes en su vida, vio la aplicación práctica del magnetrón en la cocina, e inmediatamente sostuvo una bolsa de semillas de maíz junto al transmisor de radar alimentado por magnetrón y obtuvo palomitas. Raytheon desarrolló y comercializó el primer horno microondas que utilizaba el magnetrón en 1954. Se conocía como el 1161 Radar Range. Medía 1,5 metros de altura y pesaba 1,5 kilos. Al principio, sólo lo utilizaban los restaurantes de lujo y los transatlánticos, pero en 1967, la división Amana de Raytheon fabricó el primer horno microondas para cocinas domésticas. Hoy, el magnetrón está presente en todas las cocinas. La mayoría de los magnetrones actuales se producen en Japón o China.

Desde sus inicios en 1922 como American Appliance Company hasta sus nuevos comienzos en 1925 como Raytheon (Luz de los Dioses), pasando por la invención del tubo rectificador (llamado Raytheon) que permitió que los receptores de radio funcionaran con corriente alterna sin necesidad de batería, hasta el primer misil guiado, pasando por los ordenadores espaciales que hicieron posible los históricos viajes lunares, hasta la presencia actual en todos los aspectos de la radio y el radar, Raytheon ha sido un líder mundial indiscutible de la tecnología de radiofrecuencia.