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Ciencia

Amenaza hipersónica

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Juan Antonio Guerrero

Las principales potencias militares ultiman el desarrollo de una nueva generación de misiles y otros sistemas de ataque capaces de alcanzar una velocidad varias veces superior a la del sonido.

El caza MiG-31K, de un gris azulado, se estabiliza al alcanzar la altitud preestablecida, mientras vuela a una velocidad doblemente supersónica. Bajo su vientre puede verse un abultado proyectil, parecido a un depósito de combustible, pero con una punta afilada.

En paralelo, aunque algo más bajo, un avión testigo filma la prueba. Llegado el momento, el citado proyectil se suelta del caza como una bomba de caída libre. No obstante, unos segundos después, su cola se ilumina con el resplandor de su motor cohete y en un instante alcanza una enorme velocidad y desaparece de la vista. Acaba de llevarse a cabo uno de los muchos ensayos que Rusia ha realizado con una de sus armas más avanzadas y temibles, el misil X-47M2 Kinzhal (daga), capaz de superar entre diez y doce veces la velocidad del sonido, es decir, de desplazarse a entre 12 350 y 14 820 km/h, según la altitud.

Por si fuera poco, el X-47M2, con un alcance de 2000 km, puede acarrear una cabeza de guerra nuclear y, además, es capaz de cambiar varias veces su trayectoria –utiliza sistemas de guiado por satélite, inerciales y por referencia óptica– para confundir a las defensas antimisiles, si es que estas fueran capaces de interceptarlo a semejantes velocidades. Su precisión contra blancos fijos o móviles es tal –ha sido diseñado para atacar ciertos buques, como los destructores de la Armada estadounidense– que su error posible se calcula en un metro. No es de extrañar que las autoridades rusas lo consideren imbatible, el arma que anula cualquier tipo de escudo desarrollado hasta el momento.

Los chinos también cuentan con su propia tecnología militar hipersónica. El planeador WU-14 es un HGV –siglas de Hypersonic Glider Vehicle, según la terminología militar del Pentágono– que pone los pelos de punta a los estrategas estadounidenses. Se trata de un proyectil no propulsado que se desprende desde un misil intercontinental y se precipita desde la estratosfera hasta su objetivo, que puede estar situado a 10000 km de distancia, a más de diez veces la velocidad del sonido.

Para dificultar aún más que pueda ser interceptado, el WU-14 puede maniobrar con extrema agilidad y, de este modo, esquivar los misiles enemigos. En principio, sus blancos principales serían las denominadas task forces –unidades creadas específicamente para llevar a cabo una tarea concreta– o los grupos de portaaviones de la Armada estadounidense, cuya presencia permanente en el Pacífico es vista como una amenaza para el gigante asiático. En este sentido, el Wu-14, que se puede equipar con una cabeza nuclear, tiene un gran valor como elemento disuasivo. De momento, se encuentra en periodo de pruebas –la última de la que se tuvo noticias fidedignas tuvo lugar en 2014–, pero se calcula que entre 2022 y 2025 podría estar listo para ser desplegado.

Los planeadores hipersónicos o HGV, como los que ya se diseñan en China y Estados Unidos, se sitúan en el punto de lanzamiento con un cohete. Tras abandonarlo, se abaten sobre el blanco a gran velocidad. El impacto resulta devastador.

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Lockheed Martin

En esta recreación -arriba-, un bombardero B-52 lanza el cohete que contiene el sistema ARRW, ideado por Lockheed Martin, un HGV capaz de alcanzar un objetivo en tierra a mach 20.

Los estadounidenses y los rusos no se han quedado con los brazos cruzados y trabajan en sus propias versiones de HGV. Mientras que los primeros ultiman el AGM-183A ARRW, diseñado por Lockheed Martin, los segundos ya cuentan con el Yu-74 Avangard, que es lanzado por el misil intercontinental RS-28 Sarmat. Este puede llevar hasta tres Avangard a 17 000 km de distancia; luego, cada uno de ellos, equipado con una ojiva de 2 megatones, desciende a mach 20 (24 696 km/h) hasta el blanco, que puede encontrarse a 6000 km de allí. Si sumamos ambas distancias, encontramos que el alcance total del sistema es de 23 000 km, más de la mitad de la circunferencia de la Tierra. Se calcula que solo tardaría 14 minutos en impactar en su objetivo, lo que, a día de hoy, prácticamente impide cualquier reacción defensiva.

Los HGV se han comparado erróneamente con las MRV, las ojivas múltiples maniobrables de los misiles intercontinentales, que se encuentran en uso desde hace décadas. Sin embargo, estas últimas únicamente pueden modificar su trayectoria balística de descenso, unas variaciones predecibles y calculables, por lo que los sistemas antimisiles son eficaces contra ellas. Los HGV carecen igualmente de propulsión, pero pueden contar con pequeños motores que, aunque supongan un peso adicional y añadan complejidad a su construcción, les permiten alterar su vuelo a placer o incluso redirigirse contra objetivos no previstos con anterioridad, cuyos datos le serán suministrados –o adquirirán a través de sus propios sensores– después del lanzamiento.

Asimismo, son capaces de desplazarse a baja altura, antes de ser detectados por las defensas o una vez que penetren en el espacio aéreo enemigo. Ni que decir tiene que esas características, unidas a su enorme velocidad, dificultan en extremo su intercepción. En esencia, este tipo de proyectiles vienen a ser como una especie de lanzadera espacial, pero sin tripulantes y provistos de una mortífera carga nuclear.

Existen distintas categorías de armas hipersónicas. El HIFIRE –siglas de Hypersonic International Flight Research Experimentation–, por ejemplo, no es un planeador, como los anteriores. Se trata de un vehículo capaz de superar los 9188 km/h (mach 7,5) que está siendo desarrollado por la Fuerza Aérea estadounidense, la universidad australiana de Queensland, Boeing y la firma británica BAE Systems, y que fue probado por primera vez en el polígono de Woomera, en el país oceánico, en julio de 2017.

Al igual que el arma antibuque BrahMosII, que rusos e indios ponen a punto mediante una empresa binacional, es un misil de crucero propulsado por estatorreactores de combustión supersónica o scramjet, un tipo de motor con el que se pueden obtener velocidades superiores a mach 5. Para ello, es preciso que alcancen un régimen supersónico antes de que el citado scramjet comience a funcionar, ya que carecen de las turbinas de los motores a reacción normales, que comprimen el aire antes de iniciar la combustión. Pues bien, lo consiguen gracias a un motor cohete acelerador que les proporciona el impulso hasta al menos mach 1.

A esta misma clase pertenecen el misil indio Shaurya, muy similar en prestaciones al HIFIRE y considerado una arma estratégica –aunque su alcance es de solo 700 km, sus ojivas pueden llevar una carga de casi una tonelada de explosivo convencional o nuclear–, y el enigmático YJ-XX chino, del que apenas se conocen unos pocos datos. Se sospecha que su alcance supera los 1000 km, que puede ser lanzado desde los destructores del Tipo 055 –los más modernos de la Armada china– y que sus principales objetivos serían otras embarcaciones.

En la terminología militar, los proyectiles con motores scramjet se denominan HCM –Hypersonic Cruise Missile– y a la versatilidad de los misiles de crucero convencionales suman su enorme velocidad, que, además, añade una considerable energía cinética al propio poder destructivo de sus cabezas de guerra.

Los HCM alcanzan altitudes de vuelo de entre 20 km y 30 km, muy superiores a las de los actuales sistemas defensivos antimisiles, lo que, sin duda, obligará a mejorar estos últimos para que sean capaces de alcanzar esos techos y contrarrestarlos. En todo caso, los tiempos dedicados a detectarlos, clasificarlos y abatirlos tendrán que acortarse enormemente.

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USAF

El misil hipersónico de pruebas X-51A Waverider -arriba- está impulsado por un motor scramjet, con el que alcanza Mach 6.

¿Hasta qué punto cualquier país podría contar con armamento hipersónico? Es evidente que la tecnología que se encuentra detrás de los planeadores HGV solo está al alcance de aquellas potencias que ya dispongan de misiles de alcance medio y largo –o tengan posibilidades de desarrollarlos– y sean capaces de situarlos en las altitudes necesarias, de entre 40 km y 100 km.

Pero el segundo tipo de ingenios hipersónicos mencionados, más parecidos a los misiles de crucero, resulta considerablemente más asequible, y varios de los países que podrían construirlos ya poseen capacidad nuclear. Peor aún, en muchos casos se trata de naciones en las que se dan tensiones importantes con sus vecinos, tal como sucede entre la India y Pakistán, Israel e Irán o las dos Coreas.

Eso no significa que sean fáciles de fabricar. Para comprender las dificultades que entraña conseguir que un objeto vuele de forma controlada a semejantes velocidades –se consideran hipersónicos aquellos vehículos que superan el mach 5, esto es, cinco veces la del sonido, más de 6174 km/h–, es preciso recordar brevemente los hitos que se han ido alcanzando en este sentido.

Antes del 14 de octubre de 1947, fecha en la que oficialmente se superó por primera vez el mach 1 –lo logró el estadounidense Chuck Yeager a bordo de un avión Bell X-1–, se creía que existía una especie de barrera del sonido que impedía el vuelo supersónico. Los fenómenos aerodinámicos que aparecían al alcanzar esas velocidades eran prácticamente desconocidos y la aviación hubo de superarlos a través del ensayo y error, en un camino que llevó años de esfuerzos y acabó con numerosos aviones experimentales y la vida de algunos pilotos.

Se supo así que cuando aumentaba el número de Mach, algunas peculiaridades físicas ya conocidas y otras nuevas se volvían gradualmente importantes, como los cambios en la presión y la temperatura, las ondas de choque, las capas límite, las ondas de condensación y la existencia de regiones de alta temperatura, en las que el flujo ya no tiene una composición química constante, sino la de un flujo reactivo.

Respecto a su comportamiento, el flujo aerodinámico se dividió de este modo en subsónico –en él, el objeto y, por tanto, el flujo aerodinámico en torno al mismo, se desplaza a velocidades inferiores a mach 0,75–; en transónico –cuando se mueve entre mach 0,7 y 1,2–; en supersónico –cuando el número de Mach se encuentra entre 1,20 y 5–; y en hipersónico –por encima de mach 5–. Aunque no existe un mach definido en el que el flujo pase de supersónico a hipersónico, sino toda una zona de transición, se suele aceptar ese mach 5.

El primer objeto artificial conocido que consiguió volar a velocidad hipersónica fue un cohete-sonda estadounidense WAC Corporal –WAC son las siglas de Without Attitude Control, sin control de actitud, lo que indica que este cohete no tenía más sistemas de guiado que las aletas de su cola–, lanzado en febrero de 1949 desde la punta de un cohete V-2 alemán. Este se empleó como vector o primera etapa.

Desde entonces, nuestros conocimientos sobre lo que sucede durante los vuelos hipersónicos no han hecho más que aumentar. En estos años se han superado numerosas dificultades gracias también a los avances en metalurgia –esto último propició que se lograse lidiar con las altísimas temperaturas que se alcanzan durante este tipo de vuelo– y a la utilización de túneles de viento especiales.

El desarrollo de los estatorreactores conllevó sus propios desafíos. Los primeros motores de este tipo se diseñaron en Francia en los años 30 y, más tarde, ya durante la Segunda Guerra Mundial, en Alemania y en Estados Unidos. Sin embargo, esos ingenios no pasaron de la fase experimental. Fueron el Reino Unido y la Unión Soviética quienes en la posguerra hicieron posible que esta tecnología acabara aplicándose a los misiles.

Hoy, aunque todos los datos están ahí, al alcance de un buen número países, aún se trata de un asunto complejo y, desde luego, nada barato. Es más, las colaboraciones internacionales que se han puesto en marcha con el fin de desarrollar misiles hipersónicos buscan tanto compartir información como, sobre todo, tratar de solucionar el peliagudo problema de la financiación.

¿Tiene la iniciativa privada algo que decir en este sentido? Lo cierto es que, en concreto, en el diseño de los estatorreactores hipersónicos –los scramjet– no solo participan organismos estatales. Distintas corporaciones también trabajan en ellos con intención de utilizarlos en futuros aviones hipersónicos comerciales. Nadie duda de que, en este terreno, la investigación y el desarrollo tienen su aplicación inmediata.

Todo hace suponer que en unos pocos años los HCM estarán presentes en los arsenales de muchos ejércitos del mundo, con las consecuencias previsibles. Así, la eterna pugna entre la lanza y el escudo volverá a inclinarse del lado ofensivo.

Algunos países capaces de desarrollar misiles hipersónicos ya cuentan con tecnología nuclear

Una estrategia global aterradora

Las implicaciones que esta nueva generación de misiles suponen para las estrategias de defensa aún no han sido digeridas del todo por los expertos. Basta echar una ojeada al concepto de tiempo de reacción para hacernos una idea aproximada de lo que puede implicar su despliegue.

Los militares estadounidenses usan el acrónimo OODA (Observe, Orient, Decide, Act) para referirse al proceso de toma de decisiones. Pues bien, los HGV –los principales dispositivos hipersónicos estratégicos– acortan ese OODA de una forma que solo puede calificarse como terrorífica. Podemos fijarnos, por ejemplo, en la siguiente sucesión de acontecimientos, establecida por la organización estadounidense NTI (Nuclear Threat Initiative), relativa a la respuesta frente a un supuesto ataque llevado a cabo con misiles balísticos intercontinentales (ICBM) lanzados desde Rusia:

0 minutos. Lanzamiento de los misiles rusos.

1 minuto. Detección por los satélites del sistema de defensa.

2 minutos. Los misiles entran en la cobertura de los radares.

3 minutos. El NORAD –siglas de North American Aerospace Defence Command; Mando de la Defensa Aeroespacial de Estados Unidos– comprueba la información. Como máximo, tal cosa lleva alrededor de unos dos minutos.

4 minutos. El NORAD da la alerta a la Casa Blanca.

5 minutos. Los primeros misiles lanzados desde submarinos alcanzan sus blancos y explosionan.

7 minutos. El presidente y sus consejeros se reúnen, son informados y toman las decisiones oportunas; para ello, solo disponen de un máximo de ocho minutos.

13 minutos. El presidente decide responder al ataque.

15 minutos. Se transmite la orden de iniciar la secuencia de lanzamiento de la represalia nuclear.

20 minutos. Los comandantes a cargo de los misiles ICBM reciben, decodifican y autentifican las órdenes.

23 minutos. La secuencia de lanzamiento se completa. En ello se emplean unos dos minutos como máximo.

25 minutos. Los ICBM rusos llegan a sus objetivos y explosionan. No obstante, si el atacante se encontrara a menos de mil kilómetros de distancia –como ocurre en el caso de los submarinos lanzamisiles balísticos, cuyos proyectiles, como ya hemos visto, solo tardan cinco minutos en alcanzar sus blancos– o dispusiera de misiles hipersónicos, el tiempo total de esta respuesta se reduce a solo 6 minutos. Lo dicho: aterrador.

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NASA

El piloto Robert M. White, junto con un avión cohete X-15, con el que en 1962 voló a 6167 km/h.

Hacia un avión hipersónico

Entre los numerosos aviones experimentales que se han utilizado para la exploración científica de las velocidades hipersónicas, destacan, sin duda, el Bell X-1, que sobrepasó por primera vez el mach 1, en 1947, y el Bell X-2, que superó el mach 3 en 1956 –durante la prueba, que costó la vida a su piloto, el capitán Apt, el aparato quedó destruido–. No obstante, el más significativo es, probablemente, el North American X-15, un avión casi espacial propulsado por un motor cohete del que se fabricaron tres unidades.

El 17 de julio de 1962, uno de ellos, manejado por Robert M. White, se convirtió en el primer vehículo tripulado hipersónico que alcanzó los 6167 km/h, más de mach 5, a casi 96 km de altura. En agosto de 1963, este aparato se elevaría hasta la increíble altitud de 107960 metros, y el 3 de octubre de 1967, logró volar a mach 6,72, es decir, a 7170 km/h, a casi 80 km de altura. Tal marca todavía se mantiene imbatida, más de medio siglo después.

Dadas las prestaciones de este tipo de ingenios, algunos de sus pilotos fueron considerados, de hecho, astronautas. Uno de ellos, el mayor Michael J. Adams, falleció el 15 de noviembre de 1967, cuando se desintegró su X-15. Este superó una aceleración en barrena de más de quince veces la terrestre.

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Archive Collection

¿Por qué se habla de mach?

La velocidad del sonido es la de la propagación de sus ondas en un medio. Depende, por tanto, de la densidad, temperatura y humedad del mismo. En el aire, es de 343,2 m/s (1235,52 km/h) a 20 °C de temperatura, con una humedad del 50 % y a nivel del mar. De esta forma, para indicar la velocidad de propagación del sonido tendríamos siempre que reflejar las condiciones del citado medio, lo que, en la práctica, sería confuso o difícil de explicar.

El físico teórico y filósofo austriaco Ernst Mach (1838-1916) –en la foto– estudió en detalle la física de fluidos a velocidades superiores a la del sonido y descubrió la onda de choque o cono de Mach. Además, propuso una forma sencilla de expresar la velocidad de un objeto respecto a la del sonido en el medio en que aquel se mueve, como el coeficiente entre ambas, un índice que se conoce como número de Mach o simplemente mach. Así, es posible saber que algo que se desplace a mach 2 duplicará la velocidad del sonido a esa altitud y temperatura, sin necesidad de que conocer más datos.

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