Armas hipersónicas: verdades y mitos
Basado en el artículo de Paul Evancoe (Small Arms Defense Journal)
Lockheed Martin ha desarrollado el AGM-183A Air-launched Rapid Response Weapon (ARRW), un sistema hipersónico de impulso y planeo (boost-glide) del que se afirma que puede alcanzar velocidades superiores a Mach 20.
Mejor es enemigo de suficientemente bueno. Aunque esta afirmación sigue siendo válida para casi todo lo que cuesta dinero, no lo es cuando se trata de armamento y guerra. La mejora continua de las armas existentes, junto con el desarrollo de armamento de nueva generación, es necesaria para ganar los conflictos del futuro. El desarrollo y la incorporación de armas hipersónicas constituyen un ejemplo claro de ello.
Los medios nos dicen que China y Rusia, e incluso Irán y Corea del Norte, están por delante de Estados Unidos en el desarrollo y despliegue de tecnología de armas hipersónicas. También se nos informa que India, Japón, Francia y Australia están desarrollando esta tecnología. Se nos induce a creer que los portaaviones de la Armada estadounidense son vulnerables a las armas hipersónicas, al igual que Guam, Hawái y las regiones costeras del territorio continental de Estados Unidos.
Toda esta exageración mediática sobre las armas hipersónicas lleva a muchos a razonar que, si los misiles hipersónicos y quizá también las aeronaves hipersónicas, tripuladas o no, constituyen una amenaza descontrolada, entonces sería indispensable desarrollar cañones antiaéreos que disparen munición hipersónica o misiles interceptores ultrarrápidos. Sin embargo, los medios omiten convenientemente discutir las limitaciones físicas y materiales que afectan a las armas hipersónicas, dejando al lector convencido de que un conflicto por Taiwán o por la libre navegación en el Mar de China Meridional implicaría nuestra destrucción inevitable.
China disparará miles de armas hipersónicas contra nuestras fuerzas y territorios avanzados como Guam, y quedaremos completamente indefensos... al menos eso es lo que los medios pretenden hacernos creer. Como se verá más adelante, nuestros competidores no están por delante de nosotros. De hecho, su tecnología hipersónica palidece en comparación.
Comprendiendo el número Mach
Llamado así en honor al físico austríaco Ernst Mach, el número Mach es una magnitud adimensional de la dinámica de fluidos que representa la relación entre la velocidad de un flujo respecto de un cuerpo y la velocidad local del sonido.
AGM-183A Air-launched Rapid Response Weapon (ARRW) montado sobre un pilón, listo para su lanzamiento desde un bombardero B-52 de la Fuerza Aérea de los Estados Unidos (USAF). Fotografía cortesía de la USAF. (Fuerza Aérea de los Estados Unidos / Christopher Okula)
La velocidad del sonido (Mach 1) es aproximadamente de 1.125 pies por segundo (FPS), equivalente a 767 millas por hora (MPH), o una milla cada 4,69 segundos. Estas velocidades suponen una temperatura constante de 69 °F al nivel del mar. Como la temperatura y la altitud varían, también lo hace la velocidad del sonido.
Las armas hipersónicas viajan cinco o más veces la velocidad del sonido
A cinco veces la velocidad del sonido (Mach 5), un vehículo viaja aproximadamente a 3.835 millas por hora, un poco más de una milla por segundo.
En comparación, el proyectil de armas portátiles más veloz puede alcanzar velocidades cercanas a los 4.000 pies por segundo. Por encima de esa velocidad, las balas convencionales disponibles en el mercado literalmente se desintegran debido al calor generado por la fricción con el aire.
Una cosa es disponer de un arma hipersónica que solo pueda volar en línea recta hacia un blanco fijo previamente programado. Muy distinta es contar con armas hipersónicas guiadas capaces de maniobrar durante el vuelo para atacar un objetivo móvil ubicado a cientos o incluso miles de millas.
Según se informa, Estados Unidos dispone de vehículos hipersónicos guiables capaces de alcanzar Mach 22 o más. Estamos hablando de una velocidad de 16.874 millas por hora, superior a una milla cada dieciocho centésimas de segundo, o más de 18 millas por segundo sobre el terreno.
Entonces surge la pregunta: ¿cómo sobreviven estas armas a semejantes velocidades sin vaporizarse? ¿Y cómo logran maniobrar?
Misiles hipersónicos de crucero y vehículos hipersónicos de planeo
Existen dos tipos principales de vehículos hipersónicos: los misiles hipersónicos de crucero y los vehículos hipersónicos de planeo.
Los primeros son impulsados por motores scramjet que toman oxígeno del aire y, debido a la densidad atmosférica necesaria para la combustión, están limitados a volar por debajo de los 100.000 pies de altitud.
Aunque, al igual que un motor turborreactor convencional, utilizan el aire atmosférico, un scramjet funciona de manera muy distinta. Mientras un motor convencional emplea turbinas compresoras para aumentar la presión del aire antes de la combustión, un scramjet aprovecha la propia velocidad del vehículo para comprimir el aire que ingresa a la cámara de combustión.
Los motores convencionales no pueden utilizarse a velocidades hipersónicas porque literalmente se "ahogan" con el aire que se acumula delante de las palas del compresor.
En cambio, un scramjet se asemeja más a un conducto con una cámara de combustión Venturi en su interior. Puede impulsar un vehículo hasta velocidades muy elevadas, pero sigue necesitando oxígeno atmosférico, lo que limita su techo operativo a unos 100.000 pies.
Los vehículos hipersónicos de planeo vuelan a mayores altitudes y velocidades. Habitualmente son lanzados mediante un misil balístico. Al alcanzar la atmósfera superior, el vehículo se separa y comienza la fase de planeo hipersónico durante el reingreso.
Esta capacidad de maniobra durante el planeo le permite eludir gran parte de los sistemas actuales de defensa antimisiles, diseñados para interceptar misiles balísticos durante su fase de reingreso.
Aun así, los vehículos hipersónicos suelen ser más lentos que los misiles balísticos, ya que vuelan dentro de la atmósfera, mientras que estos últimos recorren gran parte de su trayectoria en el vacío del espacio.
Los desafíos de la ingeniería hipersónica
Alcanzar velocidades hipersónicas no representa un gran desafío. Se logran desde la aparición del cohete alemán V-2 durante la Segunda Guerra Mundial. El avión experimental X-15 también alcanzó velocidades hipersónicas a fines de los años cincuenta y comienzos de los sesenta.
El verdadero desafío consiste en construir estructuras capaces de soportar temperaturas sostenidas superiores a los 2.000 °C generadas por la fricción, además de enormes presiones aerodinámicas, sin comprometer la resistencia estructural ni la carga útil.
Pero el problema más complejo es controlar la dirección del vehículo durante el vuelo. Las superficies aerodinámicas convencionales —alas o aletas— pierden efectividad a velocidades hipersónicas. Cuanto mayor es la velocidad, menos funcionan estos controles tradicionales. Incluso pueden generar turbulencias y resistencia que desestabilizan el vehículo.
Cómo se guía un vehículo hipersónico
Estados Unidos ha desarrollado diversos métodos para maniobrar vehículos hipersónicos, aunque su estado operativo permanece clasificado.
Uno de ellos utiliza pequeños propulsores de aire a alta presión distribuidos a lo largo del fuselaje, que permiten corregir la trayectoria.
Otro método, pensado para velocidades extremadamente elevadas, emplea múltiples láseres pulsados ubicados sobre los bordes de ataque del vehículo. Estos generan zonas localizadas de plasma de baja presión que reducen la resistencia aerodinámica en un lado, provocando que el vehículo se desplace hacia esa dirección. Los mismos láseres también pueden disminuir el calentamiento por fricción y crear una envoltura de plasma que dificulta la detección por radar.
Cómo se transmiten las correcciones de rumbo
Las armas hipersónicas deben poder maniobrar mediante sistemas internos de navegación, probablemente basados en GPS e inteligencia artificial, complementados por enlaces satelitales.
A velocidades hipersónicas, las antenas funcionan de manera deficiente debido a la envoltura de plasma que rodea al vehículo, por lo que la navegación depende principalmente de sistemas inerciales actualizados periódicamente mediante satélites.
Esto exige una red satelital capaz de detectar, seguir y predecir el movimiento del blanco en tiempo real, calcular el punto de interceptación y transmitir continuamente las correcciones necesarias.
Más rápido no siempre significa mejor
Supongamos que un vehículo hipersónico de planeo viaja a Mach 20 hacia un portaaviones situado a 900 millas.
Mientras el satélite actualiza continuamente la posición del blanco, el vehículo realiza pequeñas correcciones.
Ilustración artística que muestra las ondas de presión ejercidas sobre un misil de crucero hipersónico durante un vuelo hipersónico. Las estructuras del fuselaje de los vehículos hipersónicos están sometidas simultáneamente a presiones y temperaturas extremas, lo que exige el empleo de materiales exóticos y métodos de maniobra específicamente desarrollados para el vuelo hipersónico.
Pero cuando el grupo naval detecta el ataque a menos de 25 segundos del impacto y ejecuta un cambio brusco de rumbo y velocidad, el vehículo ya no dispone de tiempo suficiente para corregir su trayectoria.
El ataque fracasa.
La lección es clara: más velocidad no siempre implica mayor eficacia, y un blanco suficientemente maniobrable puede provocar el fallo del ataque.
Para aumentar las probabilidades de impacto sería necesario lanzar múltiples armas hipersónicas en enjambres, estrategia que precisamente pretenden utilizar algunos potenciales adversarios.
Sin embargo, incluso esa táctica puede fracasar si el defensor dispone de señuelos, misiles interceptores y artillería adecuada.
Concepto artístico: cabezas de combate explosivas interceptoras, con forma de proyectil, se desprenden de sus cohetes aceleradores hipersónicos mientras interceptan misiles de crucero hipersónicos enemigos que se aproximan. Misiles defensivos como estos se encuentran actualmente bajo estudio para su desarrollo y, potencialmente, podrían ser lanzados desde buques de guerra equipados con el sistema Aegis. (DARPA)
Contramedidas
¿Existen contramedidas eficaces contra las armas hipersónicas?
La respuesta corta es sí.
La larga es que su eficacia depende del alcance de detección, de la velocidad del atacante y de su perfil de vuelo.
Interceptarlas durante la fase de planeo requiere radares de largo alcance, sensores infrarrojos espaciales capaces de detectar sus firmas térmicas y sistemas de control de tiro adecuados para armas de energía dirigida y misiles interceptores.
Satélites "FOO Fighter"
Estados Unidos desarrolla una constelación de satélites denominada "FOO Fighter", destinada a detectar misiles hipersónicos y dirigir los sistemas de interceptación.
El nombre proviene de los misteriosos orbes luminosos observados por pilotos aliados durante la Segunda Guerra Mundial.
Cañones convencionales y balas hipersónicas
Las balas convencionales se desintegran por encima de aproximadamente 4.000 pies por segundo debido al calor generado por la fricción.
Sería posible fabricar proyectiles con materiales exóticos o cerámicos capaces de soportar velocidades hipersónicas, pero ello resolvería solo una parte del problema.
También sería necesario rediseñar completamente su forma aerodinámica, probablemente adoptando proyectiles similares a dardos sabot perforantes.
Además, el ánima del cañón debería ser lisa, ya que un estriado convencional se desgastaría rápidamente y el giro impartido al proyectil dejaría de aportar precisión.
Todo ello implicaría costos extremadamente elevados sin garantía de mayor alcance o precisión.
La última línea de defensa
Las armas de energía dirigida parecen ofrecer la respuesta más prometedora frente a las armas hipersónicas.
Aun así, algunos misiles podrían atravesar las defensas si fueran lanzados en grandes cantidades.
Actualmente, la última línea de defensa está representada por el sistema Phalanx CIWS de 20 mm de la Armada estadounidense y su versión terrestre C-RAM.
Estos sistemas disparan aproximadamente 4.500 proyectiles por minuto, creando una densa nube de munición que destruye el blanco entrante.
Aunque los proyectiles están muy lejos de ser hipersónicos, el enorme volumen de fuego compensa esa limitación.
Sin embargo, su alcance efectivo ronda apenas las dos millas y solo pueden emplearse como último recurso.
¿Qué debería desarrollarse primero?
La cuestión final es si debería priorizarse el desarrollo de armas hipersónicas ofensivas o de sistemas defensivos contra ellas.
Desarrollar simultáneamente ambas capacidades resulta extraordinariamente costoso.
Muchos sostienen que la prioridad debe ser la defensa, dado que los competidores de Estados Unidos afirman haber alcanzado un elevado grado de madurez tecnológica en materia ofensiva.
Sin embargo, gran parte de esas afirmaciones son exageradas.
Afortunadamente, nuestros competidores enfrentan exactamente los mismos problemas tecnológicos e industriales.
Sin una defensa sólida frente a las armas hipersónicas y sin una base industrial capaz de reponer rápidamente las municiones empleadas, cualquier país deberá ser muy cuidadoso al elegir la guerra que decida librar.
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