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Desde escenas de películas llenas de acción hasta los oficiales de policía que inspeccionan el tráfico en busca de infractores, el radar es omnipresente en nuestras vidas. Todos sabemos lo que es, pero ¿qué hace que funcione exactamente?

En cierto modo, el proceso es muy similar a cómo ven tus ojos, pero llegaremos a eso en un segundo.

Imagen vía Pixabay.

Primero, algo de historia

Las raíces de la tecnología de radar se remontan al trabajo del físico alemán del siglo XIX Heinrich Hertz, quien descubrió que ciertos objetos (sobre todo los hechos de metal) pueden reflejar ondas de radio. Sin embargo, las limitaciones tecnológicas de la época significaron que sus hallazgos no se usaron para construir un dispositivo funcional hasta principios del siglo XX en la forma de Christian Hlsmeyers Reichspatent Nr. 165546 o Telemobiloscopio, un dispositivo utilizado para evitar colisiones de barcos en la niebla. En esencia, esta patente tenía todas las características del radar moderno, aunque en una forma muy primitiva e incompleta.

El radar moderno se desarrolló durante la segunda guerra mundial. La palabra radar es un acrónimo que significa detección y rango de radio, y hace exactamente que el dispositivo use ondas de radio para determinar la dirección relativa y la distancia a la que se puede encontrar un objeto. Esta tecnología tenía un gran potencial militar y así, durante el conflicto, varias naciones desarrollaron sistemas de radar de forma independiente y en gran secreto entre sí. El término fue acuñado por el US Signal Corps cuando estaba desarrollando el sistema para la Armada. Después del conflicto, la tecnología de radar se lanzó para aplicaciones civiles y desde entonces ha cambiado nuestras vidas.

Una instalación de radar alemán WW2 FuMG 401 Freya.
Imagen a través de la Administración Nacional de Archivos y Registros de EE. UU.

Hoy, esta tecnología une al mundo y nos permite explorar más lejos que nunca: permite que nuestros aviones vuelen y aterricen de manera segura en cualquier condición y ayuda a nuestros barcos a navegar y evitar chocar entre sí. Los meteorólogos usan radares para rastrear fenómenos meteorológicos y dar pronósticos precisos. Los astrónomos lo usan para observar la profundidad del espacio. Y no solo se usa para cubrir grandes distancias y detectar naves o aviones masivos. La NASA usa un radar para escanear las plataformas de lanzamiento en el Centro Espacial Kennedy para asegurarse de que no haya pájaros presentes que puedan causar accidentes. Los biólogos lo usan para rastrear patrones migratorios de aves e insectos para sus estudios, los ingenieros civiles lo usan para rastrear defectos estructurales en edificios y los geofísicos lo usan como antena de radar especializada para estudiar el subsuelo.

Una vista de radar del huracán Rita. Se informó que la torre de radar fue destruida por la tormenta. El radar meteorológico rastrea la precipitación en la atmósfera por la intensidad de la señal reflejada.
Créditos de imagen NOAA/Wikipedia

Entonces, ¿cómo es capaz el radar de hacer todas estas cosas asombrosas?

Ver sin luz

Nuevamente, a grandes rasgos, el radar funciona de manera similar al ojo humano, pero existen algunas diferencias clave.

Para que puedas ver algo, la luz tiene que viajar desde una fuente a un objeto, reflejarse en él y luego ser captada por las células de tu retina. Aunque el radar usa ondas electromagnéticas fuera del espectro visible (ondas de radio) en lugar de luz, todavía se basa en el mismo proceso de captura de onda reflejada. Las ondas de radio viajan a la misma velocidad que la luz pero tienen la frecuencia más baja del espectro (lo que significa que tienen la longitud de onda más larga). La luz tiene longitudes de onda de unos 500 nanómetros (alrededor de 100200 veces más delgada que un mechón de cabello), y las ondas de radio utilizadas por el radar suelen oscilar entre unos pocos centímetros y un metro, por lo que son alrededor de un millón de veces más largas que las ondas de luz.

La luz morada tiene alta frecuencia y longitud de onda corta, mientras que la luz roja tiene baja frecuencia y longitud de onda más larga.
Imagen vía Wikipedia.

Otra diferencia clave es que el radar no siempre permanece en modo de captura, como lo hace el ojo humano, también emite su propia señal, actuando primero como fuente y luego como receptor de ondas de radio por fracciones de segundo a la vez. Mientras la luz entra continuamente en su ojo, el radar ve en ráfagas cortas mientras registra las señales de retorno.

Tomemos el ejemplo de una torre de control de tráfico aéreo en una noche de niebla. Los operadores no pueden ver los aviones en lo alto porque está demasiado oscuro y no pueden usar una linterna para observarlos debido a la niebla. Pero las ondas de radio pueden atravesar la niebla, el radar emite pulsos intermitentes de ondas de radio y luego escucha para recoger la señal de retorno que rebota en los objetos dentro de su alcance. Al medir el tiempo entre la señal emitida y la devuelta, determina dónde se encuentran los reflectores y, por lo tanto, los objetos, ayudándolos así a aterrizar los aviones.

El radar se puede utilizar para determinar la distancia, la dirección, la dirección de viaje y la altitud de un objeto. Si un reflector es lo suficientemente masivo, piense en las costas aquí, el radar puede incluso distinguir su forma. Los radares Doppler (los que usan los policías en sus pistolas de radar) pueden incluso determinar la velocidad de un objeto analizando la diferencia entre la señal emitida y la que regresa al dispositivo.

¿Como hace eso?

No importa para qué se vaya a usar o dónde se vaya a instalar, todos los radares están formados por el mismo conjunto básico de componentes: un dispositivo que se usa para generar ondas de radio, algo para emitirlas, algo para recibirlas y una interfaz. para mostrar la información a un operador.

Se utiliza un equipo conocido como magnetrón para generar las ondas de radio empleadas por el sistema de radar. En realidad, produce microondas (que son ondas electromagnéticas de muy alta frecuencia) muy similares a las que produce su horno de microondas, pero son mucho más potentes ya que tienen que viajar grandes distancias.

Magnetrón de cavidad con una sección eliminada. El cátodo central no es visible. La guía de ondas que emite microondas está a la izquierda. El imán no se muestra.
Créditos de imagen HCRS Home Labor Page / Wikipedia.

Una antena actúa primero como un transmisor y transmite estas ondas en una dirección enfocada. Las antenas generalmente se curvan para enfocar los haces en un haz angosto. Por lo general, estas antenas se fijan a plataformas giratorias para que puedan usarse en un área amplia. Las ondas viajan a la velocidad de la luz hasta que golpean algo y luego regresan a la antena a la misma velocidad (este rayo reflejado a veces se denomina eco). Esto es lo que permite que los radares detecten incluso objetos que se mueven rápidamente a largas distancias. Debido a que la energía viaja a la velocidad de la luz hacia y desde la antena, puede recorrer una distancia de 160 km (100 millas) en solo milésimas de segundo.

El radar AWG-10, diseñado para el avión de combate F-4 Phantom en 1963. El plato en el frente es la antena.
Créditos de la imagen Acantilado / Flickr.

Durante este tiempo, la antena cambia de un emisor a un receptor por lo general, las antenas emiten ondas de radio durante unas pocas milésimas de segundo, luego esperan los reflejos durante varios segundos a la vez antes de transmitir nuevamente. Esto se debe a que una antena no puede recibir mientras emite, y viceversa. Una pieza de hardware conocida como duplexor cambia la antena entre estos dos roles. Las ondas captadas por la antena se alimentan a una computadora que las procesa y las muestra de manera que un operador pueda entender que estas son las señales intermitentes que se ven en las pantallas verdes de radar de Hollywood, y la línea es la orientación de la antena. Este paso también implica filtrar la información sobrante (o el ruido), como los reflejos del suelo, los edificios u otros elementos que no necesitan seguimiento.

Si bien la antena de los Phantoms estaba destinada a guiar los misiles en la parte delantera del caza, esta se usa para cubrir un área mucho más amplia.
Imagen vía Pixabay.

Pero mis ojos no pueden ver todo, ¿puede el radar hacer eso?

No. Por definición, el radar requiere que un objeto forme un eco para que pueda detectarlo, por lo que las superficies que absorben ondas de radio o permiten que pasen a través de ellas no pueden ser detectadas por estos sistemas. La investigación militar también ha demostrado que ciertas formas de fuselaje tienden a redirigir las ondas de radio en lugar de reflejarlas, lo que haría que un vehículo, avión o barco fuera parcial o totalmente invisible para el radar.

La superficie de múltiples ángulos del Lockheed F-117 Nighthawk ayuda a desviar las ondas de radio entrantes.
Créditos de la imagen El Sargento Primero. Val Gempis, Fuerza Aérea de EE. UU. / Wikipedia.

Otro truco que puede usar para evitar la detección del radar es volar cerca del suelo, lo que los aviadores conocen como vuelo de siesta porque un avión que vuela muy cerca del suelo podría evitar la detección usando el terreno. como cobertura de las ondas de radio entrantes. Es una maniobra muy peligrosa, que pone a la nave en riesgo de chocar contra el terreno o los cables de alimentación. Otra desventaja es que las naves se vuelven muy fáciles de detectar desde el suelo. Los helicópteros realizan naves NOE a unos pocos metros sobre el suelo, mientras que los aviones de combate suelen permanecer a unos 50-60 metros de altitud.

Además, aunque las ondas de radio concentradas pueden pasar a través de objetos que la luz no puede penetrar, procesar el eco para convertirlo en información significativa es extremadamente difícil, aunque hemos visto algunos esfuerzos fructíferos en esta área. Entonces, en teoría, losas de concreto lo suficientemente grandes podrían enmascarar un objeto del radar, aunque los enormes trozos de concreto serían bastante llamativos, además de pesados, por lo que eso anula el propósito.

Vaya, fue una lectura larga, pero la próxima vez que un policía te detenga por una multa por exceso de velocidad, comienza a explicar cómo funciona su pistola de radar. Quién sabe, podrías librarte de una multa.

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