La historia y las curiosidades del Sidewinder

En 2008 mi compañía me envió a instruir pilotos comerciales a Taiwán. Me tomé el viaje como algo más que un simple trabajo y me dediqué a visitar el estrecho que separa esta isla de la China continental, pues mientras cursaba estudios militares sobre armamento (a principios de los 80) había leído mucho sobre las historias de los combates aéreos que tuvieron lugar en aquella parte del mundo.

 El 23 de agosto de 1958, la china comunista liderada por Mao Zedong atacó al líder de los nacionalistas Chiang Kai Shek por un "quítame allá esas islas". Este conflicto meneó el Statu Quo establecido después del conflicto coreano y llegó a ser uno de los momentos álgidos de la Guerra Fría. El episodio pasaría a la historia por haber sido el segundo gran enfrentamiento entre la china "roja" y la "nacionalista" (apoyada por la flota norteamericana). La confrontación tuvo lugar en el estrecho de Formosa (actual Taiwán) y entre otras muchas cosas puso de manifiesto la superioridad de los MiG-17 "Fresco" sobre los menos capaces Sabre F-86F pilotados por los nacionalistas taiwaneses que a su vez estaban adiestrados por los pilotos norteamericanos. Este episodio es considerado hoy en día todo un clásico de los combates aéreos. El hecho en sí dejaba claro que existía una gran superioridad tecnológica por parte de la URSS a la hora de diseñar cazas a reacción, pero por otra parte mostró al mundo la gran visión de futuro de los Estados Unidos al dotar por sorpresa a un avión de inferiores características con un arma muy superior (y todo ello en el más estricto de los secretos).

Fraseología

Fox es una clave o forma abreviada que utilizan los pilotos de aviones militares pertenecientes a la OTAN para referirse (y advertir a otros pilotos) al lanzamiento de un misil aire-aire. El número describe el tipo de guiado del misil.

• Fox One - Indica lanzamiento de un misil guiado por un radar semi-activo (por ejemplo, el AIM-7 Sparrow).
• Fox Two - Indica lanzamiento de un misil guiado por un radar infrarrojo (por ejemplo, el AIM-9 Sidewinder).
• Fox Three - Indica lanzamiento de un misil guiado por un radar activo (por ejemplo, el AIM-120 AMRAAM).

El MiG Alley

Los MiG-17 de fabricación soviética volaban más rápido y más alto que el avión norteamericano. La "amenaza roja" no podría ser derribada por los cañones de los cazas occidentales y sus orgullosos pilotos gozaban de casi total impunidad. Parecía que la supremacía aérea (elemento clave de cualquier guerra) estaba ganada... o quizás no. En septiembre los cazas norteamericanos fueron armados con una especie de tubo largo provisto de unas pequeñas aletas y una sección de morro dotada de un fino cristal en vez de una cabeza explosiva.

La nueva arma aérea se parecía más a un cohete que a otra cosa. No tenía forma de ser guiada desde el avión por ningún medio. No había cables para dirigirla, ni radio, ni nada que pudiera indicar que una vez lanzada esta arma pudiera dirigirse a un blanco... pero las apariencias engañaban. Los norteamericanos acababan de poner en servicio nada más y nada menos que el más famoso misil A/A-IR (Aire /Aire - Guiado Infrarrojo) de todos los tiempos. El Sidewinder. El misil que, una vez lanzado, por sí solo podía perseguir y destruir a sus blancos. Los norteamericanos acababan de establecer el famosísimo concepto del "Fire and Forget" (dispara y olvida).

Un Sidewinder primitivo montado en un Douglas A-1 Skyraider para pruebas. Nótese las aletas de dirección cuadradas

Los orígenes de este misil habría que buscarlos en los intentos de la I GM con el "Le Prieur", pero sobre todo en el famoso sistema alemán de misiles guiados "Ruhrstahl X-4" de la II GM. Este cohete aire-aire (proto-misil guiado con cable) nunca fue demasiado efectivo, jamás llegó a probarse en combate y el proyecto para mejorarlo tuvo que ser cancelado al final de la guerra para centrar todos los esfuerzos en los nuevos cazas a reacción de la Luftwaffe. Una vez más los alemanes demostraban que verdaderamente eran la nación tecnológicamente más avanzada del mundo. Los norteamericanos calcularon en algún momento de la guerra que Alemania estaba 15 años más avanzada que sus enemigos en muchos aspectos, como este de los misiles.

Una vez acabada la II GM, se pensaba que el combate aéreo se decidiría en un futuro a base del derribo de bombarderos estratégicos de largo alcance armados con cabezas nucleares. Los expertos de la época abogaban por desarrollar misiles dotados de cabezas buscadoras con RADAR para poder adquirir los blancos y perseguirlos. Mientras tanto, un joven físico (secundado por una docena de frikis de la tecnología), trabajaba para la Marina estadounidense en China Lake (desierto de Mojave en California). El Dr. McLean compartía con sus expertos la afición a desarrollar ideas innovadoras en multitud de campos.  Una de estas ideas era la de crear una especie de sensor a base de sulfuro de plomo que era sensible a la radiación infrarroja generada por el calor. Aunque el campo en el que debía de desenvolverse el profesor McLean era el de R&D (Research and Development), y no al diseño de armas, el equipo trabajaba en el proyecto más como una afición que otra cosa. Se llegó a decir por aquella época que el complejo de armamento más grande de los estados Unidos era en realidad el taller de hobbies y "chapuzas" varias de McLean.

Dr. William B. McLean (1914-1976). El padre del famoso Sidewinder en una foto de 1960. Graduado tres veces en física por el instituto de tecnología de california (Caltech), terminó su doctorado en 1939. Trabajó toda su vida como experto en armamento, primero para el National Bureau of Standards y posteriormente en el NOTS (actualmente el Naval Air Weapons Station China Lake)

El sensor desarrollado por el equipo de voluntarios de McLean podría ser aplicado a una espoleta. El potencial para el desarrollo de un misil autónomo era enorme. Todo lo que debían de hacer era acercarse al blanco con el sensor y cuando la espoleta estuviera lo suficientemente cerca del blanco... hacerla estallar. La idea era sencilla, pero la tarea de construirla muy complicada. MacLean llegó a decir aquello de “It is easy to build something complicated; it’s hard to build it so that it’s simple”.

Sin apoyo oficial del centro y sin permiso por parte del gobierno, McLean se embarcó en el proyecto de desarrollar una nueva arma dedicándole horas extras, simplemente por el placer de trabajar en algo complicado, pero que realmente le gustaba. el sistema requería conocimientos de explosivos, de guiado a distancia, de óptica y de cálculo avanzado y lógica "inteligente"entre otras muchas cosas. La tarea era enorme. Le llevó nada menos que cinco años poder dar con la solución correcta. 

El diseño final de McLean se basaba en una cabeza buscadora dotada de un espejo parabólico igual que el que usan los telescopios, solo que esta vez el espejo giraba como un giróscopo a unos 4200 RPM. el espejo parabólico rotatorio se situaba en la punta del misil y se protegía con un fino cristal transparente. La distancia y el ángulo de reflexión de una señal infrarroja reflejada en el espejo parabólico impactaba en el sensor. Este sensor inicialmente era un detector basado en el sulfuro de plomo. Un calculador comparaba estos ángulos y distancias con el eje de giro del espejo, de forma que la fuente de calor siguiera siempre en el campo de "visión" del espejo por medio de unos motores y electroimanes que reorientaban este para que la fuente siempre se mantuviera dentro de los límites del dispositivo. De la misma forma la señal se enviaba a unas aletas orientables en la parte delantera del misil, que mantenía a este en la dirección a la fuente de calor.

El control y el guiado son las dos partes en las que se puede dividir el problema de llevar el misil al blanco, si cabe la analogía, el sistema de guiado puede ser considerado “El Cerebro”, mientras que el sistema de control “El Musculo” que mantiene el misil en trayectoria. Se dice que el que más adelante sería astronauta del proyecto Mercury, Wally Schirra, visitó las instalaciones donde McLean experimentaba con el prototipo de misil. Schirra, había sido uno de los pilotos más veteranos en la Guerra de Corea y ya estaba muy experimentado en técnicas y tácticas de combate aéreo (abatió a un MiG-15). En el laboratorio de China Lake, Schirra recuerda que pasó con un cigarrillo en su mano por delante de "esa cosa" que tenía como un ojo de cristal ...y la muy puñetera (en original fue más soez), le siguió los movimientos de la mano durante todo el tiempo. Schirra es recordado porque fue uno de los astronautas del Mercury 7, pero también estuvo en el programa del Sidewinder. 

El sistema de guiado de misiles es el encargado de mantener al misil en la correcta trayectoria de vuelo entre el lanzamiento y el blanco, de acuerdo a las señales recibidas de la unidad de detección. El equipo de McLean había creado un sensor que seguía objetos calientes con bastante precisión. Eso ya era todo un logro, pero ahora el problema que tuvieron que resolver en el laboratorio de McLean era el de la estabilidad del misil. Para que el giro del misil no afectara a al espejo giratorio, los técnicos inventaron algo extremadamente sencillo, pero de gran utilidad práctica. Se trataba ni más ni menos que de los famosos "rolerones" (rollerons), con los que todos los que hemos trabajado con este misil hemos jugueteado haciéndolo rotar (...y a veces haciendo el tonto nos pillábamos los dedos).

La estabilización de la actitud de vuelo es absolutamente necesaria si se quiere que el misil responda correctamente a las señales de guiado. Los rolerones ayudan a tal fin. En la imagen se puede ver el detalle de la canalización del aire por medio de pequeños álabes aerodinámicos.

Cuando el misil se encontraba en vuelo, el aire impactaba en los dientes de la ruedecilla haciéndola girar a gran velocidad. La ruedecilla en realidad era una masa muy pesada y ya se sabe que cuando una masa rota se convierte en un giróscopo. Una de las propiedades del giróscopo es la llamada "rigidez en el espacio", o lo que es lo mismo su capacidad para mantener la posición independientemente de fuerzas externas (lo que hace la peonza en nuestra mano al moverla). Pues bien, esta simple propiedad hacía que las aletas traseras giro-estabilizaran todo el cuerpo del misil impidiendo su rotación sobre el eje longitudinal. Sencillo y barato, pero muy efectivo. En realidad, ese es el secreto de la industria aeroespacial. Todo lo que tú puedas imaginar, un ingeniero aeronáutico lo conseguirá más barato :)

El secreto de los rolerones

En vuelo, el aletín sobresale un poco hacia arriba y pivota sobre su eje. El rolerón es una rueda dentada que adquiere propiedades giroscópicas para mantener al misil estable a lo largo de su eje longitudinal. Pero con todo y con eso, la tarea más difícil con la que tuvo que enfrentarse el equipo de McLean, fue con la capacidad de seguimiento del misil. La cabeza del misil podía detectar donde se encontraba el blanco en un momento dado y podía volar de forma giroestabilizada, pero no podía predecir dónde iba a estar el blanco en el siguiente momento. Se trataba ni más ni menos que de "hacer pensar" al calculador para que pudiera predecir la trayectoria del blanco. Esto es lo que en la academia militar nos decían que era la trayectoria "caza-curva" del misil.

Así pues, se requería que además de ser autónomo, el misil siguiera continuamente al blanco, que maniobrara mejor que el blanco, que lo alcanzara y que lo destruyera. Estamos hablando de tecnología de finales de los 50. Los ordenadores como el ENIAC eran tan grandes como una habitación y funcionaban con lámparas de vacío. Lo que el equipo de McLean hizo en China Lake es algo que asombra incluso hoy en día. Acababan de inventar un robot autónomo que se disparaba y él solito hacía el resto. Lo llamaron Sidewinder en clara referencia a la serpiente del mismo nombre que habita en aquel desierto de Mojave y que ataca a sus víctimas en plena oscuridad aproximándose a ellas precisamente por el calor que desprenden sus cuerpos. Un nombre muy apropiado.  

En las pruebas en vuelo llevadas a cabo por Schirra y los demás pilotos, no era infrecuente que estos se divirtieran de vez en cuando apuntando con la cabeza sensor a tractores, trenes y otros vehículos que generaban calor. La mayor queja de estos pilotos era la de tener que estar monitorizando todo el tiempo un voltímetro instalado en la carlinga del avión para ver si el misil se encontraba dentro de los parámetros apropiados de distancia y ángulo para el disparo. Schirra decía que un piloto de caza en un combate Dogfight no podía estar mirando hacia abajo para poder saber si podía o no efectuar un disparo (muy cierto). En ese sentido se resolvió el problema con la adopción de un zumbido de unos 840 Hz que hoy mundialmente famoso porque indica como el misil está en rango para el disparo. Así que el robot diseñado para derribar aviones no solo calculaba la posición del blanco, sino que también le hablaba al piloto para decirle cuando debía disparar.

USN Capt. Wally Schirra (segundo por la derecha) recepcionando un F2H Demon de la casa McDonnell Douglas.

Cuenta Schirra que cuando estuvo involucrado en el programa de pruebas del misil, un Sidewinder proveniente de su propio avión se volvió contra él. El ex-piloto de la Navy ejecutó una maniobra hoy considerada clásica. Encaró inmediatamente al misil con un brusco giro y lo sacó de la envolvente de vuelo. Cinco años después de su desarrollo el misil estaba siendo entregado y usado para entrenar a los pilotos.  En la Operación "Black Magic" se usaron F-100 Super Sabre para simular los MiG-17 Fresco y así poder entrenar a los pilotos Nacionalistas. El 24 de septiembre de 1958 estos pilotos lograron derribar al menos 10 frescos. 

Dos semanas más tarde los chinos comunistas pedían entablar conversaciones de paz. Los soviéticos estaban atónitos ante tal arma. Nadie sabía cómo era, pero un día un MiG recibió un impacto de Sidewinder con tal fortuna que la carga explosiva no detonó. El misil quedó empotrado en el fuselaje del avión y el piloto logró regresar a la base con él. El secreto se había desvelado. Por medio de técnicas de "ingeniería inversa" los soviéticos analizaron el nuevo arma. Pocos meses después ellos producían la suya propia (una copia del Sidewinder) y lo bautizaron K-15 (nombre en clave de la OTAN AA-2 "Atoll". La balanza se igualaba una vez más.

El cuerpo motor y la cabeza de guerra pintados en azul significa que este misil es inerte (de prácticas). Solo la cabeza buscadora es funcional para poder entrenar al piloto.

Construcción 

El misil se compone de cuatro secciones principales: adquisición de blanco, orientación, ojiva y motores cohete. Estos se encuentran en un tubo de aluminio de 12,7 cm de diámetro.

La Unidad de Guía y Control (GCU) contiene la mayor parte de la electrónica y la mecánica del misil. Determina si el misil está o no sobre la trayectoria correcta, si está fuera de ella enviará señales de error al sistema de control. En la parte delantera del misil, detrás de un cristal se encuentra la cabeza buscadora IR con el espejo y varios sensores de sulfuro de plomo - o indio antimoniuro en la variante AIM-9L - Los componentes también abarcan a los fotorresistores o una matriz de plano focal en el AIM-9X. La cabeza buscadora mantiene al misil en vuelo estable y convierte señales del sistema de guiado en órdenes para modificar la trayectoria del misil.

Dentro de la cabeza del misil se encuentra la electrónica que recoge datos, señales interpretadas y generadas para el control de dirección que mueven las aletas delanteras. Desde la GCU existe una conexión eléctrica (cordón umbilical) que conecta los datos de la cabeza con la aviónica de la aeronave para el cálculo de tiro.

La electrónica utiliza una botella de argón o nitrógeno líquido para la refrigeración del conjunto (AIM-9X). En el extremo posterior de la GCU un generador de gas o una batería térmica (AIM-9X) proporcionan la energía eléctrica necesaria para el vuelo autónomo. A continuación, viene una espoleta con ocho emisores/detectores que provocan que la ojiva detone cuando el misil se encuentre lo suficientemente cerca del blanco. Es la espoleta de proximidad que se activará cuando el calculador reconozca que el misil no va a impactar con el blanco y que además ya no le queda energía para seguir persiguiéndolo. 

Parte delantera de un AIM-9L

Los últimos modelos del AIM-9 tienen una cabeza esférica con efecto de fragmentación  que se compone de muelles de acero arrollados en espiral rellenos con 6 kg de Tritonal. ¡Menudo pepino!

La sección de la unidad con el motor del cohete sólido contiene tres piezas de conexión que conectan el misil con el carril de lanzamiento. Estas tres piezas también ofrecen contacto eléctrico para decirle al computador de armamento de la aeronave que lleva montada una de estas armas y le dice además en la estación donde se encuentra. Para los modelos más antiguos, las aletas de la cola sólo servían como elementos de estabilización aerodinámica, mientras que el control de vuelo se hacía con las aletas delanteras. En el moderno AIM-9X esta función se ha invertido por primera vez ya que la tobera de salida de gases es ahora orientable.

Función del sistema de infrarrojos 

Geometría de la adquisición de blancos

La principal ventaja del Sidewinder era su sistema de guiado simple pero eficaz. se trataba de una combinación mecánica y ordenadores analógicos. En la época en la que se desarrolló no existían los ordenadores digitales con potencia y compacidad suficiente. Todo esto cambió radicalmente en la de cada de los 90 y se pudo poner en práctica en el ultramoderno AIM-9X.

En la Segunda Guerra Mundial los alemanes ya tenían sistemas de guiado infrarrojo en programas de misiles experimentales, como en el Enzian parecido al que comentamos al principio. Sin embargo, el final de la guerra impidió un mayor desarrollo. El Enzian tenía un detector de IR montado en una especie de pequeño telescopio (lente cóncava). Lo curioso del caso es que el detector que utilizaban los alemanes era en realidad de fabricación austriaca. La empresa Kepka basada en Viena utilizaba un sensor muy avanzado para aquella época que se llamaba "Madrid".

El famoso Sidewinder norteamericano mejoró todas estas técnicas ya conocidas por los alemanes y lo hizo con el consabido "pragmatismo Yanqui". Los norteamericanos simplificaron y mejoraron el sistema de tal manera que este misil se ha convertido en una de esas cosas que funcionan tan bien y son tan (relativamente) baratas que no son fáciles de sustituir. 

El AIM-9X

El misil infrarrojo por excelencia ha ido mejorando mucho con el paso del tiempo y su última versión AIM-9X es muy avanzada, con capacidad de discriminar entre blanco y señuelo. Posibilidad de "blocar" después del lanzamiento por otro avión distinto al portador mediante Data-Link para poder ser redidrigido. 

El AIM-9X conserva el motor MK 36 y la ojiva WDU-17/B del AIM-9M. Sin embargo, el cuerpo es nuevo y tiene aletas y canards mucho más pequeños para una menor resistencia y un mayor rendimiento de vuelo. La sección de guía y control es completamente nueva y monta un buscador IIR (Imaging Infrared). La nueva sección de propulsión WPU-17/B tiene un sistema de dirección vectorizado (a reacción) que le confiere una agilidad significativamente mejorada. El misil es lo suficientemente compacto como para caber en las bahías de armas internas de cazas sigilosos como el F/A-22 Raptor y el F-35 Joint Strike Fighter, pero también puede usarse en lanzadores AIM-9 existentes (como el LAU-7/ serie A, y las series LAU-127/A, -128/A y -129/A de lanzadores Common Rail). El AIM-9X también es totalmente compatible con el nuevo JHMCS (Joint Helmet-Mounted Cueing System) para la adquisición de objetivos. Las versiones no tácticas del AIM-9X incluyen el CATM-9X cautivo (sin lanzamiento), el DATM-9X no lanzable para prácticas de manejo y carga, y el NATM-9X, que está equipado con equipo especial de telemetría de prueba y evaluación. .

Hasta 2001, Raytheon (actual contratista principal), Ford Aerospace (Philco), General Electric y Motorola han construido en los EE. UU. más de 150 000 misiles AIM-9 Sidewinder de todas las variantes. Los misiles construidos en el extranjero elevan este número a más de 200 000, y es casi seguro que la producción continuará durante muchos años. Aproximadamente 270 derribos aire-aire en todo el mundo se atribuyen al AIM-9.

El siguiente gráfico resume la línea de desarrollo de la familia de misiles AIM-9. 

Los derivados del misil AIM-9 son el MIM-72 Chaparral, el AGM-87 Focus y el AGM-122 Sidearm.

Hoy en día hay otros misiles IR mucho más modernos, como el Europeo IRIS-T que equipa al poderoso Eurofighter, pero... ¡cada lanzamiento (impacte en blanco o no) son 400.000 Euros del ala! Un modelo AIM-9L tendría un coste muy inferior.

Contramedidas 

Un lector me pregunta más abajo si existe algún tipo de protección contra este tipo de misiles, además de la pluma que se podría ver (no siempre). La respuestá es que sí. Antiguamente eso era así, pero estamos hablando de los primeros años. Con el paso del tiempo se han ido desarrollando sistemas cada vez más sofisticados, llamados missile approach warning systems (MAW). En el Eurofighter Typhoon, por ejemplo, si nos fijamos en su parte trasera encontraremos una cápsula cilíndrica que apunta hacia atrás, justo encima de los motores (ver foto de SAC Ben Stevenson). Ese es el receptor de advertencia de aproximación de misiles. Ese sistema forma parte del denominado EuroDASS Praetorian. El DASS es una parte integral del subsistema de ayuda defensiva Eurofighter Typhoon (DASS) que proporciona evaluación de amenazas, protección de aeronave y medidas de apoyo en entornos extremadamente hostiles y severos. Como el DASS está completamente integrado, no requiere pods adicionales que ocupen estaciones de armas o que influyan en el rendimiento aerodinámico de la aeronave. Además, la naturaleza modular del DASS simplifica las actualizaciones futuras y permite que cada país asociado o cliente de exportación tenga la opción de adaptar el DASS a sus necesidades individuales.

Para hacer un seguimiento de los misiles que le lanzan, el DASS del Eurofighter incorpora tres tipos de MAW, uno en cada base del ala y otro en la cola para proporcionar una cobertura completa de azimut de 360° alrededor de la aeronave. Entre los sensores de detección se incluye un radar activo Doppler de pulso de banda Ka de ondas milimétricas (32–38 GHz). Este sensor es activo y pueden detectar no solo misiles de guía radárica, sino también armas pasivas, como misiles guiados por infrarrojos de corto alcance. Pueden detectar múltiples misiles lanzados hacia la aeronave en todas las condiciones climáticas e incluso después de la fase de quemado del motor del cohete. Una vez que se detecta un misil, se identificará según sea guiado por radar o IR y su ubicación se muestra al piloto en los MFD. El MAW puede activar automáticamente los dispensadores de chaff y bengalas según sea necesario.

Además del Doppler, existen otros sistemas basados en la detección IR del cuerpo motor del misil atacante. Aunque dura unos pocos segundos, existen sistemas basados en IR y otros basados en radiacción ultravioleta que pueden detectar este tipo de misiles. En mi novela de ficción "Los brujos de Groom Lake", el protagonista, el comandante del Ejército del Aire y del Espacio Félix Brun, detecta y evade un misil Sidewinder precisamente con el sistema DASS de su moderno Eurofighter Trancha 3. La novela (muy baratita) se puedes encotrar en Amazon ;) Los Brujos de Groom Lake. Corre, no te la pierdas.

Se puede leer el extracto aquí:

Para saber más sobre estos misiles se puede leer el pdf  History of the Electro-Optical Guided Missiles a continuación.