Ignorantiae autem fatuorum effunde.

Un solo transmisor de radio puede ser diseñado para suministrar suficiente información como para proporcionar a un navegante tanto el rumbo (fácilmente) como la distancia (problemático pero posible). Si está ubicado en un aeródromo que el aviador desea encontrar, entonces no se necesita mucho más, y la idea puede extenderse de manera que una serie de transmisores puedan guiar a un aviador a lo largo de cualquier trayectoria deseada. Aunque es bastante satisfactorio para este propósito, es más bien inflexible si las rutas fijas necesitan cambiarse en intervalos cortos, y resulta costoso si hay muchas rutas fijas. Un sistema de radionavegación con cobertura de área cubre simultáneamente toda una gran zona y evita estos problemas, pero crear uno utilizando sistemas “solo de rumbo” puede ser costoso, ya que la precisión en la localización basada en rumbos disminuye rápidamente a medida que aumenta la distancia — si el rumbo se mide con una precisión de 5°, esto puede contribuir con un error de más de 8 km a solo 100 km de distancia.

La solución a esto es medir la distancia, ya que cualquier error se mantiene constante en todas las distancias, pero esto solo puede lograrse utilizando el tiempo como un análogo, y se requiere una sincronización muy precisa para una precisión razonable — una millonésima de segundo equivale a 300 metros. Actualmente esto no representa un problema particular, pero en los primeros días de la radio era imposible y, durante mucho tiempo después, la única manera concebible de hacerlo era mediante mediciones diferenciales de fase. No fue hasta finales de los años 30, cuando se logró generar pulsos cortos de alta potencia, que se hizo posible hacerlo de forma directa y sin ambigüedad.

En los primeros días de la radio parecía que la correlación entre la intensidad de la señal y la distancia podría ser útil. Fundamentalmente, es un método deficiente porque, incluso si la intensidad de la señal recibida disminuyera solo de acuerdo con la predicción teórica, lo haría de manera logarítmica, y la diferencia de intensidad en unos pocos kilómetros, salvo a distancias muy cortas, es mínima. Es bastante difícil para el oído humano notar la diferencia entre dos señales con menos de 3 dB de diferencia, pero esto representa un cambio de distancia — para una señal de 300 kHz sobre agua salada, por ejemplo — de 100 a 140 km. En otras palabras, la medición de distancia mediante comparación de amplitud tiene mucha menos precisión que la de rumbo. A pesar de esto, Marconi le dedicó algo de tiempo en 1900, y también hubo trabajos alemanes en ese mismo año que no ha sido posible rastrear.

Más tarde, en los años 20, cuando la estabilidad de fase razonable se volvió posible, resurgió el interés en la medición de distancia. No es posible medir la fase de forma aislada — solo puede medirse en comparación con un estándar que se asume inmutable. Un oscilador de referencia en el receptor sería adecuado si tuviera una estabilidad extremadamente alta, pero incluso hoy estamos apenas en la etapa en la que los osciladores lo suficientemente estables (o «relojes» en la terminología moderna), como los estándares de cesio y rubidio, se han vuelto lo suficientemente pequeños y baratos como para ser transportados como algo cotidiano. Ciertamente, en los años 30 y 40, los osciladores de cristal disponibles estaban lejos de ser lo suficientemente estables. El único método era usar comparación de fase dentro del propio sistema — es decir, medir la fase de un transmisor respecto a la de otro, estando ambos sincronizados en fase de alguna manera. Esto resolvía dos problemas a la vez, ya que los dos transmisores podían estar ubicados a cierta distancia uno del otro y así producir una familia de hipérbolas que cubrían una zona considerable. La técnica fue implementada de muchas formas diferentes, y aún hoy es el método más preciso para realizar comparaciones temporales. Sin embargo, llevaba (y lleva) consigo un problema de ambigüedad: la medición es muy precisa dentro de un solo ciclo, pero no identifica inherentemente cuál ciclo está siendo utilizado.

A partir de 1935 aproximadamente, la tecnología había avanzado lo suficiente como para permitir la medición directa de distancia mediante la transmisión de un pulso de alta potencia y la medición del tiempo que tomaba en llegar a un objeto distante y regresar. Esto podía lograrse por reflexión (usando microondas) o haciendo que el objetivo distante transmitiera su propio pulso de respuesta tan pronto como recibiera el original. No era tan preciso como los métodos de fase, pero tenía la enorme ventaja de ser no ambiguo. El problema de la temporización precisa se resolvió disponiendo que el pulso saliente activara un sistema de cronometraje que se detenía con el pulso de retorno, y así solo debía mantener su estabilidad por unas pocas decenas o centenas de microsegundos. El principio fue adaptado a los sistemas de radionavegación de cobertura de área mediante la organización de una cadena de tres o cuatro transmisores que transmitían en un patrón sincronizado entre sí.

Más adelante se desarrollaron sistemas que usaban tanto pulsos como fase, siendo la manifestación más reciente el GPS, que emplea análogos no ambiguos de pulso y fase para lograr una precisión realmente alta.

Este artículo es el cuarto capítulo de una serie sobre los Sistemas de Navegación Aérea durante el periodo comprendido entre los primeros vuelos oceánicos y el inicio de la aviación comercial, hasta la introducción del INS en aeronaves civiles. El autor y el editor agradecerían cualquier comentario sobre el contenido del artículo.

1. INTRODUCCIÓN.-

Las ayudas radioeléctricas hiperbolicas para la navegación siempre parecen haber llevado asociada la descripción de «cobertura de área», quizás porque es una muy buena manera de diferenciarlas de otras ayudas radioeléctricas que proporcionan al navegante su posición relativa a un solo punto, en lugar de dentro de una amplia zona. Tal vez sea conveniente que pueda utilizarse esta simple clasificación, ya que, cuando se examina la física de las ayudas radioeléctricas, hay pocas diferencias entre ellas. Todas utilizan el tiempo transcurrido como un análogo de la distancia —incluso los radiogoniómetros—, y la mayoría emplea de algún modo la creación de patrones de interferencia. Muchos sistemas conocidos popularmente como ayudas de «fuente puntual» son en realidad sistemas hiperbolicos «colapsados», como el VOR, Consol, etc.

A efectos de este artículo, se ha utilizado una definición de sistema hiperbolico como aquel que emplea fuentes de energía radioeléctrica comparativamente distantes que actúan en conjunto para proporcionar cobertura de navegación sobre una gran área, en términos de funciones hiperbolicas. Por «cobertura de navegación» se entiende una precisión de fijación razonablemente constante sobre una buena extensión geográfica, independientemente de la distancia (en contraste con la disminución lineal de precisión con la distancia, típica de las fuentes puntuales).

Se asume que el lector está familiarizado con los sistemas modernos y no necesita explicaciones sobre su funcionamiento. Por esta razón, no se presentan diagramas conceptuales ni de cobertura de los mismos.

Este artículo está dividido en dos secciones: antes y después de 1937. Hasta 1937 no se habían instalado sistemas hiperbolicos para uso general; la práctica habitual consistía en patentar la idea primero y dejar para más adelante la comprobación de si realmente podía funcionar, ya que muchos no lo lograban, a veces por razones poco relacionadas con el concepto básico. Por tanto, las patentes de este periodo son la mejor guía para mostrar cómo se desarrollaron las ideas necesarias para sistemas prácticos, y se citan con cierto detalle.

A partir de 1937 comenzaron a aparecer sistemas funcionales, lo que dio lugar a una proliferación de patentes, a menudo relacionadas solo con aspectos técnicos muy específicos, y demasiado numerosas como para ser mencionadas aquí. Sin embargo, su uso operativo ha proporcionado una gran cantidad de detalles prácticos y resultados que han sido aprovechados.