RADIOFAROS CONSOL
1.- INTRODUCCIÓN .-
Comienzo en esta entrada mi iniciativa particular para que no se pierda en el olvido la trascendencia que han tenido las antenas alemanas construidas bajo el mandato de Hitler -con permiso de Franco- allá por el año 1942, en la localidad de Arneiro (municipio de Cospeito). Recientemente han caido al suelo debido a un temporal de viento las dos torres que quedaban en pie (eran inicialmente tres torres). En particular, mi interés tiene que ver más bien con el aspecto técnico, y en consecuencia a partir de este momento publicaré en esta web una serie de mini-artículos dedicados fundamentalmente a la historia y funcionamiento de la estación radioeléctrica Elektra-Sonne (llamada también Consol) que operaba desde Arneiro con una frecuencia de portadora de 285 KHz., como recuerdo de una tecnología pasada que en parte, al menos desde el punto de vista conceptual, supuso la constitución de uno de los ancestros del Sistema GPS de Posicionamiento actual. Para acometer esta tarea repartiré el gran conjunto de conceptos que es preciso manejar en pequeñas entradas independientes, de tal manera que de forma global se puedan entender con el grado de profundidad que se quiera los entresijos de este sistema radiante.
2.- DECLARACIÓN DE INTENCIONES .-
Comienzo con este apartado el conjunto de artículos dedicados al Sistema de Posicionamiento Consol. Para desarrollar esta tarea me he ayudado de la documentación histórica que se halla en internet publicada por D. ÁNGEL VALÍN BERMÚDEZ y D. SERAFÍN R. TRASHORRAS, pero únicamente los datos históricos, pues los detalles técnicos proceden de otras fuentes, en concreto, libros y manuales tanto nacionales como extranjeros de la década de los años 50. No he pedido permiso a los autores antes reseñados para usar los datos históricos que ellos han colgado en la red, pero entiendo que al mencionar sus nombres de forma explícita quedan resueltos los problemas de derechos de autor, y en cualquier caso pondré enlaces a sus páginas, para que sean visitadas desde esta web. Téngase en cuenta además que no pretendo reflejar lo ya publicado tal cual, sino procesar y elaborar el material y efectuar añadidos en base a lo que yo buenamente puedo aportar. Evidentemente tal procesado y filtro no podrá ser desarrollado para las reseñas históricas, las cuales son las que son.
Mi intención no es describir de forma super-exhaustiva el funcionamiento del sistema radiante, sino más bien hacer una introducción lo suficientemente elaborada de dicho sistema, y por ello entiendo no copiar todo lo que halle en internet o en otros medios al pie de la letra o con otras palabras, sino más bien documentar el tema con lo que conozco de este sistema, en base a lecturas de libros nacionales y extranjeros de mediados del siglo pasado y en base también a la actual teoría de antenas.
3.- DATOS HISTÓRICOS .-
Utilizo aquí como fuente de datos históricos los brillantes artículos publicados en la web por D. Ángel Valín Bermúdez y D. Serafín R. Trashorras, con las correcciones que he creido oportunas.
Según parece, ya avanzados los años 30, se le pidió a algunas empresas la mejora del sistema «American Radio Range». Se trataba de un sistema radiante usado para el posicionamiento, es decir, para obtener la longitud y latitud de un punto en el planeta, allá donde ese sistema llegara con cobertura. El ingeniero encargado de desarrollar el sistema Consol -la mejora pretendida- fue el Doctor Ernst Kramar, el cual en aquel entonces (1938) trabajaba en la empresa Estándar Elektrik Lorenz.
Una vez activo, el sistema Consol cubría todo el Atlántico Norte , y además de la estación de Arneiro (Lugo), existían estaciones en Stavanger (Noruega), Ploneis (Francia), Guillena (Sevilla), y Bush Mills (Gran Bretaña) (esta última operativa sólo después de la II Guerra Mundial), todas ellas operando a distintas frecuencias de portadora para garantizar la ausencia de interferencias y todas ellas ubicadas en diferentes puntos de frecuencia de lo que se conoce como banda BEACON (Banda para balizas).
El general Franco concedió a Hitler potestad para instalar las estaciones de Arneiro y Guillena en Lugo y Sevilla respectivamente. Según los datos de que dispongo, ambas fueron construidas en la década de los años 40, para ser más exactos allá por el 1942. También fue utilizado por los alemanes el Aeródromo de Rozas, en teoría como soporte logístico y lugar de suministro para las antenas, aunque su construcción fue anterior (ya existía).
Existen reseñas de distintas fuentes de que las antenas fueron utilizadas por ambos bandos, tanto el aliado como el nazi. Esto entra dentro de lo posible, pues para operar en alta mar o en el aire con el objeto de recibir la señal y determinar la posición, el equipo no tenía por qué ser muy sofisticado. En realidad bastaba con un receptor de radio operando en la banda BEACON, con la suficiente selectividad en frecuencia como para distinguir las distintas portadoras de frecuencias próximas entre sí dentro de la reseñada banda, y a poder ser también sería útil un radiogoniómetro, aunque no era imprescindible, más adelante entraré en estos temas con detalle.
En principio los aliados lo único que tenían que conocer eran las frecuencias empleadas por las diferentes estaciones ubicadas en Europa, y por técnicas de radiogoniometría, usando la parte temporal de señal de radiofaro NDB (Non Directional Beacon), no sería preciso conocer más para establecer una aproximación no muy fina de la posición, aunque sería deseable saber cómo se generaba la señal CONSOL (segunda parte temporal de la señal transmitida), lo cual entiendo que sería guardado en secreto por el bando alemán. Desconozco el grado de conocimiento de los aliados respecto al sistema Elektra-Sonne, aunque para operar efectivamente les bastaría con conocer las frecuencias y posición en el mapa de cada emisora y con tener radiogoniométros en banda BEACON.
Decía que existen reseñas acerca del empleo por parte de los aliados de CONSOL. Algunos llegan a afirmar que en un momento en que la estación sufrió avería fueron los aliados quienes suministraron piezas de recambio. Personalmente dudo de estas afirmaciones, entre otras cosas puesto que en el lugar no existen testigos de tal hecho, y además entiendo que los alemanes procurarían el mayor secretismo, pues el Atlántico Norte era vital para ellos con fines estratégicos.
Una vez ya terminada la II Guerra Mundial, la estación pasó a depender del Ejército del Aire de España hasta el año 1962, cuando su control se trasladó a Aviación Civil. Prestó servicio para la navegación aérea hasta 1971. Las antenas se apagaron en 1980.
Actualmente, sólo quedan los restos, y dentro de poco no quedará ni eso. Las tres torres radiantes están en el suelo, las dos últimas cayeron debido a un vendaval reciente, y la primera hace ya al menos un par de años. No queda nada de la estación de control, y del barracón de generadores de corriente. Sólo están los edificios: el que albergaba el transmisor y la circuitería, el barracón de cocina y dormitorios, el garage de grupos electrógenos, y un pozo. Pero de lo que había dentro no ha quedado absolutamente nada. Por dejadez de los organismos oficiales el que podría haber sido un precioso museo tecnológico e histórico ha quedado en la forma de edificios en ruinas. Una verdadera pena.
Enlaces a páginas relacionadas :
Web de Serafín R. Trashorras:
http://uboat.freehostia.com/arneiro/arneiro.htm
Fotos de equipos de transmisión :
http://www.jproc.ca/hyperbolic/consol_spain.html
Información militar :
http://josecadaveira.tripod.com/militaryruins/id80.html
Página web alemana :
http://www.seefunknetz.de/consol.htm
Wikipedia :
http://es.wikipedia.org/wiki/Torres_de_Arneiro
4.- FOTOGRAFÍAS DEL ESTADO ACTUAL .-
He visitado los restos de la antigua estación radioeléctrica Consol de Arneiro (Lugo).
En este apartado me limitaré a insertar las fotografías que he tomado. Se puede apreciar que la antena que ocupaba la posición central de las tres, la que sale en las fotos, yace sobre el terreno, y ya en parte desguazada. Esta antena y la antena Sur cayeron al suelo durante el pasado temporal Klaus. La antena Norte había caido ya hace un par de años con motivo también de fuertes vientos racheados.
La foto de arriba representa la base sobre la que estaba apoyado el pie de esteatita de la torre central. Si ese punto de apoyo no aislara la antena de la tierra, ésta no desempeñaría su función, sino más bien la de pararrayos.
La siguiente foto representa una vista de la antena en su posición yacente sobre el suelo. Al fondo se puede apreciar el capuchón capacitivo que permitía a la antena una longitud eléctrica «aparente» más aproximada a la cuarta parte de la longitud de onda de transmisión que la de la propia antena en sí, como se desprende gráficamente de la carga en un extremo de una línea de transmisión con un condensador, observada en una carta de Smith, y como se puede razonar por el hecho del desfasaje que introduce el condensador a un fasor de corriente nulo en el extremo de la línea de transmisión -en el aire no fluye corriente-, que consigue un fasor de corriente impresa más homogéneo a lo largo de ésta en el tramo que «de ella» abrimos como antena, lo que garantiza un mayor nivel del campo radiado, con ahorro de altura y material.
La siguiente foto representa el mencionado capuchón equivalente electromagnéticamente a la placa de un condensador.
En la foto que sigue se puede ver el pozo que había en el complejo, dedicado a suministro del mismo.
En la siguiente fotografía se representa el garage donde se hallaban los generadores de corriente, que es adyacente a las habitaciones y cocina de los operarios (en el mismo edificio).
Finalmente, en esta última foto se puede observar el edificio donde se hallaba el transmisor y la circuitería de control.
5.- FOTOGRAFÍAS INMEDIATAMENTE POSTERIORES A LA CAÍDA DE LAS TORRES .-
Inserto en esta entrada las fotografías que fueron tomadas uno de los días inmediatamente posteriores a la caída de las torres centro y sur de la estación Consol de Arneiro (Lugo).
6.- DATOS BIOGRÁFICOS DE ERNST KRAMAR .-
A Ernst Kramar se le debe la implementación de lo que se conoció como sistema de posicionamiento Consol.
Nació en Klazno el 15 de junio de 1902, un pueblo próximo a Praga (actual República Checa). Sus estudios universitarios consistieron en ingeniería eléctrica en la ciudad de Praga, entre los años 1920 y 1925, en una universidad entonces llamada Deutsche Technische Hochschule. En el año 1926 se graduó como Doctor Ingeniero por el Barkhausen Institute (Universidad Técnica de Dresde). Comenzó entonces su verdadera andadura profesional.
En el año 1927, Ernst Kramar entró en la empresa C. Lorenz AG (Berlín), compañía anterior a SEL (Standard Elektrik Lorenz). En aquella época se dedicó a resolver diferentes problemáticas en torno a la radio, pero no empezó a resaltar como ingeniero hasta que en 1932 usó frecuencias de la banda VHF con fines de radionavegación, desarrollo que recibió el nombre de Lorenz Landing System, del cual el actual ILS usado en aeropuertos es una mejora, del mismo modo que las balizas VOR, las cuales dan gran información de navegación a los pilotos.
En la Segunda Guerra Mundial, Ernst Kramar trabajó en técnicas de rádar y fue jefe de desarrollo de sistemas de radio en Pforzheim y Stuttgart.
En colaboración con los demás ingenieros de las compañías en las que trabajó, fueron desarrolladas un gran número de patentes, más de 85, lo que le valió un gran número de méritos y premios, tales como la Lilienthal Medal (1937), la Medalla de Oro de la Asociación Alemana para la dirección y navegación (Deustche Gesellschaft für Ortung und Navigation), y la Gran Cruz de la Orden del Mérito Nacional de la República Federal Alemana (1969).
Como resumen de todo esto, se podría decir que Ernst Kramar fue un reconocido científico que se adaptó a diferentes regímenes políticos durante su vida y que colaboró con el desarrollo técnico de Alemania, lo cual le valió múltiples condecoraciones. Sus desarrollos se han mantenido vigentes para el bien de los navegantes ya después de la Segunda Guerra Mundial, y han supuesto una inmensa aportación a la tecnología de las comunicaciones en el siglo XX.
7.- FOTOGRAFÍAS DE ANTES DE LA CAÍDA .-
Reproduzco aquí algunas fotografías de la antena central de la estacion Consol de Arneiro (Cospeito), algún tiempo antes de su caída. Actualmente no ha quedado nada de ellas.
Se pueden observar perfectamente las riostras que sujetaban a la torre desde varias direcciones, la cual levitaba cuando había viento, puesto que en el suelo estaba simplemente apoyada, y eran estos tirantes los que impedían su caída.
8.- GENERALIDADES TÉCNICAS DE CONSOL Y OTROS SISTEMAS HIPERBÓLICOS .-
El sistema de posicionamiento Consol se engloba dentro de los sistemas de posicionamiento hiperbólicos. Los sistemas más conocidos de este tipo fueron fundamentalmente tres, a saber, el sistema Decca, el sistema Loran y el que aquí me ocupa, el Consol. El hecho de que reciban este nombre de hiperbólicos deriva de la filosofía implícita en la recepción de las señales. La característica común de los sistemas hipérbolicos es que la diferencia de fases o de tiempos entre señales emitidas desde antenas diferentes de la misma estación, en el momento de su recepción, sirve para determinar la línea de demora que media entre el receptor y la estación emisora, o al menos una de las posibles –como sería en el caso de Consol-. Como es lógico y sobradamente conocido, el lugar matemático espacial en el que la diferencia de distancias a dos puntos diferentes se mantiene constante es un hiperboloide de revolución. Pues bien, si entre una antena y el receptor la onda sin modular (CW) tarda x segundos, y si entre otra antena de la misma estación y el mismo receptor tarda x + y segundos, la diferencia entre ambos tiempos, esto es, y segundos, o respectivamente, entre ambas fases, lleva parejo un determinado hiperboloide de revolución, lugar geométrico en el que el receptor arrojaría la misma medida. Por lo tanto, se sigue inmediatamente de esto que una medida basada en un único par de antenas no sería operativa, por dar lugar a ambigüedad. Es estrictamente necesario conocer una aproximación a la línea de demora mediante radiogoniometría, y disponer de otro hiperboloide de revolución que se corte con el primero en algunos puntos entre los cuales se halla el de la verdadera posición del receptor. Entre esas medidas se resuelve el problema de la ambigüedad. Esto se podía hacer empleando distintas escuchas con relación a distintas estaciones, o bien, como sucede con Decca y Loran, con diferentes medidas obtenidas en relación a distintos pares de antenas dentro de cada estación.
El sistema Decca estaba basado en estaciones emisoras –o cadenas Decca- formadas normalmente por tres o cuatro antenas, ubicadas en diferentes lugares relativamente próximos entre sí y formando una figura geométrica que podía variar. La filosofía del sistema Decca de cuatro antenas se basaba en que una de las antenas iba asociada al transmisor maestro, que emitía una onda continua –esto es, CW- a determinada frecuencia. Las otras tres antenas recibían esa señal, y esa señal recibida era procesada por un conversor de frecuencia que la multiplicaba por una determinada relación, pasando esa señal a ser transmitida, despúes de amplificarla, en cada antena esclava. Por lo tanto, como se deduce de esto, no se transmitía la misma portadora en las cuatro antenas, ya que ello las haría indistinguibles en el receptor. Como la diferencia de fase entre la portadora maestra y una de las señales esclava es en recepción dependiente de la diferencia de distancias que han recorrido ambas ondas, así como de la frecuencia empleada en la antena maestra y del factor que relaciona la onda emitida en cada par maestra-esclava, al final esa diferencia de fase, o de tiempos de propagación, podía ponerse en relación directa con un determinado hiperboloide relativo a cada par maestra-esclava, y arrojaba un valor numérico de diferencia de fase que podía ser llevado a un sistema de presentación. El sistema de presentación de Decca consistía en tres marcadores con forma de reloj, uno para la diferencia Rojo, otro para la diferencia Verde y otro para la diferencia Morado. Cada reloj estaba asociado a un par de antenas maestra-esclava, de tal modo que en la antena receptora se recibían tres ondas a tres distintas frecuencias, y la diferencia de fase entre cada par de ondas se representaba en cada uno de los tres relojes. Cada uno de los tres relojes recibía pues un par de señales que eran transformadas en frecuencia por dos factores diferentes en dos ramas circuitales distintas, para ponerlas a ambas en la misma frecuencia, tras lo cual se medía la diferencia entre sus fases, con un discriminador de fase, y ese resultado pasaba después al reloj correspondiente. Por lo tanto, como cada reloj iba asociado a un hiperboloide diferente, la intersección de los tres lugares geométricos arrojaba -en un mapa convenientemente marcado con las hipérbolas- la posición del navío o avión donde se hallaba el receptor, en relación a la estación emisora.
El sistema Loran también se basaba en la filosofía hiperbólica, sólo que en este caso cada estación estaba formada únicamente por tres antenas separadas entre sí -aunque en algunos lugares se construyeron cuatro-, en las cuales un tren de pulsos con un cierto intervalo de repetición modulaba una onda continua. Entre la transmisión de cada par de antenas se añadía además un cierto retardo. El sistema de lectura consistía en un receptor que alimentaba un tubo de rayos catódicos (TRC), que al recibir las ondas desfasadas entre sí correspondientes a la recepción de cada par de antenas, dibujaba en pantalla –si la recepción era la adecuada y no había otros ecos- dos pulsos separados por un cierto tiempo. Este tiempo de diferencia daba idea del hiperboloide parejo a cada par de antenas y la intersección entre los dos hiperboloides daba la posición del navío. También se podían usar estaciones Loran diferentes para ver la intersección de las líneas de demora correspondientes.
El sistema de posicionamiento Consol, el que se empleaba en la estación radioeléctrica de Arneiro, se basaba en modular tres ondas continuas de la misma frecuencia –una por antena dentro de la estación, la cual tenía tres antenas- mediante una variación temporal de sus desfases recíprocos, añadiendo un desfasaje entre las dos antenas de los extremos variable y periódico en el tiempo y formado por una parte en forma de tren de pulsos cuadrados de 180 grados de amplitud más otra parte variando en forma de diente de sierra. De este modo, gracias al desfasaje variable de las tres señales emitidas en las tres antenas, se lograba un patrón para el diagrama de radiación con varios lóbulos que iban girando alrededor desde el momento de inicio de cada barrido. Para una ubicación genérica en relación a una determinada estación emisora, había momentos en los que las dos ondas y la del mástil central llegaban las tres perfectamente enfasadas, dando lugar a que en ese instante la amplitud entre puntos y rayas fuera máxima; momentos en los que estaban enfasadas las ondas extremas pero en contrafase con la onda central, dando lugar a una amplitud entre rayas y puntos máxima; y momentos en los que las dos ondas extremas estaban en fase y a su vez desfasadas 90º en relación a la central, momento de equiseñal; con todos los momentos intermedios entre ellos con variación continua. Esto por lo que respecta a la amplitud de la señal demodulada, pero en relación a su forma, resulta lógico el saber que en el instante de equiseñal (amplitud intermedia), las dos señales de las ondas extremas, alternando puntos y rayas, con parte real nula de ambos fasores, daría lugar a una onda demodulada constante, porque en ese momento sus fasores tenían un valor de más/menos la unidad imaginaria, arrojando un resultado intermedio al combinarlas con el fasor de la estación central; mientras que antes o después de la equiseñal serían los puntos (o respectivamente rayas) los que prevalecerían porque los fasores de las ondas de los mástiles extremos formarían ángulos suplementarios para las dos en el momento del punto (o respectivamente raya) y posición simétrica de los fasores en el momento de la raya (o respectivamente punto) -simetría respecto al eje imaginario con los fasores por debajo del eje real-, con ángulo distinto a 90º, con respecto al fasor de la onda central. Eso tendría la consecuencia de que uno de los signos se oiría más fuerte que el otro, dando lugar a puntos fuertes intercalados con rayas débiles antes de la equiseñal; y otro tanto ocurriría después del instante de equiseñal si cambiamos la palabra «puntos» por la de «rayas», con lo cual para cada ubicación concreta el operador de radio oía primero un determinado número de puntos (o de rayas) seguido después de otro determinado número de rayas (respectivamente de puntos). Esta descripción se correspondería con cada ciclo completo de señal de orientación, aunque en una posición determinada de escucha la señal recibida podría comenzar su evolución en cualquiera posición del mismo. Se ha escrito la palabra «viceversa» en varios lugares, porque dependiendo de donde se halle el receptor, oirá primero las rayas más fuertes que los puntos o al revés. Operativamente, gracias a esos dos números de puntos con rayas inapreciables y rayas con puntos inapreciables, anteriores y posteriores respectivamente a la equiseñal, pareja a las sucesivas diferencias de fase de ambas antenas extremas, al ir barriendo los haces el espacio, se podía llevar a cabo la obtención de la línea de demora en relación a la estación que se estaba escuchando, para lo cual el operario podía recurrir a planos debidamente señalizados con la posición de la estación y las líneas rectas que salen de ella en todo su alrededor, que no son sino aproximaciones de las hipérbolas verdaderas. Es por esto que el sistema Consol no podía emplearse en las proximidades de cada estación, dado que en dichas proximidades las hipérbolas no son aproximables por rectas y tienen una notable componente curva, lo que origina una mucho mayor imprecisión. Esto ya condicionaba de por sí el emplazamiento que debía elegirse para las estaciones, que como es lógico no se situaban justo en la costa sino tierra adentro. Antes de cada barrido la antena central de la estación emitía una onda continua modulada con un código Morse identificador de la estación, además de la propia portadora sin modular, señal que se propagaba ciertos segundos antes del inicio del barrido. Esta señal isotrópica de baliza no direccional servía para que el operario del navío o del avión buscase la dirección de mínimo de recepción con el radiogoniómetro –instrumento empleado para determinar una aproximación a una línea de demora con respecto a un cierto transmisor que sintonizamos-. De este modo se obtenía una aproximación a la línea de demora, que era empleada después de recibir la sucesión de puntos y rayas de la segunda parte de la transmisión –o parte Consol de la señal- para eliminar las ambigüedades inherentes a este sistema. Esto sucede porque el hecho de emitirse varios lóbulos que se van moviendo por cada lado tiene como consecuencia que en diferentes lugares muy distantes entre sí se puede escuchar exactamente la misma secuencia de puntos y de rayas, y gracias a la aproximación obtenida con el radiogoniómetro en la recepción de la señal NDB –Non Directional Beacon- se podía discernir verdaderamente en cual de los radiales se hallaba el navío. Por lo tanto, si con una estación obtenemos un radial o línea de demora, es necesario al menos el escuchar otra estación después para determinar el punto de corte de ambas. Esto no era problema, dado que en Europa existieron estaciones Consol en Arneiro, en Sevilla, en Ploneis, en Stavanger, durante la II Guerra Mundial, y aditivamente en Bush Mills y muchas otras ubicaciones del mundo ya después de la confrontación.
En las imágenes mostradas en esta entrada se pueden apreciar gráficamente diferentes aspectos relativos a los sistemas hiperbólicos, en concreto sólo he colocado imágenes de los sistemas Decca y Loran, puesto que Consol lo trataré con más detalle en lo sucesivo. En la primera imagen se advierte la representación del corte de los hiperboloides con la superficie terrestre, que da lugar como es sabido a hipérbolas -en realidad no son estrictamente hipérbolas, ésto sucedería si intersecáramos los hiperboloides con un plano, pero en realidad dichos hiperboloides se intersecan con una figura muy parecida a un elipsoide de revolución (el planeta)-. Se representan diferentes hipérbolas parejas a diferentes diferencias de fase medidas en dos de los decómetros o relojes de presentación de Decca (había tres relojes de presentación o decómetros, pero bastaba con la medida de dos de ellos para averiguar la posición). Se observa como las dos curvas cuyas diferencias de fase características (una curva para cada diferencia), que han sido medidas, se cortan en un punto, que sería el lugar en el que se hallaría el navío. La segunda imagen representa el discriminador de fase a válvulas de vacío, las cuales operaban como diodos, que se empleaba para suministrar la señal a los decómetros. La tercera imagen es una fotografía que muestra la apariencia real de los decómetros. La penúltima imagen representa la obtención de la posición mediante el sistema Loran, y finalmente la última imagen es una fotografía del sistema de recepción y presentación de Loran, en la que se puede ver una pequeña pantalla que era marcada con el haz de electrones de un tubo de rayos catódicos. Las fotografías han sido tomadas del libro de mediados de siglo titulado «Radar and electronic navigation», del autor G.J.Sonnenberg.
9.- EL TRANSMISOR .-
Siguiendo con la serie de artículos dedicados al sistema radioeléctrico Consol, en el presente apartado trataré la filosofía del sistema transmisor, el cual en la estación de Arneiro (Cospeito) se hallaba emplazado en uno de los edificios ubicados a menos de 200 metros de la antigua (ahora ya no existente) antena central.
La misión del transmisor del sistema Consol era la de generar la señal de corriente de alta potencia que debía ser “colocada” en cada uno de los tres mástiles radiantes.
La operación del sistema Consol se basaba en dos partes diferenciadas, en la primera de las cuales –funcionando como baliza omnidireccional- sólo transmitía la antena central, emitiendo el indicador Morse de la estación modulando a la portadora, mientras que en la segunda parte –en la que se generaba la señal de orientación- una señal CW sin modular –que sonaría como un pitido continuo en un receptor- se aplicaba a la antena central, al tiempo que a la misma señal se le sometía a un programa doble de desfasaje, para generar así las dos señales de los mástiles radiantes extremos.
En esa segunda parte de transmisión de señal de orientación, la antena central emitía un tono de portadora, vibrando en la estación de Arneiro dicha portadora a la frecuencia de 285 KiloHerzios. Ahora bien, si empleamos este mismo tono de portadora sin modular en los tres mástiles radiantes, no obtendríamos el diagrama de radiación de rotación lenta de un radiofaro. Para ello, y de acuerdo con el dibujo de más arriba, la antena central emitía la portadora sin ninguna modificación en su fase en dicha fracción de tiempo de orientación (segunda parte) eso sí con una potencia que era doble a la de las antenas laterales (esto es, una amplitud de señal aproximadamente cuádruple). Al mismo tiempo, la portadora era sometida a un régimen de desfasaje compuesto de dos partes, para la cual existían sendos circuitos. Primeramente a la señal sin modular se le practicaba un desfasaje brusco periódico P por saltos de 180º, generando así dos señales retardadas en esa cantidad, y después se les añadía además un desfasaje D continuo que variaba entre 0º y 180º. De este modo se obtenían dos señales diferentes entre las cuales mediaba un retardo (o desfase) de acuerdo con el régimen doble, y que eran aplicadas a las antenas de los extremos. El desfasaje resultante variaba, pues, con una forma parecida a la hoja de una sierra. El régimen de tipo P con saltos bruscos era el responsable de que al sintonizar en alta mar el receptor con los 285 KHz., en este caso, de Consol de Arneiro, se oyesen puntos más fuertes entre los que había rayas más débiles o viceversa, y al considerar dicho régimen combinado con el régimen continuo D lo que se obtenía es que la envolvente de los puntos iba creciendo y la de las rayas decreciendo (o viceversa) hasta hacerse iguales en el instante de equiseñal.
¿Por qué se hacía esto así?. La razón de que se añadiera ese desfasaje variable y periódico (con periodicidad de 1 minuto para las estaciones de Arneiro, Sevilla y Stavanger y tiempo de permanencia de las tres señales con idéntica fase –momento en que el régimen P generaba 180º y el D generaba 180º- de un sexto de segundo), será explicada con una analogía física en el siguiente párrafo.
Supongamos tres personas alineadas, separadas entre sí –cada dos consecutivas- por una cierta distancia igual, que saltan a la misma frecuencia de repetición en un lago grande de suficiente profundidad. Si el salto entre las tres personas es siempre síncrono, esto es, tocan el agua en el mismo instante los tres, cada una de las tres personas generará la misma onda esférica plana, y el resultado total de la triple acción humana en cada punto del lago resultará ser la suma de cada contribución particular. Ahora bien, para cada dirección particular considerada desde el saltador central, los tres frentes de onda llegarán con distintas fases, con lo cual la interferencia que crearán según cada dirección tendrá diferente amplitud, pues el resultado de sumar vectorialmente en el plano complejo los tres fasores puede dar un fasor resultante de mayor módulo que cada uno de los tres por separado, o podría ser también de menor módulo que el máximo módulo de dichos tres fasores, el primer caso sería una interferencia constructiva y el segundo caso sería una interferencia destructiva; y en general dichos tres fasores pueden aparecer según combinaciones de diferentes estados de vibración parejos a distintos ángulos de fase aunque sus amplitudes sean aproximadamente iguales-. De este modo, como en la dirección perpendicular a la de alineamiento entre las tres personas, las tres ondas llegan al frente de onda con la misma fase, esto es, en el mismo estado de vibración, debido a que en esa dirección los retardos de cada una hasta llegar al frente de fase son idénticos en una posición lo suficientemente alejada de los saltadores, se deduce que según esa dirección, y en campo lejano, las tres ondas se suman sin más, dando lugar a la interferencia más constructiva que puede existir, según la cual las tres amplitudes de vibración se suman tal cual para dar la amplitud resultante.
Supongamos ahora que entre los instantes de salto de las dos personas extremas, utilizando la central como referencia, aplicamos los dos regímenes de desfase comentados. Como hablar del desfasaje entre dos señales es equivalente a hablar del retardo que media entre ellas, lo que sucederá es que los tres saltadores sólo saltarán síncronamente en el sexto de segundo en el que el régimen P aporta 180º y el régimen D también 180º, y en el que permanecen las tres ondas transmitidas con la misma fase. Considerando sólo el régimen D, en el intervalo temporal del primer medio minuto el primer saltador será el primero en saltar, seguido del segundo saltador por un tiempo cada vez mayor, y siendo esa diferencia temporal la suplementaria de la que hay entre el segundo y el tercero saltadores. Cuando se llega a la mitad del tiempo de operación, existe igualdad de retardos hasta los dos saltadores. Después de este instante, el desfase con respecto al tercer saltador seguirá disminuyendo y con respecto al primero aumentando. Pero si consideramos aditivamente a esta disposición el régimen brusco P, obtendremos unos desfases que se superponen al lineal, y que se disponen al transcurrir el tiempo de forma casi simétrica antes del punto medio con relación a después del punto medio, por lo que a partir de ese medio minuto se tendrá una onda casi simétrica a la del medio minuto inicial (salvo por que ahora serán los símbolos que tenían mayor amplitud los que tendrán menos y viceversa), todo esto observado desde la recta perpendicular a la alineación de saltadores. ¿A qué da lugar esta disposición de retardos temporales?. En cada configuración particular instantánea de retardos, en un momento dado del doble régimen, las tres ondas planas esféricas de los tres saltadores se sumarán tal cual (en fase) en una determinada dirección, en general diferente de la dirección perpendicular. Además, como es lógico, habrá solución de continuidad espacial y temporal en la dirección así establecida, como es de esperar dado que la disposición instantánea de retardos también varía suave y continuamente en el tiempo. Por lo tanto, la dirección de interferencia totalmente constructiva o de máximo valor de la onda total irá girando. En realidad todo lo que aquí he dicho debe ser ampliado, ya que habrá más direcciones de máxima interferencia que una, dado que todas aquellas direcciones en que las tres ondas llegan con desfases de múltiplos de 360º, equivalentemente retardos múltiplos del periodo de repetición de saltos, también darán lugar a interferencias totalmente constructivas en campo lejano (se habla de campo lejano en radiación de ondas refiriéndonos a lugares lo suficientemente alejados de la estación transmisora como para que ahí las ondas esféricas puedan ser consideradas como planas). Por lo tanto, lo que se tiene en realidad es un conjunto de líneas de máxima amplitud que van girando alrededor, con variación continua angularmente entre ellas, dando lugar a algo parecido a un faro.
Si ahora aplicamos esta analogía al sistema radiante formado por las tres antenas, con su régimen de desfasaje implícito, habremos conseguido en realidad un radiofaro, con un cierto número de lóbulos girando a la misma velocidad en torno a la estación transmisora. En el anterior esquema se representa el régimen de desfasaje brusco y periódico P.
A continuación se detallan los datos técnicos relativos a la transmisión que se efectuaba desde la estación Consol de Arneiro en los años 1957 y 1966, extraidos de la publicación del Instituto Hidrográfico de la Marina “Radiofaros Consol –publicación especial número 2-“.
ESTACION CONSOL DE ARNEIRO (LUGO) – (Datos técnicos de 1957)
Situación : Latitud 43º 14’ 53’’,29 N. Longitud 7º 28’ 55’’,89 W.
Frecuencia : 285 KHz. (1052,6 metros).
Tipo de onda : A 1.
Potencia : 1,5 Kwatt.
Características de emisión :
a) Emisión omnidireccional = Indicativo LG (.-.. –.) y raya larga durante 60 segs.
b) Emisión de orientación = Puntos de 1/6 de seg. y rayas de 5/6 de seg. durante 60 segs.
Período total : 120 segundos.
Horario de emisiones : Continuo.
Sectores utilizables : Del 019º al 157º y del 199º al 337º.
ESTACION CONSOL DE ARNEIRO (LUGO) – (Datos técnicos de 1966)
Situación : Latitud 43º 14’ 53’’,29 N. Longitud 7º 28’ 55’’,89 W.
Frecuencia : 285 KHz. (1052,6 metros).
Tipo de onda : A 1.
Potencia : 1,5 Kwatt.
Características de emisión :
a) Emisión omnidireccional = Indicativo LG (.-.. –.) durante 5,0 segs.; silencio 2,5 segs.
b) Emisión de orientación = Puntos y rayas durante 30 segundos.
c) Omnidireccional también = Silencio 2,5 segs.; raya larga 17,5 segs.; silencio 2,5 segs.
Período total : 60 segundos.
Horario de emisiones : Continuo.
Sectores utilizables : Del 019º al 157º y del 199º al 337º.
Para ya finalizar esta entrada, se representa una “fotografía” de un corte horizontal del diagrama de radiación en un instante determinado de la rotación lenta del mismo.
10.- DATOS TÉCNICOS DE TRANSMISIÓN DE LAS ESTACIONES EUROPEAS .-
En esta entrada presentaré los datos técnicos concretos relativos a la transmisión que se efectuaba desde la estaciones Consol europeas en los años 1957 y 1966, a excepción de los de la estación de Arneiro que ya he publicado. Estos datos han sido extraidos de la publicación del Instituto Hidrográfico de la Marina “Radiofaros Consol –publicación especial número 2-“, en sus ediciones respectivas de 1957 y de 1966.
ESTACION CONSOL DE GUILLENA (SEVILLA) – (Datos técnicos de 1957)
Situación : Latitud 37º 31’ 17’’,44 N. Longitud 6º 01’ 48’’,06 W.
Frecuencia : 315 KHz. (952,4 metros).
Tipo de onda : A 1.
Potencia : 1,5 Kwatt.
Características de emisión :a) Emisión omnidireccional = Indicativo SL y raya larga durante 60 segs.
b) Emisión de orientación = Puntos de 1/6 de seg. y rayas de 5/6 de seg. durante 60 segs.
Período total : 120 segundos.
Horario de emisiones : Continuo.
Sectores utilizables : Del 014º al 152º y del 194º al 332º.
ESTACION CONSOL DE STAVANGER (NORUEGA) – (Datos técnicos de 1957)
Situación : Latitud 58º 37’ 30’’ N. Longitud 5º 37’ 45’’ W.
Frecuencia : 319 KHz. (940,4 metros).
Tipo de onda : A 1.
Potencia : 1,5 Kwatt.
Características de emisión :
a) Emisión omnidireccional = Señal continua e indicativo LEC durante 30 segs.
b) Emisión de orientación = Puntos de 1/6 de seg. y rayas de 5/6 de seg. durante 60 segs.
Período total : 60 segundos.
Horario de emisiones : Servicio permanente.
Sectores utilizables : Del 350º al 140º y del 170º al 320º.
ESTACION CONSOL DE BUSH MILLS (IRLANDA DEL NORTE) – (Datos técnicos de 1957)
Situación : Latitud 55º 12’ 20’’ N. Longitud 6º 28’ 02’’ W.
Frecuencia : 266 KHz. (1127,8 metros).
Tipo de onda : A 1.
Potencia : 2 Kwatt.
Características de emisión :
a) Emisión omnidireccional = Indicativo MWN y raya larga durante 10 ó 30 segs.
b) Emisión de orientación = Puntos de 1/8 de seg. y rayas de 3/8 de seg. durante 30 segs.
Período total : 40 ó 60 segundos.
Horario de emisiones : Servicio permanente.
Sectores utilizables : Del 065º al 195º y del 245º al 015º.
ESTACION CONSOL DE PLONEIS (FRANCIA) – (Datos técnicos de 1957)
Situación : Latitud 48º 01’ 06’’ N. Longitud 4º 12’ 55’’ W.
Frecuencia : 257 KHz. (1167,3 metros).
Tipo de onda : A 1.
Características de emisión :
a) Emisión omnidireccional = Indicativo FRQ durante 20 segs.
b) Emisión de orientación = Puntos de 1/12 de seg. y rayas de 5/12 de seg. durante 30 segs. Silencio = 10 segs.
Período total : 60 segundos.
Horario de emisiones : Continuo, excepto de 7:30 a.m. a 7:45 a.m., que funciona para su regulación.
Sectores utilizables : Del 033º al 179º y del 213º al 359º.
Nota : Cuando funcionaba en esta fecha en período de prueba emitía la palabra TEST en lugar de su indicativo FRQ y no podían utilizarse sus emisiones en dicho perído.
ESTACION CONSOL DE GUILLENA (SEVILLA) – (Datos técnicos de 1966)
Situación : Latitud 37º 31’ 17’’,44 N. Longitud 6º 01’ 48’’,06 W.
Frecuencia : 315 KHz. (952,4 metros).
Tipo de onda : A 1.
Potencia : 1,5 Kwatt.
Características de emisión :
a) Emisión omnidireccional = Indicativo SL (… .-..) durante 3,5 segs.; silencio durante 2,5 segs.
b) Emisión de orientación = Puntos y rayas durante 30 segs.
c) Omnidireccional también = Silencio 2,5 segs.; raya larga 19 segs; silencio 2,5 segs.
Período total : 60 segundos.
Horario de emisiones : Continuo.
Sectores utilizables : Del 014º al 152º y del 194º al 332º.
ESTACION CONSOL DE STAVANGER (NORUEGA) – (Datos técnicos de 1966)
Situación : Latitud 58º 37’ 30’’ N. Longitud 5º 37’ 45’’ W.
Frecuencia : 319 KHz. (940,4 metros).
Tipo de onda : A 1.
Potencia : 1,5 Kwatt.
Características de emisión :
a) Emisión omnidireccional = Indicativo LEC (.-.. . -.-.) durante 5,8 segs; raya larga, 19,2 segs.; silencio, 2,5 segs.
b) Emisión de orientación = Puntos y rayas durante 30 seg.; silencio durante 2,5 segs.
Período total : 60 segundos.
Horario de emisiones : Continuo.
Sectores utilizables : Del 350º al 140º y del 170º al 320º.
ESTACION CONSOL DE BUSH MILLS (IRLANDA DEL NORTE) – (Datos técnicos de 1966)
Situación : Latitud 55º 12’ 20’’ N. Longitud 6º 28’ 02’’ W.
Frecuencia : 266 KHz. (1127,8 metros).
Tipo de onda : A 1.
Potencia : 2 Kwatt.
Características de emisión :
a) Emisión omnidireccional = Indicativo MWN (– .– .-) y raya larga durante 8 segs.
b) Emisión de orientación = Puntos de 1/8 de seg. y rayas de 3/8 de seg. durante 32 segs.
Período total : 40 segundos.
Horario de emisiones : Continuo, excepto de 16:00 a 16:15 diariamente y de 11:00 a 12:00 los miércoles.
Sectores utilizables : Del 065º al 195º y del 245º al 015º.
ESTACION CONSOL DE PLONEIS (FRANCIA) – (Datos técnicos de 1966)
Situación : Latitud 48º 01’ 06’’ N. Longitud 4º 12’ 55’’ W.
Frecuencia : 257 KHz. (1167,3 metros).
Tipo de onda : A 1.
Características de emisión :
a) Emisión omnidireccional = Indicativo FRQ (..-. .-. –.-) dos veces.
b) Emisión de orientación = Puntos de 1/12 de seg. y rayas de 5/12 de seg. durante 30 segs.
Período total : 40 segundos.
Horario de emisiones : Continuo, excepto de 7:30 a.m. a 7:45 a.m., que funciona para su regulación.
Sectores utilizables : Del 033º al 179º y del 213º al 359º.
Nota : Cuando funcionaba en esta fecha en período de prueba emitía la palabra TEST en lugar de su indicativo FRQ y no podían utilizarse sus emisiones en dicho perído.
Como se puede observar, a tenor de los datos que aquí se hallan, cada una de las estaciones Consol de Europa varió al transcurrir el tiempo sus características intrínsecas de transmisión, lo cual es lógico, ya que este hecho se corresponde con los reajustes que se hacen en cualquier sistema técnico a lo largo de su vida útil, y las estaciones Consol no fueron una excepción a esto.
Para ya culminar con esta entrada, inserto a continuación un mapa extraido de un libro extranjero de mediados de siglo, en el que se recoge una representación de las coberturas de cada una de las estaciones Consol europeas, exceptúando la de la estación de Ploneis (Francia), y por supuesto sin tener en cuenta las estaciones que funcionarían años más tarde con esta misma tecnología. Se puede observar en este mapa que quedaban muy pocas zonas en el Atlántico Norte a las que no llegara la señal de al menos dos estaciones. Era imprescindible el recibir en alta mar la señal de dos estaciones, ya que con la señal de una no bastaba. Así como con los sistemas Decca y Loran, que ya he tratado en su día, era suficiente recibir distintas ondas parejas a distintas antenas dentro de la misma estación, sin embargo el sistema Consol sólo proveía de una línea de demora por medida/estación, y para llevar a cabo el emplazamiento de la ubicación se necesitaban al menos dos líneas de demora, que se intersecaban en el mapa en el lugar de la posición del navío, submarino o avión. Por otra parte, también se puede observar en el dibujo, así como en los datos expuestos, que existían sectores no utilizables para cada estación, a pesar de que su señal sí llegaba físicamente a esas zonas. En estos sectores, que se correspondían con ángulos pequeños en relación a la dirección de alineamiento de las tres antenas de la estación, no se debía usar la información extraida de la recepción de la señal, dado que una diferencia o imprecisión pequeña en la medida de la cantidad de puntos (o rayas) hasta el momento de equiseñal y después del mismo, que no era infrecuente por determinarse ambos números mediante la audición de la onda demodulada, significa un mayor error en relación a la posición real en esta zona si comparamos ese error con el que se produciría con igual audición en las posiciones del receptor no próximas a la dirección de alineamiento de las antenas.
11.1.- EL SISTEMA RADIANTE. NOCIONES BÁSICAS .-
Dedicaré un pequeño conjunto de subsecciones dentro del tema de los radiofaros Consol para introducir algunos conceptos básicos dentro del electromagnetismo, que después usaré cuando hable de las antenas del mencionado sistema de posicionamiento. Ésta no es sino la introducción dentro de este grupo de subsecciones.
Existen muchos tipos diferentes de antenas, pero básicamente se pueden reducir a dos tipos, en concreto, antenas lineales, y antenas de apertura. Y digo sólo estos dos tipos, porque en general existen muchas antenas, como por ejemplo los mástiles radiantes de la estación Consol, que pueden ser puestos en equivalencia con antenas lineales, dado que están constituidas por tramos de acero, y la dimensión física de su grosor es mucho menor que la longitud de onda, y no ocasiona una pérdida de generalidad el considerar como antenas lineales otros tipos de radiadores de mayor longitud, siempre que estén confeccionados con elementos lineales, o inclusive agrupamientos o arrays formados por conjuntos de antenas en interacción, del que es un ejemplo la tan conocida y clásica antena Uda-Yagi, usada en recepción de televisión. De este modo, no sólo son antenas lineales los clásicos dipolos, monopolos, y monopolos sobre masa –caso éste último al que pertenecen los mástiles radiantes Consol-, sino que también son antenas lineales las espiras usadas en los radiogoniómetros, las antenas rómbicas y espirales –adaptadas éstas últimas especialmente a las polarizaciones elípticas-, las espirales cónicas, los dipolos doblados, los solenoides cargados con ferrita, usados desde los comienzos de la transmisión en onda media en receptores de radiodifusión, e incluso se pueden catalogar como antenas lineales algunas de las empleadas en banda ancha, que utilizan por ejemplo una distribución logarítmica en la distancia entre elementos, antenas multibanda con distintas longitudes de los elementos y también con distancias específicas entre ellos, antenas logoperiódicas trapezoidales, usadas como alimentadores (feeders) de antenas parabólicas grandes, y un largo etcétera, en el que podemos incluir como caso llamativo las antenas con geometría fractal, como el monopolo de Sierpinski –también pensado para banda ancha-. De este modo una antena lineal es un radiador que se puede aproximar por un conjunto de líneas construidas de un material buen conductor de la corriente eléctrica, en un punto de las cuales se suministra la corriente impresa o de excitación, y que presentan una determinada geometría que condiciona ya de por sí todas sus características de transmisión-recepción.
Por otra parte, se denominan antenas de apertura a aquellos radiadores en los cuales el campo electromagnético radiado se puede calcular como una integral extendida a una cierta superficie y obtenida en base a la distribución de campo eléctrico de excitación en dicha superficie. Casos de éstas antenas son las conocidas parabólicas, tanto si las alimentamos desde el foco de la parábola; como también en la variedad Cassegrain, en la que se usa un subreflector montado en el foco de la parábola, estando el feeder en el centro de la misma y orientado al subreflector. Otros casos de antenas de apertura son las antenas de lente, o las llamadas bocinas, que no son más que precisamente aberturas con forma de embudo que dan solución de continuidad al campo eléctrico que viaja por la guía de onda y que sale por ellas al aire. Y también se usan antenas de tipo micro-strip para frecuencias de microondas.
Es decir, existe una gran variedad de antenas, cada caso particular se emplea para ciertas utilidades concretas. En otras subsecciones explicaré lo que es el diagrama de radiación, la ganancia y directividad de una antena, el ancho de banda de la misma, el ancho de haz, la resistencia de radiación, la impedancia de entrada, y la polarización. Ante un determinado caso de diseño, se trata de determinar la geometría y dimensiones de la antena para que sus parámetros característicos se aproximen a los que se necesitan para la correspondiente situación particular de transmisión-recepción.
En cálculo de antenas, a partir de las ecuaciones de Maxwell, se puede definir una magnitud de la que deriva el campo magnético radiado, que es el potencial vector. Aplicando ciertas buenas aproximaciones se obtiene, por un lado, que el fasor de campo magnético se puede poner como el rotacional del potencial vector, mientras que el fasor del campo eléctrico, en una radiación monocromática (si se excita una única frecuencia o tono de portadora) se obtiene como la pulsación multiplicada por el potencial vector y con un factor que incluye la unidad imaginaria cambiada de signo. Esto es, si somos capaces de obtener una expresión para el potencial vector A en una cierta posición alejada de la antena, seremos capaces de conocer los fasores de campo magnético y eléctrico de la onda en ese lugar.
¿Qué es un fasor?. Un fasor es un vector complejo de una o más dimensiones, tal que multiplicándolo por una exponencial compleja de pulsación w y obteniendo la parte real de dicho producto, se consigue la función temporal o señal de una cierta magnitud eléctrica, que podría ser por ejemplo una señal de corriente, un voltaje o señal de tensión, o también la expresión instantánea del campo eléctrico o del campo magnético. Es decir, podemos pensar en un fasor para cada señal que estudiemos, el campo eléctrico instantáneo llevará un fasor asociado, el campo magnético tendrá asociado otro fasor, la corriente por ejemplo de un circuito también se puede escribir en forma fasorial, etcétera… Pero los fasores tienen la limitación de que sólo se pueden emplear para pulsaciones monocromáticas, esto es, sólo podríamos usar los fasores cuando trabajamos con una única frecuencia, que sería la portadora. El caso general de una transmisión pasobanda, más aproximada a la realidad, y que es el caso más genérico posible, precisa del empleo de otro concepto matemático más sofisticado como es la envolvente compleja, que no es otra cosa que una función compleja temporal formada por un módulo dependiente del tiempo multiplicando a un factor de fase también dependiente del tiempo. Si multiplicamos esta envolvente compleja por una exponencial compleja de pulsación w (correspondiente a la frecuencia de portadora de w/(2*pi) ), y tomamos la parte real, estaremos en realidad obteniendo la variación temporal instantánea de una determinada magnitud bajo estudio, que al igual que en el caso del uso de fasores puede ser un campo, una corriente, o una tensión, pero que en este caso particular presenta la propiedad de no ser una frecuencia pura, sino el conjunto de muchas frecuencias puras actuando a la vez, y ocupando un cierto ancho de banda. Multiplicar un fasor o una envolvente compleja por una exponencial compleja de una cierta pulsación equivale a girarlo en el plano complejo con una velocidad de giro o rotación igual a la pulsación, medida en radianes por segundo.
En general, y como remate de este primer acercamiento a las antenas y al electromagnetismo, el potencial vector que necesitamos para conocer cómo funciona una antena se halla según una expresión como la que sigue:
En esta expresión el vector A es el potencial vector, el valor nu es la permeabilidad magnética, el vector J es la distribución sobre la superficie de la antena del fasor de la densidad de corriente, k es la constante de propagación, y R es la distancia entre el punto concreto de la antena cuyo aporte estamos considerando y el lugar donde se quiere calcular el potencial vector. El valor dv’ es el elemento diferencial de volumen por el que fluye la densidad de corriente y V’ es todo el volumen por el que circula la corriente en la antena. Así pues, esta ecuación lo que viene a expresar, es que el potencial vector es una combinación lineal formada con coeficientes complejos que multiplican a los vectores densidad de corriente de cada posición de la antena, que equivale a la suma de los elementos de potencial vector, y que se hallan por un escalado complejo del producto de la densidad de corriente impresa y el inverso de la distancia. La exponencial compleja que forma parte de los coeficientes de escalado es un término de fase que expresa la tardanza en producirse los efectos (campos electromagnéticos) en el punto de cálculo, posteriormente en el tiempo a las causas, que fueron las corrientes impresas de la antena, y que tardaron un cierto tiempo en propagarse.
En la siguiente subsección de este hilo trataré el caso particular de la radiación del dipolo elemental y de otros tipos de dipolos más largos.
11.2.- EL SISTEMA RADIANTE. EL DIPOLO ELEMENTAL Y OTROS DIPOLOS MÁS LARGOS.-
Un dipolo elemental es un elemento de corriente cuya longitud es mucho menor que la longitud de onda, y por el que fluye una corriente uniforme. Aunque podría parecer un caso anómalo, en realidad muchas antenas operando en baja frecuencia tienen un comportamiento similar al mismo, por poseer sus mismas cualidades. Si se supone un hilo de densidad de corriente J = I.delta(x).delta(y) z, siendo la función delta la delta de Dirac, que es una idealización que establece que la densidad de corriente es nula salvo en el origen de coordenadas, y aplicando la ecuación del potencial vector mostrada en la anterior sección, utilizando además las aproximaciones pertinentes, se obtiene, como es lógico, un potencial vector de una única componente según el vector unitario z; pero resulta más práctico representar el resultado en coordenadas esféricas y no cartesianas, y así se obtiene una componente para el potencial vector según el vector unitario theta proporcional al seno de theta y una componente según el vector unitario phi nula. No existe componente según el vector unitario rho, porque en campo lejano esta componente según el mencionado versor unitario del sistema de coordenadas esféricas es aproximadamente nula.
De esta forma el fasor de campo eléctrico radiado, que es –j veces el producto de la pulsación por el potencial vector, también varía con el seno de theta y presenta un factor de fase que equivale a la tardanza en producirse los efectos lejos de la antena (campos) posteriormente a las causas que los originaron (corriente). Por su parte, la intensidad de campo magnético, que se escribe como el inverso de la permeabilidad multiplicado por el rotacional del potencial vector varía como el seno de theta también, pero su única componente tiene como vector unitario al versor phi.
Para calcular el diagrama de radiación de potencia, que es una representación de cómo radia una antena según cada dirección genérica dada por un ángulo theta y un ángulo phi determinados, se obtiene la parte real del producto vectorial del fasor de campo eléctrico y el conjugado del fasor de intensidad del campo magnético, que es el conocido como vector de Poynting y que da cuenta de la potencia que atraviesa la unidad de superficie en el punto genérico bajo análisis, y que como es lógico variará como el cuadrado del seno de theta con otros factores que incluyen el inverso del cuadrado de la distancia y un factor directo constituido por el cuadrado de la longitud del dipolo elemental y el cuadrado del valor eficaz de la corriente. Como desde cualquier punto a una distancia R del dipolo vemos el dipolo de la misma manera, el campo eléctrico y el diagrama de radiación presentan simetría de revolución, y además una forma similar a un toro.
Si ahora calculamos toda la potencia radiada integrando el flujo del vector de Poynting a través de cualquier superficie que encierre el dipolo y dividimos esa potencia radiada por el cuadrado de la corriente a la entrada de la antena se obtiene la resistencia de radiación de la misma, que se puede definir como aquella resistencia que colocada en vez de la antena consumiría por efecto Joule toda la potencia que radia aquélla. Cuanto mayor sea la longitud del dipolo elemental frente a la longitud de onda, mayor será la resistencia de radiación para este caso, y por tanto, más potencia se radiará, y mayor valor poseerá el fasor de campo eléctrico, y por tanto mayor amplitud el campo eléctrico instantáneo.
Todo lo hasta aquí comentado se refiere a campo lejano, es decir, lejos de la posición que ocupa el dipolo elemental. En las inmediaciones del dipolo, los campos que se obtienen se corresponden con los que produciría un dipolo eléctrico con una cierta carga en cada extremo de signos opuestos, y no varían con la frecuencia, esto es, son estáticos. Debido al carácter oscilante de las fuentes, al pasar un medio período de la corriente de excitación, se invierte el sentido de la corriente y los signos de las cargas. Como consecuencia de esto, un dipolo elemental eléctrico se comporta capacitivamente y con una pequeña resistencia de radiación. A una frecuencia de 285 kiloHerzios, un hilo de aproximadamente 200 metros es casi un dipolo elemental, siempre y cuando coloquemos en sus extremos unas superficies conductoras donde pueda almacenarse carga eléctrica. La impedancia de entrada, que es el cociente entre el fasor de tensión y el fasor de corriente a una cierta frecuencia tiene en este caso una componente de tipo capacitivo. Esto es, un dipolo elemental puede verse como un condensador abierto.
De momento me he limitado a presentar una estructura pequeña en relación a la longitud de onda, donde podemos suponer que la distribución de corriente es uniforme. Si las dimensiones de la antena no verifican tal cualidad, habrá interacciones entre todos sus elementos con retardos asociados, de tal forma que ya no se podrá aproximar la corriente por un valor uniforme. Entramos así en el terreno de las antenas dipolo.
El caso más simple de antena dipolo es la antena cilíndrica, consistente en un hilo conductor recto de longitud 2H y radio a muy inferior a la longitud de onda, al que se le alimenta con un generador en el centro. De forma experimental, se ha obtenido que la distribución de corriente para estas clases de antenas es aproximadamente sinusoidal, con valor cero en los extremos, dando así continuidad a lo no conductividad del aire. Para justificar esta distribución de corriente se puede pensar en la antena cilíndrica como una línea de transmisión de líneas paralelas que termina en circuito abierto y que vamos abriendo hasta quedar las dos líneas en posición vertical. Puesto que la línea termina en circuito abierto, aparece una onda estacionaria de corriente, con un nulo en el extremo. Dentro de las antenas dipolo tal vez el caso más común es el del dipolo en lambda/2 o dipolo de media onda, para el valor de H = lambda/4. Para este caso el diagrama de radiación es similar al del dipolo elemental, de forma toroidal, con simetría de revolución, y un haz algo más estrecho.
El siguiente esquema representa los parámetros característicos de algunos dipolos de diferentes semilongitudes H, incluyéndose entre estos parámetros a la longitud, el ancho de haz a 3 dB, que representa aquel ángulo que subtiende el diagrama de radiación de potencia con unos valores subtendidos superiores o iguales a la mitad de la densidad de potencia radiada máxima de radiación, así como la resistencia de radiación, y la directividad, la cual es un parámetro que nos da idea del cociente entre el máximo de la densidad de potencia radiada y la densidad de potencia radiada por una antena isotrópica que radiase la misma potencia que la antena bajo análisis. Esto es, la directividad nos viene a informar de lo que concentra la radiación según la dirección de máximo una antena, comparándola con otra que radiando la misma potencia lo hiciese por igual en todas direcciones. Si extendemos este concepto para todas las direcciones tenemos una función de los ángulos theta y phi, conocida como ganancia, que da cuenta de la relación entre la densidad de potencia por metro cuadrado en una dirección frente a la densidad isotrópica de una antena que radiase la misma potencia.
11.3.- EL SISTEMA RADIANTE. EL MONOPOLO SOBRE MASA Y COMO SE IMPLEMENTÓ EN LA ESTACIÓN ELEKTRA-SONNE.-
En los anteriores subapartados de esta misma sección, dentro del análisis del sistema de posicionamiento Consol, se han considerado las antenas dipolo de manera aislada. En la práctica, si existen obstáculos cerca de una antena, éstos consiguen modificar el diagrama de radiación de la propia antena en relación a la situación de ubicación en el vacío. La propia presencia de la tierra en el lugar físico donde se halla la antena condiciona sus características de radiación-recepción. La energía que radia la antena es reflejada en mayor o menor medida en la superficie terrestre, según sea fundamentalmente el grado de conductividad o facilidad de conducción de la corriente eléctrica que posea la tierra. Así, pasamos a tener no sólo la onda radiada directamente por la antena, sino además una onda reflejada por la superficie.
En electromagnetismo se utiliza la teoría de imágenes para obtener una antena a todos los efectos equivalente a la situación de proximidad de la antena real a la tierra. Para ello, se busca la geometría de una distribución de corrientes ideal que estuviese por debajo del plano de la tierra, y que fuese tal que, suponiendo que éste fuese un plano conductor perfecto, se obtuvieran las condiciones de contorno reales que existen sobre el mismo, en términos de valores de los campos eléctrico y magnético. Garantizando esto se estaría en una situación de equivalencia a todos los efectos en la propagación y magnitudes de la onda de espacio (formada por la onda directa y la onda reflejada), en la región en la que ésta puede ser recibida por un receptor, que es el espacio por encima de la superficie terrestre. Es decir, se puede sustituir un plano conductor perfecto por unas corrientes equivalentes. Este hecho se aprovecha en las antenas monopolo sobre masa, del cual las antenas del sistema Elektra-Sonne eran un caso particular. Este tipo de antenas se usan fundamentalmente a bajas frecuencias, dado que sería muy difícil construir un dipolo operando a la frecuencia de portadora, dado el gran tamaño necesario. Las antenas monopolo sobre masa son antenas lineales situadas en posición vertical sobre la tierra, conectadas a uno de los terminales de la línea de transmisión que trae la onda de corriente desde el transmisor, estando el otro terminal de la línea conectado a tierra.
El equivalente del monopolo y su imagen es una antena dipolo, de tal manera que en el espacio sobre la tierra los campos reales serán los de un dipolo de longitud igual a la doble del monopolo. De esta manera, tanto la distribución de corriente como el diagrama de radiación serán los mismos que los del dipolo. Como sólo se radia en la mitad del espacio, el monopolo radiará la mitad de la potencia radiada por el dipolo equivalente y por tanto la resistencia de radiación será también la mitad de la resistencia de radiación del dipolo equivalente, siendo además la directividad doble de la dicho dipolo.
Todo lo anterior sería válido si considerásemos una tierra perfecta, es decir, de conductividad infinita. En la práctica la conductividad es finita, y ello acarrea la presencia de pérdidas de energía, que causan una menor eficiencia de la antena y una elevación del lóbulo –en el plano vertical- en su diagrama de radiación. En los mástiles de radiodifusión de Onda Media, con el objeto de contrarrestar las pérdidas por la conductividad finita de la tierra, se aumenta ésta enterrando platinas metálicas conductoras (tiras conductoras) conectadas entre sí, en la base de la antena y sus proximidades, y también humedeciendo el terreno para que aumente su conductividad. Estas medidas fueron puestas en práctica durante la operatividad del sistema Elektra-Sonne.
Por otra parte, es un hecho que -para bajas frecuencias- es difícil el poder construir antenas grandes. Además de la dificultad de la construcción de un mástil radiante de gran tamaño, surge el problema de que al disminuir la frecuencia la resistencia de radiación disminuye de manera rápida, y la reactancia de entrada aumenta también con rapidez, presentando valores capacitivos. Esto ya fue descrito en la sección 11.2, cuando se habló del dipolo elemental. Esta reactancia capacitiva vista hacia la derecha de la salida de línea de transmisión sería nociva a efectos operativos, pues representaría la presencia de potencia reactiva en la antena y en la línea, que es potencia que no sólo puede provocar sobrecargas por ser la antena y la línea, en estas circunstancias, una interfase de transferencia y de almacenamiento de energía, sino que además disminuye la magnitud de la energía transferida. Es una situación no deseable, pues en vez de consumirse toda la energía que se entrega a la antena, parte de ella se almacena y no se consigue la optimización de la energía radiada, que lógicamente habrá de ser máxima. Para corregir esta situación, ha de emplearse una bobina, con el objeto de “corregir el factor de potencia”. Esta bobina cancelará el efecto capacitivo de la impedancia de entrada de la antena, y permitirá que toda la energía que se entrega al monopolo –salvo la que se pierde por efecto Joule a causa de su componente resistiva- sea radiada, consiguiéndose que el conjunto de la antena y la bobina logren un comportamiento resonante o de máxima transferencia de energía. Se dice entonces que la antena está en resonancia o que está sintonizada. A escasos metros de los mástiles radiantes de la estación Consol existían unas cabinas donde se hallaban las bobinas variométricas, que habían de ser ajustadas para lograr poner en resonancia las antenas, eliminándose así la potencia reactiva.
Además de esto, como ya se mencionó en anteriores apartados y se puede observar en las fotografías anteriores en este análisis del sistema Elektra-Sonne, los mástiles radiantes Consol estaban terminados en unas caperuzas capacitivas. El hecho de la utilización de estas terminaciones acumuladoras de carga se puede razonar teniendo en cuenta que su presencia fuerza a que la distribución de corriente en la antena no se anule en el extremo y pueda ser vista desde la entrada como la distribución de una antena más larga. Si a partir de la finalización de la línea de transmisión no se hubiese abierto ésta como antena, tendríamos una línea de transmisión terminada en un condensador, el cual puede ser sustituido a todos los efectos por otro tramo de línea de transmisión con la longitud necesaria para presentar la misma impedancia de entrada que el condensador. Se razona entonces que el condensador –o en este caso su equivalente obtenido mediante la caperuza y la tierra, que son sus dos placas- tiene como efecto el de alargar la antena, obteniéndose en el tramo de antena que va desde la base hasta el capuchón capacitivo la distribución de corriente de la antena alargada, pero sólo en ese tramo, que es el que realmente existe, y que será por lo tanto prácticamente uniforme arrojando en el cálculo unos valores de campos electromagnéticos radiados mayores por calcularse los mismos en función del potencial vector, según se vio en la sección 11.1, con la presencia de una densidad de corriente mayor en la antena en relación a la situación del no uso del capuchón capacitivo, al pasarse de una distribución de forma casi triangular a una distribución prácticamente uniforme (constante), dando lugar así a una integral de potencial vector de valor mayor.
Por otra parte, dado que las dos antenas extremas estaban ubicadas lejos del transmisor, era preciso llevar la onda mediante sendas líneas de transmisión desde el mismo a ambas antenas –también era necesaria una línea más corta para hacer lo propio con la antena central-, y para ello era precisa una adaptación de impedancias tanto a la salida del transmisor como a la llegada a las proximidades de las antenas, para conseguir máxima transferencia de energía con reflexiones de onda nulas en los cambios de medio (interfases transmisor-línea y línea-antena). Esto se lograba mediante los oportunos transformadores.
Como se puede observar en las imágenes, que han sido extraidas del libro “Radio Navigation Radar and Position Fixing Systems for use in Marine Navigation”, volumen II, publicado por el Ministerio de Transporte Británico en mayo de 1946, redactado en el “International Meeting on Radio Aids to Marine Navigation”, y en el que se realiza un estudio –entre otras cosas- del sistema Consol con vistas a la instalación en Bush Mills (Irlanda) de la que sería la estación Consol británica, operativa después de la Segunda Guerra Mundial; las líneas de transmisión tenían una impedancia característica de 600 Ohmmios, entre la estación transmisora y las antenas extremas había una distancia de aproximadamente 3 longitudes de onda, en las proximidades de los mástiles radiantes existían unas “Aerial Tunning Unit”, que son los lugares donde se realizaba la sintonía de cada antena, mediante las bobinas variométricas; existían además unas “Balance/Unbalanced Matching Unit”, donde se adaptaban las impedancias, operando además como balun, para conseguir distribución equilibrada o balanceada entre la corriente de ambas ramas del dipolo equivalente; y además, existía un “Monitor Hut”, o punto de monitorización, ubicado en la perpendicular de la línea de antenas a una distancia lo suficientemente grande como para estar situado en la zona de campo lejano –que en la práctica eran unos kilómetros-, cuya misión era la de garantizar que los desfases producidos sobre la onda por haber viajado largo trecho a través de las líneas de transmisión desde el transmisor central, así como los eventuales desfases espurios que se produjesen en la máquina Elektra por su posible y eventual situación de incorrecto ajuste, ambos considerados cooperativamente, no alterasen la operación ideal de funcionamiento del período de transmisión de señal Consol o señal de orientación, según el cual entre las señales aplicadas a las antenas extremas debe mediar un desfase exacto resultado de la alternancia de 0 grados y de 180 grados, más un desfase creciente y lineal en forma de diente de sierra. Esto es, mediante el punto de monitorización, donde se hallaba un receptor de radio, y que estaba comunicado por línea con la estación de control, se lograba saber cuándo pasaba el máximo (o el mínimo, según conveniencia) del lóbulo de radiación perpendicular sobre la línea recta que unía dicho punto de monitorización y la antena central, y que era perpendicular a la línea de antenas, y así se podía avisar a la estación de control, para que allí ajustasen en consecuencia la máquina Elektra (la cual era la responsable de conseguir los dos regímenes de desfase superpuestos P y D de los que se ha hablado en la sección 9, entre las corrientes aplicadas a las dos antenas extremas) para lograr un correcto funcionamiento y la corrección de los factores de fase producidos por el viaje de la onda hasta las antenas y por un ajuste inadecuado de la propia máquina Elektra, consiguiéndose el deseado movimiento de los lóbulos de barrido a ambos lados, que establecen el movimiento de los radiales de equiseñal, y en perfecta sincronía con el comienzo del ciclo de señal de orientación, de tal forma que en alta mar se produjese la observancia del paso del rayo de equiseñal justo en el momento que le corresponde según lo descrito en las cartas de navegación que incluyen los radiales, y según lo prescrito por el diseño, y no antes ni después, cosa que daría lugar a lecturas de posición muy erradas.
En la imagen a continuación se representa el corte horizontal del diagrama de radiación de una estación Consolan, sistema similar a Consol salvo en el número de antenas empleadas (dos para este caso), y en el número de lóbulos del corte horizontal del diagrama de radiación de dicho sistema. El sistema Consolan fue un desarrollo creado posteriormente al sistema Consol, es decir después de la confrontación bélica, y estaba basado en el sistema Elektra-Sonne. La imagen ha sido extraida del libro Funk-systeme für Ortung und Navigation, escrito por Ernst Kramar, y publicado en el año 1973. En cuanto al corte vertical del diagrama de radiación, y para ya concluir con este apartado, faltaría decir únicamente que por ser monopolos sobre tierra las antenas, sería similar al de una antena dipolo.
12.- ASPECTOS TÉCNICOS BÁSICOS DEL APARATO ELEKTRA.-
Si el sistema Elektra-Sonne tenía un cerebro, aunque rudimentario en relación a las tecnologías actuales, ese cerebro, de cuyo funcionamiento dependía la distribución de desfasajes de las antenas extremas, no era otro que el aparato Elektra.
El aparato Elektra se encargaba de implementar los dos regímenes de desfase P y D comentados en la sección 9, donde se habló del transmisor y de su funcionamiento a grandes rasgos. En la siguiente figura se puede contemplar un diagrama simplificado de dicho aparato, extraido del libro Funk-systeme für Ortung und Navigation, escrito por el propio Ernst Kramar y publicado en el año 1973.
En la imagen se aprecia un circulito central que simboliza el transmisor, que en la estación de Arneiro generaba una señal sinusoidal de 285 KiloHerzios. Como se puede ver, esta señal es llevada tal cual a la antena B (de las tres antenas, la que ocupaba la posición central), sin aplicarle ningún desfase en dicha máquina, aunque como es lógico la señal sí llegaría con un cierto retardo a la antena, pues el edificio de los transmisores se hallaba a unos 150-200 metros de la antena central. Este transmisor es lo que aparece en el diagrama reseñado como “Sender”. A continuación, si seguimos el cableado de izquierda a derecha desde el oscilador, podemos contemplar un doble conmutador que era accionado de forma automática y mecánica, y que era el responsable del desfasaje P, con distintas polaridades en alternancia. En la posición en que se halla el conmutador en el esquema dejaba pasar la señal tal cual a los terminales de salida, esto es, ausencia de desfase para las dos antenas, que equivale a la posición de +1 en el diagrama de desfasaje P de la sección 9 dedicada al transmisor –si nos abstraemos del funcionamiento del círculo mayor o red con goniómetro, que se encarga del desfasaje D y que explicaré más tarde-. Pero si nos fijamos bien en el dibujo, podemos advertir que cuando dicho doble conmutador se halla en la otra posición, bajando hacia abajo, cambia la polaridad de la señal que sale de sus terminales, lo cual es equivalente a introducir un desfase de 180 grados entre los dos terminales de salida, que es lo mismo que introducir señales entre vivo y tierra con signo cambiado en ambas antenas. Con esta simple conmutación se consigue el régimen brusco P de alternancia, responsable de los puntos y rayas de la señal de orientación.
Pero ésto no es todo. Los terminales a la salida del doble conmutador entregan la tensión a una red con goniómetro, que en el esquema lleva el nombre de Goniometer Mit Netzwerk, y que se representa en el esquema con un doble círculo, uno para el vivo y otro para la tierra. Por ser este dispositivo a todos los efectos una línea de transmisión, introducirá desfase entre las señales de las antenas extremas dependiente de la posición del cursor que lo va recorriendo. Los cursores, que eran movidos por un motor, van recorriendo los dos círculos (trozos de líneas de transmisión especiales cuyo único objeto es desfasar). A medida que los cursores van avanzando desde su posición más a la derecha van añadiendo en una de las antenas un desfase creciente y a la otra antena el desfase exactamente suplementario, teniendo en cuenta que el tramo de línea que aparece dibujado con trazo sólido se corresponde con un desfase total de 180 grados. En otras palabras, gracias a esta red con goniómetro se consigue que el desfase aplicado a una de las antenas extremas vaya aumentando al mismo tiempo que el de la otra va disminuyendo; y al estar la red circular combinada con el efecto del conmutador, el funcionamiento representa la apariencia de que la fase de una antena extrema va aumentando con respecto a la central con saltos bruscos de 180º (cuando P representa una raya al estar la polaridad invertida), y la de la otra antena extrema, en esta misma situación de conmutador a -1, tiene su fasor con ángulo simétrico al de la anterior respecto al eje imaginario, estando ambos fasores por debajo del eje real, mientras que cuando sale un punto (conmutador a +1, o ausencia de cambio de polaridad), ambas antenas extremas se hallan con desfases suplementarios, por encima de la recta real, teniendo el fasor complejo de la central un valor igual a un número real correspondiente a la corriente de dicho mástil. Es fácil ver que el comportamiento íntegro de esta red desfasadora tiene casi simetría especular temporal de la señal total generada con respecto al punto medio marcado por el goniómetro, que es el punto correspondiente a la emisión de la equiseñal para la dirección perpendicular a la línea de antenas, pues en esa dirección las ondas radiadas no añaden desfase alguno entre ellas (viajan enfasadas), al margen de los desfases que les proporciona la máquina. Y digo «casi» simetría especular, porque en el trayecto que va desde el punto medio al extremo izquierdo de la red, el comportamiento de los puntos es el mismo que el de las rayas en la parte entre el punto medio y el extremo derecho, es decir, se cambian los papeles mutuamente. Esto se podrá ver mejor en la sección que un día dedicaré a las señales recibidas, y se razona fácilmente pensando en el movimiento de los fasores giratorios, de cuyas partes reales (proyecciones sobre la recta real) se obtienen los niveles de señal correspondientes a puntos y rayas en todo el período. Como es lógico, para cada dirección radial relativa a la línea de antenas, la equiseñal se corresponderá a otro punto de la red distinto del central, dado que no sólo hay que tener en cuenta para la señal recibida los desfases que crea la máquina, sino los debidos a la propagación de las tres ondas.
Cuando los dos cursores llegan al punto más a a la izquierda de su recorrido, termina la parte de señal de orientación Consol, y el resto de recorrido, que aparece en línea discontinua, hasta empezar un nuevo ciclo con los cursores a la derecha, los cursores siguen girando, pero con la red en OFF. Se dedicaba este tiempo en cada estación Consol como mínimo para enviar desde únicamente la antena central la señal identificadora propia en código Morse, mezclada con un fragmento de portadora, para la operación de escucha de baliza NDB necesaria para discriminar con el radiogoniómetro en alta mar una aproximación a la línea de demora.
Todo lo descrito en esta sección contempla la suposición ideal de que no hubiera desfases debidos al viaje de las ondas entre la estación de control y las antenas extremas. En realidad dichos desfases sí que existían, y por lo tanto, tal y como mencioné en el anterior apartado, debía hacerse una corrección usando otros dispositivos dentro de la máquina Elektra -aparte de los incluidos en el diagrama simplificado de éste-. Todo esto de acuerdo con las recepciones en el punto de monitorización de la señal compuesta por las tres ondas, para lograr que el radiofaro funcionase correctamente en su intervalo temporal de generación de señal de orientación. Tales dispositivos consistían en cadenas de desfase correctoras.
13.- LA EVOLUCIÓN DEL SISTEMA CONSOL CON EL PASO DEL TIEMPO.-
Habiendo pasado ya bastante tiempo de mi publicación inicial de la información histórica que obraba en mi poder, tengo algunas revisiones importantes que acometer al respecto de dichos datos, a la luz de nueva documentación al respecto que he ido recabando. Seguiré el mismo orden que empleé originalmente y adjuntaré las evidencias de mis afirmaciones una a una.
En el punto 3 se explicitaba que la estación de Bush Mills (Irlanda), se había construido después de la Segunda Guerra Mundial. Pero quedó (mal) redactado (a pesar de que yo ya sabía cómo debía quedar), y se podría interpretar como si no hubiese más estaciones que la ahora mencionada y las originales usadas en la guerra. Esa interpretación sería totalmente errónea. Aunque en este preciso instante no aportaré la lista de estaciones con sus respectivas frecuencias, cosa que dejaré para otra entrada, sí puedo adelantar que después de la confrontación bélica se fue completando la cobertura del sistema Consol. En particular, en el Atlántico más septentrional se construyeron estaciones en las islas de Jan Majen y Bjornoya, así como en la costa de Noruega, en la localidad de Andoya. Para probar esta afirmación, incluyo a continuación un mapa con el enclavamiento geográfico de estas tres estaciones, extraido del libro Funk-system für Ortung und Navigation, de Ernst Kramar.
14.1.- PUNTUALIZACIONES RESPECTO A LOS DATOS HISTÓRICOS. LA CAPTURA DEL U-505 (I).-
La afirmación de que el sistema Elektra-Sonne fue utilizado por ambos bandos es correcta. La Inteligencia británica sabía que las estaciones existían ya durante la guerra. Para ello contamos con el testimonio del Profesor R. V. Jones, que fue Profesor Emérito de Filosofía Natural en la Universidad de Aberdeen y un fellow honorario de los Colegios de Wadham y Balliol, en Oxford. Como Director de Inteligencia en el Staff Aéreo en 1946 y posteriormente Director de Inteligencia Científica en el Ministerio de Defensa, trabajó en un rol de consejero desde la Segunda Guerra Mundial. Sus publicaciones incluyen Most Secret War (1978), Future Conflict and New Technology (1981), Some thoughts on Star Wars (1981), e Instruments and Experiences (1988), así como informes detallados de lo que realmente conocían los británicos en tiempos de guerra de Elektra-Sonne y otros sistemas de guiado para las bombas volantes V-1.
En el libro Hitler’s U-Boat War, the hunted 1942-1946, se hace alusión a dicha persona (R.V. Jones), concretamente en las páginas 554, 555 y 556 (no aparece en las tres, pero cito estos tres números para entrar en contexto al dato). Las filtraciones a los británicos poseían toda la credibilidad, puesto que acaecieron tras la captura del submarino nazi U-505 por parte del bando aliado.
Transcribo aquí la traducción del inglés del texto que yace en las páginas mencionadas:
«El más triste U-boat de la fuerza Atlántica, el IXC U-505, que había abortado al menos una docena de partidas desde diciembre de 1942, una de ellas ocasionada por el suicidio del patrón, Peter Zschech, finalmente navegó de nuevo el 16 de marzo. Estaba todavía comandado por el reemplazo de Zschech, Harald Lange, de 40 años, el más viejo capitán en servicio activo de los U-boat de ataque. Su primer oficial siguió siendo Paul Meyer, de edad 26 años, que había llevado el submarino a casa cuando Zschech se mató.
Después de que dio las nuevas claves Enigma al U-123, Lange en el U-505 patrulló sobre seis semanas entre Freetown y su puerto vecino, Monrovia (Liberia). Los Aliados hicieron un seguimiento de sus movimientos. En todo aquel tiempo permaneció sin sumergirse. Las prolongadas operaciones aguantando el calor y la humedad del trópico debilitaron la tripulación y saquearon las baterías. Bajo de combustible, Lange comenzó el viaje de retorno el día 27 de mayo, eligiendo hacer una parada en las islas Cabo Verde.
Los descifradores de códigos Aliados se prepararon para el seguimiento del viaje de regreso del U-505. El grupo de «asesinos de cazadores» de Dan Gallery (el porta-jeeps Guadalcanal y una escolta de cinco destructores), trataron de localizar el U-505, pero no lo lograron. Bajo de fuel, el 4 de junio Gallery dio órdenes de dirigirse a Casablanca.
Uno de los bien entrenados destructores de la escolta, Chatelain, reportó un posible contacto de sónar a las 11:10 aquella misma mañana. Su nuevo capitán, Dudley S. Knox, un jurista e hijo del prominente historiador naval Dudley Wright Knox, movió abajo el visor, y evaluó el contacto como un ‘submarino’, disparando una salva. Gallery dirigió prontamente dos Wildcats aerotransportables y dos destructores, el Jenks y el Pillsbury, para asistir al Chatelain y sacar el Guadalcanal del alcance de los torpedos, cubiertos por los otros dos destructores, Pope y Flaherty. Entonces, lanzó un ‘equipo asesino’ Wildcat-Avenger (gato salvaje vengador).
Los dos Wildcats aerotransportables, pilotados por John W. Cadle, Jr. y Wolffe W. Roberts, cubrieron al destructor Chatelain. Cuando los pilotos vieron el contorno del submarino a la profundidad del periscopio, Cadle radió: ‘el buque ha justo hecho fuego en la dirección opuesta de la salva’. Entonces Cadle marcó el punto dos veces con ráfagas de ametralladora. Gallery más tarde escribiría que la ‘inteligente’, ‘rápida’ y ‘valiente’ acción de Cadle y Roberts fue decisiva para los eventos que siguieron, y fue ‘uno de los pocos casos en los que una aeronave dirigió el ataque’ contra un U-boat. Más tarde, el patrón Dudle Knox a bordo del Chatelain denegó enfáticamente que fuera éste el caso. Escribió que después de su ataque fallido, volvió a obtener el contacto por sónar del U-505 a 100 yardas y que nunca lo perdió. Las observaciones y objetivo marcados por los Wildcats, según insistió Knox, fueron ‘valiosos’ pero sólo en que le permitieron cortar el procedimiento estándar y comenzar un ataque con cargas de profundidad en un rango de quinientas yardas, en vez de las prescritas cien yardas.
Knox movió abajo el haz del sónar y a las 11:21 comenzó a lanzar un conjunto de catorce cargas de profundidad. Al mismo tiempo Lange había descubierto que el U-505 estaba en gran peligro y había ordenado a su ingeniero, Joseph Hanser, coger el bote de profundidad. Las cargas de profundidad alcanzaron el U-505 y causaron una inundación, pero no dañaron severamente la estructura del bote. Sin embargo, lo pusieron fuera de control hasta aproximadamente los 755 pies, de acuerdo a las cuentas del tripulante Decker, que fue a decir que Lange entonces lloró ‘su última orden organizada’ a Hanser: ‘Súbenos, súbenos antes de que sea demasiado tarde’.
Aproximadamente veinte minutos más tarde que el contacto original por sónar, a las 11:22, el U-505 puso la popa hacia la superficie alrededor de cien yardas del Chatelain. Dudley Knox, que estuvo durante la alerta completa, paró e inmediatamente abrió fuego con sus cañones de calibre 3»/50, disparando cuarenta y ocho veces, algunos disparos alcanzaron el U-505. Cuando apareció aquello, el U-505 estaba virando hacia él -y bastó un vistazo para ver que un torpedo estaba viniendo hacia el Chatelain- Knox respondió disparando un único torpedo al U-505, pero falló, lo mismo que ocurrió para el torpedo alemán. Uniéndose al ataque, el Jenks, comandado por Julius F. Way, disparó treinta y dos veces con el calibre 3»/50 y el Pillsbury, comandado por George W. Casselman, disparó veintiuna veces. Al mismo tiempo, los dos Wildcats entraron en la refriega, reportándolo los pilotos (quizás imprecisamente). Todos estos disparos mataron uno de los cincuenta y nueve alemanes del U-505 e hirieron a otros, incluyendo el patrón Lange y el primer oficial Meyer. ….(continuará en la próxima entrada del hilo)….
15.-TABLAS Y GRÁFICAS DE INTERÉS.-
En este apartado añadiré imágenes relativas al funcionamiento del sistema Consol, extraidas del libro Funksystem für Ortung und Navigation, cuyo autor es Ernst Kramar.
En la primera imagen se aprecia la apariencia técnica general del sistema, con su distribución de antenas, y el mecanismo desfasador.
En la imagen que sigue se pueden ver dos cronogramas típicos de lo que podría ser un período de la señal recibida, incluyendo la emisión de baliza NDB y el subperíodo de señal de orientación.
La figura que sigue es otra representación de la parte de señal del subperíodo de orientación.
A continuación se muestra un esquema en el que se explica la composición del fasor de la señal recibida, en función de los fasores de las dos señales extremas y del de la señal central.
Para ya finalizar, en las dos tablas que siguen se tabulan los parámetros relativos a las estaciones Consol activas después de la confrontación bélica.
16.-TABLAS Y GRÁFICAS DE INTERÉS, II.-
Añado en esta entrada otras gráficas de interés relativas al sistema de posicionamiento Consol. La primera de ellas representa la evolución temporal de los fasores en un ciclo completo del período de la parte de señal de orientación, para la señal recibida en la perpendicular a la línea de antenas.
La segunda de la serie representa la señal demodulada relativa al subperiodo de señal de orientación.
Las dos siguientes imágenes representan la señal recibida para distintas ubicaciones en relación a la estación. En la primera imagen se aprecia únicamente la parte de orientación de la señal para dos posiciones angulares diferentes respecto a la estación. La segunda de ellas representa el ciclo completo de la señal recibida para la transmisión efectuada desde la estación de Stavanger.
17.-TABLAS Y GRÁFICAS DE INTERÉS, III.-
Inserto en esta entrada imágenes complementarias autoexplicativas relativas a los sistemas de posicionamiento hiperbólicos.
La primera imagen describe la operativa implícita en la circuitería de las cadenas Decca. Se pueden observar las conversiones de frecuencia que se efectúan en las antenas esclavas para evitar interferencias a la misma frecuencia en el receptor de señales emitidas por distintas antenas de la cadena. También se representan las conversiones de frecuencia que son acometidas en el receptor para poder determinar la diferencia de fase mediante el discriminador de fase correspondiente a la señal diferencia Rojo.
La segunda imagen representa esquemáticamente los radiales que surgían de cada estación Consol. Se puede advertir la notable componente hiperbólica en las proximidades de las antenas, donde era impracticable la operativa de escucha por radiales, lo que condicionaba el emplazamiento de las estaciones.
La tercera imagen de la serie representa los sectores angulares utilizables para la estación de Stavanger.
La imagen que sigue representa las curvas de nivel relativas a la precisión diurna obtenida con el sistema en el Atlántico Norte.
A continuación se muestran las mismas curvas de nivel, sólo que para la recepción nocturna. Debido a las distintas condiciones de propagación en ambos períodos horarios, se obtenían distintas precisiones si se empleaba el sistema por el día o por la noche.
Para ya finalizar, incluyo aquí la tabla de azimuts verdaderos en forma numérica para la antigua estación Consol de Arneiro (Lugo). Los valores tabulados representan los ángulos de azimut correctos para cada conteo de rayas antes de la equiseñal, el cual varía entre 1 y 60 rayas.
18.-VIDEOS PUBLICADOS EN INTERNET SOBRE LOS RADIOFAROS CONSOL DE SEVILLA.
En esta entrada me limitaré a incluir los excelentes videos sobre la antigua estación Sonne-Consol de Sevilla, realizados por otras personas amigas de la radioafición, los dos primeros a cargo de Aena, y el tercero por Txetchu Rubio.
19.-TABLAS Y GRÁFICAS DE INTERÉS RELATIVAS AL SISTEMA DECCA.
En esta entrada incluiré algunas imágenes y gráficas relativas al sistema de posicionamiento hiperbólico Decca, primo hermano del sistema Consol.
La anterior imagen representa las bandas de frecuencias que fueron asignadas para la operación del sistema Decca en todo el mundo, establecidas en la Conferencia de Atlantic City de 1947.
La segunda imagen es un mapa que representa la cadena Decca británica, con las hipérbolas y los carriles que surgen de ellas
La imagen anterior es una representación en diagrama de bloques del receptor empleado en el sistema de posicionamiento Decca.
La imagen que precede este párrafo representa la respuesta en frecuencia del filtro empleado en el receptor Decca para poder trabajar con distintas estaciones a la vez. Para conseguir este filtro de cristal con la precisa selectividad en frecuencia era preciso tallar el cristal de una manera concreta.
El anterior esquema representa las frecuencias empleadas en la cadena Decca del Támesis.
La imagen que precede representa la sensibilidad de la frecuencia resonante en la pieza de cristal en relación a la variación de la temperatura.
Se representan en la anterior imagen los carriles en los que quedaba dividido el espacio de navegación por mediación de las hipérbolas Decca.
Lo mismo ocurre en la imagen que le sigue, que también representa los carriles, en particular la red de identificación.
El esquema anterior es un diagrama de bloques del circuito destinado a identificar la cadena Decca de la que se recibe la señal, en el supuesto de que haya varias operando en la zona donde se encuentra el navío o avión.
Para ya finalizar, se representa en la anterior fotografía el sistema de presentación de Decca.
20.-TABLAS Y GRÁFICAS DE INTERÉS RELATIVAS A LOS SISTEMAS HIPERBÓLICOS.
Incluyo en esta entrada imágenes y esquemas relativos a los sistemas de navegación hiperbólicos, extraidos del libro «La radionavegación», publicado en 1982. La imagen que precede representa las coberturas mundiales del sistema Loran C en el año de la publicación.
La segunda imagen representa las coberturas mundiales del sistema Decca en el citado año.
La siguiente imagen es un estudio comparativo de las diferentes prestaciones de los sistemas de radionavegación, teniendo en cuenta distintos aspectos.
En la imagen que sigue se representan las antenas de espira manual y fija usadas en radiogoniometría. En la página de la derecha se aprecia la fotografía de un radiogoniómetro manual y un radiogoniómetro portátil.
La imagen que precede este párrafo representa un receptor multibanda típico para la recepción de la señal Consol.
Otro tanto podemos decir de la siguiente foto, que representa un receptor Decca (téngase en cuenta que estas imágenes se corresponden con las implementaciones de estos sistemas cuando corría el año 1982.
Esta imagen representa la antena y receptor usados en un radiogoniómetro de calidad.
En la siguiente fotografía se puede identificar la evolución que ha tenido el sistema receptor de Loran. Se ha pasado de un TRC con los pulsos representados mediante rayos catódicos a un sistema de lectura digital.
A continuación se esquematiza la propagación que suele haber con este tipo de sistemas a baja frecuencia, que incluye una onda ionosférica y una onda directa y de superficie.
Para ya finalizar se muestra el cronograma típico de los pulsos recibidos mediante el receptor Loran.
21.-INFORME DE REGINALD V. JONES ‘NAVIGATION AND WAR’ (I). INTRODUCCIÓN.-
Uno de los pasos esenciales en las operaciones de la guerra es saber donde está tu enemigo, para que puedas hacer contacto con él o evitarlo, lo mismo se aplica a cualquier fuerza amiga con la que puede comunicarse. Y paralelamente a estos pasos, también debe establecer su posición en relación con cualquier peligro natural que pueda tener que evitar o explotar.
Así que si puede establecer las posiciones de usted, sus amigos, el enemigo, y los peligros en relación con la superficie de la Tierra, puede utilizar la información para controlar sus propios movimientos como desee: alternativamente, puede a veces por uno u otro medio establecer directamente la posición del enemigo en relación con la suya, y proceder en consecuencia (un proceso igualmente útil en la búsqueda de un lugar donde descansar o en la evasión). Aunque algunas de las técnicas se remontan al principio de la navegación humana, y antes de eso a los «sentidos especiales» de los animales, se desarrollaron intensamente nuevos métodos bajo las presiones militares de la Segunda Guerra Mundial.
Por lo tanto, es sobre esa fase que propongo principalmente hablar; pero para ponerla en perspectiva veamos brevemente algunos episodios anteriores. Hay una leyenda china que dice que el emperador Hoang, que reinó alrededor del 2400 a.C., logró perseguir a su enemigo a través de una espesa niebla dirigiendo sus tropas con la ayuda de un dispositivo direccional que Lord Kelvin, que diseñó la brújula de tarjeta seca, usó en el La Marina Real y la Marina Mercante durante muchos años. Posiblemente ha sido cualquier cosa menos una brújula. Pero el Dr. Joseph Needham ha demostrado que la brújula ya estaba ciertamente en uso en China en los primeros siglos d.C., la primera vez que se aclaró. La descripción de una brújula en China (o en cualquier otro lugar del mundo) es no anterior al año 1088 D. C.; al mismo tiempo se ha prestado atención a una descripción de la preparación y uso de una brújula en el manual chino de tecnología militar del año 1044 D. C. La «cuchara» de piedra lodosa que la precedió puede, incidentalmente, ser usada como una brújula; y puede ser más que una especulación fantasiosa sugerir que la forma de cuchara se derivó de la señal de San Miguel, «La Osa Mayor». El Dr. Needham también ha demostrado que la leyenda del compás se ha confundido con el hecho de que, tal vez desde el año 1000 A.C. y ciertamente en el 255 D.C., los chinos usaban un carro de dos ruedas con dirección sur como referencia. El puntero era impulsado de manera diferente por el engranaje de las ruedas, de modo que se mantenía una dirección constante mientras el carro atravesaba cualquier sucesión de curvas. Se ha utilizado un dispositivo que sigue principios similares en este siglo en tanques militares, ya que una brújula magnética no funcionará dentro de un casco de acero.
Mientras la velocidad de las fuerzas armadas en el mar o en la tierra fuera menor de 30 a 40 millas por hora, las diferencias en la capacidad de navegación entre los enemigos rara vez tuvo efectos espectaculares en la batalla. La marinería era, por supuesto, vital, y esto en combinación con el uso de James Cook de la carta de San Lorenzo, que contribuyó en gran medida a la conquista de Quebec, donde el gobernador francés, Vaudreuil, se quejó de que ‘el enemigo ha pasado 60 naves de guerra no nos atrevemos a arriesgar una nave de 100 toneladas de noche y de día’.
Si bien los efectos rara vez eran espectaculares, eran sin embargo profundos en el sentido de que, junto con los avances en la tecnología militar, la navegación hacía posible la dominación de la mayor parte del mundo por las naciones de Europa Occidental. Y hubo otro efecto en que las exigencias de navegantes como Drake y Frobisher de mejores instrumentos llevaron al desarrollo de la pericia en la fabricación de instrumentos en Londres, que fue uno de los ingredientes importantes del auge de la ciencia en el siglo XVII, ejemplificado por la formación de la Royal Society en 1660; ésta a su vez reaccionó en general sobre la tecnología de la guerra, con los efectos que hemos visto particularmente desde 1914.
Y los problemas de la navegación del Atlántico y del mundo experimentados en el siglo XVIII por la Marina Real, enfatizados por la pérdida del escuadrón de Sir Cloudesly Shovdl en 1707 en las Scillies, llevó a la solución del problema de la determinación de la longitud por las tablas lunares de Tobias Mayer y el cronómetro de Harrison, que benefició a todos los navegantes, tanto navales como mercantiles. El comandante Waters ha llamado la atención sobre el hecho de que la navegación a menudo determinaba los lugares de las acciones navales antes de que se resolviera el problema de la longitud.
Era relativamente fácil determinar la latitud, por lo que un comandante que buscara una caída segura en tierra, y conociendo su latitud, navegaría a la latitud correcta lejos del mar, y luego navegaría hacia el este o el oeste según fuera necesario. Un comandante adversario que quisiera interceptarlo sería capaz de hacer una suposición razonable acerca de dónde acechar.
22.-INFORME DE REGINALD V. JONES ‘NAVIGATION AND WAR’ (II). LA NAVEGACIÓN ANTES DE 1914.-
El desarrollo de la aviación, con sus velocidades mucho más altas, tanto de las aeronaves mismas como de los vientos, y con el frecuente oscurecimiento de los rasgos de la superficie de la Tierra, dio un énfasis completamente nuevo a la importancia de la navegación, y especialmente de la prontitud en la determinación de la posición con respecto a un objetivo o una base, en condiciones que normalmente eran mucho más estrictas y perturbadas que las correspondientes a la navegación marina.
Incluso los globos y las aeronaves requerían algún tipo de instrumentación; y los aviones, con sus altas aceleraciones de giro, mostraban graves defectos en los instrumentos que habían sido adaptados del uso marítimo.
Además de la aparente dirección de la gravedad, esencial para establecer un horizonte artificial, la aeronave podría desviarse salvajemente de la vertical con serias consecuencias como el error de giro al norte del compás magnético. Para 1913, la importancia de la instrumentación era tal que la Real Sociedad Aeronáutica dedicó el primer vuelo cuya lecture dedicó Wilbur Wright al asunto, basada en los trabajos del gran diseñador de instrumentos Horace Darwin.
Y cuando estalló la guerra en 1914, en Farnborough se reunieron los mejores científicos para trabajar en la instrumentación de las aeronaves, incluyendo a Keith Lucas, quien analizó el error de giro hacia el norte, Lindemann (luego Lord Cherwell) quien encontró cómo recuperar una aeronave de un giro, y muchos otros. Mucho antes de 1914 algunos hombres habían comenzado a visualizar formas de usar ondas de radio como medio para establecer las posiciones de las naves o aviones.
En 1907, Bellini y Tosi produjeron un diseño de dos antenas receptoras cruzadas en ángulos rectos, con las que las direcciones de las ondas entrantes se podían deducir de las magnitudes de las corrientes que inducían en las antenas; así se podía establecer la dirección de la aeronave o del barco que estaba emitiendo las ondas.
Ese mismo año, Scheller, de la Compañía Lorenz, patentó un sistema de dos antenas transmisoras usando un transmisor común que iba cambiado de una a otra la transmisión, de manera que una enviaba un patrón repetitivo de caracteres Morse como A (. -) que era complementario al enviado por la otra, en este caso N (- . ) . Si el receptor estuviera en un punto adecuado, recogería las señales de ambas antenas con la misma fuerza, y como los N encajarían exactamente en los huecos de las A, el operador simplemente oiría un tono continuo. Pero si el receptor se apartara de este punto a otro más alejado del campo de la transmisión de la primera antena, el operador oiría la A más fuerte que la N y viceversa. Este dispositivo resulta ser una forma sorprendentemente sensible de posicionar el receptor en la línea de señales iguales de las dos antenas y, como veremos, iba a convertirse en una aportación vital en 1940. El sistema fue probado en barcos en el año 1914, y en 1917 Kiebitz en Alemania hizo pruebas en aviones; pero con relativamente grandes longitudes de onda (350 y 550m), que provocaron dificultades con la propagación y con las antenas dando lugar a diferencias de percepción que causaron resultados contradictorios. Aún así, Buchwald apuntó en 1920 que una nave a 85 km de distancia era capaz de ubicarse lateralmente con una precisión de 400 metros. También en 1907, la Compañía Telefunken patentó la «brújula de radio» que comprendía 32 antenas direccionales, cada una de las cuales irradiaba principalmente a su punto apropiado de la brújula. El transmisor de radio iba cambiado sucesivamente a cada antena a intervalos de un segundo, comenzando en el norte después de una señal de identificación. Por lo tanto, un operador con un receptor sólo tenía que contar el número de segundos después de la señal de identificación antes de que la señal de la brújula alcanzara su máxima intensidad, para establecer su orientación de la brújula desde el lugar de transmisión; esta operación se facilitó aún más al dar al operador un cronómetro cuya aguja giraba completamente en 32 segundos, que iniciaba en el final de la señal de identificación y luego se detenía cuando la señal de la brújula llegaba al máximo.
23.-INFORME DE REGINALD V. JONES ‘NAVIGATION AND WAR’ (III). LA PRIMERA GUERRA MUNDIAL.-
Así, en 1914 se habían concebido tres importantes técnicas de radio para establecer las demoras de aeronaves, y ahora se trataba de determinar cuáles serían adecuadas para los fines de la guerra. las primeras pruebas serias vinieron en las incursiones del Zeppelín en Inglaterra por la noche, que comenzó el 19 de enero de 1915. Las primeras incursiones dependían de la observación visual de los rasgos de la superficie, complementados por el cálculo de los muertos. Los errores consiguientes mostraron rápidamente la necesidad de nuevas ayudas, y se establecieron estaciones de radiogoniometría en Borkum y en Nordholz, que más tarde se complementaron con otras en Sylt y cerca de Bruges.
El sistema tenía graves defectos; los primeros fueron debidos a fenómenos de propagación inesperados, principalmente debido a las reflexiones de la capa de Heaviside o ionosfera, y si se comprobaba la precisión de las demoras, aparecían errores de más de 50 millas. La segunda falla del sistema, dependiente como era de las estaciones terrestres D/F, era que la aeronave tenía que transmitir, revelando así sus posiciones tanto al enemigo como a sus propias bases; y otra falla fue que la capacidad del sistema estaba muy limitada porque las estaciones terrestres sólo podían localizar una aeronave a la vez. Aún así, von Buttlar-Brandenfels, el único comandante de zepelín que voló durante la guerra, concluyó que la navegación por radio era mucho mejor que la basada en observaciones astronómicas.
Los Zepelines no lograron hacer un daño serio a Inglaterra, y sus bajas (tanto por la mala navegación como por la defensa contraria) fueron tan graves que en 1917 los alemanes cambiaron a los aviones para el ataque. Al principio, en el verano de 1917, estos ataques fueron de día; pero en el otoño de ese año los principales ataques se habían cambiado a la noche, donde la navegación básica seguía siendo la lectura de mapas, el uso de la luz de la luna y la selección de objetivos fácilmente identificables por su proximidad a las costas o estuarios.
En cuanto al desarrollo británico de las técnicas de navegación por radio, teníamos muchas pruebas de los errores involucrados, de las intercepciones, de las «fijaciones» de radio alemanas en los zepelines, que podrían compararse con sus posiciones reales registradas por nuestras defensas terrestres. Esta evidencia mostró que deberíamos necesitar un sistema mucho mejor si, como se pretendía en 1918, íbamos a intentar bombardear Berlín; pero se pensó que ya se habían logrado las mejoras necesarias en la técnica, por lo que la precisión debería ser del orden de 5-7 millas.
La guerra terminó antes de que esta creencia tan optimista pudiera ser puesta a prueba.
24.-INFORME DE REGINALD V. JONES ‘NAVIGATION AND WAR’ (IV). LA NAVEGACIÓN AÉREA EN EL PERIODO DE ENTREGUERRAS.-
Con el fin de la guerra, el requisito principal de la navegación aérea cambió, ya que comenzó a desarrollarse el vuelo civil en rutas regulares; y los antiguos dispositivos de boyas y faros debían tener sus homólogos aéreos en potentes balizas visuales situadas en tierra. En Europa, los sistemas D/F terrestres de la Primera Guerra Mundial se convirtieron en una red, y se desarrollaron sistemas de bucle D/F para aviones, de modo que éstos pudieran orientarse con balizas de transmisión por radio convenientemente situadas en tierra.
En Estados Unidos, con su sistema de vuelos interurbanos en rápido desarrollo -y especialmente los que debían funcionar con una regularidad de todo tiempo para el servicio postal- se adoptó una solución que redujo la carga de trabajo tanto de la tripulación como del personal de tierra. La solución consistió en establecer un sistema de haces de radio, basado en el sistema Lorenz de 1907, que apuntaba de un aeropuerto a otro. Las pruebas realizadas por la National Bureau of Stand ards en 1921 demostraron que la zona de equiseñal tenía una milla de ancho a 35 millas de distancia del transmisor. El resultado fue el sistema «Radio Range», en el que un avión, en lugar de tener que llamar a una red de D/F en tierra para pedir una fijación, podía volar a lo largo del haz de radio como una especie de ferrocarril aéreo. Esto suponía una gran ventaja en una ruta muy transitada, donde una red D/F podía saturarse fácilmente. En 1933 había 82 estaciones de haz de radio en funcionamiento, y otras 20 en construcción. Pero esta solución, tan adecuada para la aviación civil, se consideraba inadecuada para las necesidades militares, en las que los aviones debían volar en cualquier lugar, y no a lo largo de vías que permanecían fijas de un día, o incluso de un año, a otro.
La solución militar preferida era un sistema de bucle D/F en la aeronave, mediante el cual se podían obtener señales en balizas fijas; y los resultados de la navegación directa logrados por unos pocos operadores muertos alentaron la creencia de que sería posible realizar vuelos nocturnos precisos sólo con la navegación directa y celeste. En la RAF, de hecho, esta creencia se convirtió en una doctrina del personal que subestimó totalmente las dificultades de la navegación en comparación con otras actividades aéreas, como el pilotaje y la puntería de las bombas. Y esta insensibilidad a los problemas que presenta la navegación era típica de los defensores del poder aéreo. Douhet era partidario de los bombardeos de precisión durante el día y de aterrorizar durante la noche, y ni él ni Mitchell en Estados Unidos veían la necesidad de investigar las ayudas a la navegación.
En cuanto a la RAF, en 1938 empezó a reconocer que la navegación de un bombardero de largo alcance era una tarea que requería una atención especial, pero se seguía suponiendo que la navegación astronómica, complementada con las balizas de radio D/F en tierra, sería suficiente.
Y ello a pesar de que en 1939 el Oficial del Aire al mando del Grupo 3 informó de forma realista que sólo se podía esperar que la D/F diurna por encima de las nubes situara a un bombardero a menos de 50 millas de su objetivo. Algunos de nosotros intentamos ayudar al Mando de Bombarderos pensando en ayudas por radio basadas en las nuevas técnicas de pulso que estaban llegando con el radar. En Bawdsey, en octubre de 1937, R. J. Dippy sugirió que si dos transmisores de pulsos convenientemente colocados enviaban pulsos simultáneos, un avión que captara estos pulsos y tomara nota de los intervalos de tiempo entre los pulsos a medida que llegaban, podría volar a lo largo de una trayectoria que le permitiera llegar a su aeródromo con mal tiempo.
Yo mismo propuse utilizar el mismo principio en un plan que presenté al Ministerio del Aire en mayo de 1938. Esto fue estimulado por lo que yo había conocido de la medición de sonido en los cañones del Frente Occidental en la I Guerra Mundial, de un método desarrollado por Sir Lawrence Bragg. Si dos observadores registran los momentos en que escuchan el estruendo del cañón, entonces saben que el cañón debe estar en una posición tal que está más cerca de un observador que del otro por la distancia recorrida por el sonido en el intervalo de tiempo entre los dos que lo escuchan. Un resultado elemental de la teoría de las secciones cónicas muestra entonces que el cañón debe debe situarse en una hipérbola particular en torno a los dos puntos de observación como focos.
Si se introduce un tercer punto de observación en el sistema, los intervalos de tiempo entre las tres estaciones permiten determinar otras dos hipérbolas, y las tres hipérbolas se cruzarán en un solo punto, que indicará el emplazamiento del cañón. La propuesta de navegación aérea era, en efecto, este sistema al revés, utilizando ondas de radio en lugar de ondas sonoras. Cuando propuse el sistema, encontré poco entusiasmo entre mis colegas del Ministerio del Aire, que parecían casi felices de rechazar la propuesta con el argumento de que, a pesar de su ingenio, sería ineficaz porque las cortas ondas de radio que había que emplear no se doblarían alrededor de la curvatura de la Tierra. Como el propio Tizard observó sobre la actitud de la época: «El hecho es que nadie parece muy ansioso por obtener nuestro consejo sobre estos temas, o de seguirlo si se le ofrece». Decepcionado, todo lo que pude hacer entonces fue buscar cualquier prueba que pudiera sugerir hasta dónde llegarían las ondas de radio.
25.- INFORME DE REGINALD V. JONES ‘NAVIGATION AND WAR’ (V). LA RADIONAVEGACIÓN DE LA LUTWAFFE.-
A partir de aquí, esta conferencia ya se está convirtiendo en un asunto personal. Me había unido al personal del Ministerio del Aire en 1936, en gran parte porque el Comité Tizard deseaba ver qué se podría hacer con las técnicas infrarrojas como un medio para detectar bombarderos entrantes, un problema defensivo, pero inevitablemente también había pensado en los problemas del bombardero. Y yo había sugerido que el bombardero podría ser capaz de encontrar ciudades mediante la detección de la radiación infrarroja que emiten.
Cuando en 1939 me habían trasladado a la Inteligencia Aérea, no fue fácil para un civil subalterno desafiar las afirmaciones de varios oficiales superiores de que los bombarderos podían encontrar sus objetivos en Alemania, pero no pude resistirme a hacer la pregunta de cómo era, si la navegación aérea era tan buena como se afirmaba, ¿qué tantos de nuestros bombarderos en vuelos de práctica en 1938 y 1939 habían volado a colinas en Inglaterra? Y, por lo tanto, un aspecto de la Luftwaffe que observé con más atención fue su posible desarrollo de nuevas técnicas de radio para dirigir sus bombarderos, más allá de tomar rodamientos de radio en B.B.C. y otros transmisores; estos los habíamos hecho inutilizables por dispositivos tales como un sistema de balizas de «enmascaramiento» o «meacons».
En los primeros meses de 1940 recibí dos pistas. La primera llegó, no por lo general, durante un almuerzo. Esto fue con el Sr. A. E. Woodward-Nutt, quien había sido en parte responsable de mi traslado a Inteligencia. Me mencionó que había habido un informe de los franceses sobre los alemanes que habían establecido un sistema de transmisores de haz para bombardear objetivos en Francia, pero que nadie se tomó muy en serio. Sin embargo, había pedido a nuestros expertos en radio en Farnborough que estimaran la nitidez que ahora podría lograr un haz de radio, y se había sorprendido de lo extraño que podría ser esto. Dado que algunos de nuestros mejores científicos se sorprendieron más tarde de manera similar, vale la pena explicar el punto, que de hecho es de interés científico adecuado. Existe un teorema bien conocido en la difracción óptica relacionado con la nitidez de un haz transmitido a través de una abertura que establece, aproximadamente, que la nitidez angular del haz es aproximadamente igual a la longitud de onda empleada dividida por el ancho de la apertura. Para tomar un ejemplo específico, supongamos que los alemanes desean navegar sus bombarderos a un objetivo en Londres no más de una milla cuadrada. En el rango de Cherbour g, aproximadamente 150 millas, esto implica un ancho angular de 1 en 150. De acuerdo con el teorema óptico que he mencionado, el ancho de una antena en Cherburgo que se necesitaría para transmitir un haz de este tipo en una longitud de onda de 10 metros sería de 10 metros x 150 = 1500 metros. Muchos científicos, tanto antes como después de la guerra, habrían descartado el asunto allí. Afortunadamente, yo mismo ya había encontrado el problema algunos años antes, y había encontrado la falacia en el argumento. Es bastante cierto que si uno tratara de hacer un haz real lo suficientemente estrecho, se requeriría una antena muy grande; pero se puede lograr el mismo efecto utilizando dos haces mucho más anchos provenientes de dos antenas mucho más pequeñas, y superándolos para producir una zona equiseñal estrecha en la región de superposición, utilizando exactamente la técnica que la Compañía Lorenz había patentado en 1907. El juicio de igualdad de las señales provenientes de los haces derecho e izquierdo es tan sensible que se puede detectar fácilmente un desplazamiento de una centésima parte del ancho de un haz. Por lo tanto, las antenas pueden ser cada una centésima parte del ancho requerido para hacer una viga verdaderamente estrecha, o unos 15 metros, de modo que si se van a colocar una al lado de la otra, el ancho total no debe ser más de 30 metros. Para el beneficio de los teóricos ópticos, puedo expresar la diferencia como entre el poder de resolución de Rayleigh de un sistema cuando se está tratando de distinguir entre dos objetos simultáneamente, y la precisión con la que ese sistema puede ser utilizado para establecer la posición de un solo objeto en su campo.
La segunda pista en la primavera de 1940 vino de prisioneros que hablaban juntos sobre el rendimiento de un dispositivo que llamaron 1X-Ger!it 1 o ‘X-Apparatus’. De las pocas pistas que dieron pensé que esto debía depender de uno de dos principios. El primero fue uno en el que la aeronave envió pulsos que se reflejaban en objetos en el suelo, para dibujar un mapa de rádar mediante el cual el observador pudiera reconocer características geográficas como costas y ciudades. El segundo fue un sistema de cruce de haces utilizando el principio de Lorenz que acabo de discutir. Luego, en marzo de 1940, llegó otra pista, en forma de una entrada en un papel recuperado de un avión derribado de la formación de bombardeo alemana Kampf Geschwader 26. Esto decía ‘Ayuda a la navegación: radiobalizas que trabajan en el plan de balizas A. Adicionalmente a partir de las 0600 horas baliza Dlihnen. Baliza de luz después del anochecer. Radiobaliza Knickebein desde las 0600 horas en 315 grados’. La mención de una dirección para Knickebein sugería que, cualquiera que fuera el tipo de radiobaliza que fuera, debía emitir alguna forma de radiación transmitida, y naturalmente la asocié con mis pensamientos anteriores. Entonces di una advertencia en mayo de que los alemanes probablemente habían desarrollado alguna forma de sistema de haz de intersección para el bombardeo ciego. La evidencia final se produjo el 5 de junio de 1940, cuando interceptamos un mensaje al Director de Señales de Flieger Korps IV: «Knickebein, Kleve, ist auf punkt 53 grad 24 minuten Nord und ein grad West eingerichtet». El punto al que se hace referencia en el mensaje se encuentra aproximadamente en la Great North Road, justo al sur de Retford, y el ‘Kleve’ del mensaje es la ciudad en el oeste de Alemania famosa como el hogar de Ana de Cleves. Si había un transmisor Knickebein en Cleves, la siguiente pregunta era la longitud de onda en la que funcionaba. Aquí fuimos ayudados involuntariamente por un prisionero, quien le dijo a uno de sus compañeros de prisión que incluso si capturamos un avión intacto no descubriríamos el equipo de radio que empleaba. Esto solo podía significar que era un equipo ya instalado en aviones bombarderos alemanes, pero que aparentemente estaba allí para otro propósito. El equipo posiblemente podría ser el Lorenz blind landing receiver. El sistema Lorenz había sido desarrollado a partir de la patente de 1907 para proporcionar un haz de corto alcance para definir la trayectoria de radio a una pista de aterrizaje, y anteriormente se había asumido que este era el único propósito del receptor de aterrizaje ciego instalado en aviones alemanes. Llamé por teléfono al Departamento de Radio de Farnborough y hablé con el líder del escuadrón Cox Walker, quien había analizado el receptor, y le pregunté si había algo inusual al respecto. Al principio dijo ‘No’, pero luego agregó ‘hay algo que hay una cosa: parece mucho más sensible de lo que necesitas solo para el aterrizaje a ciegas’. Eso fue suficiente.
El sistema Lorenz funcionó en longitudes de onda de unos 10 metros, y sin embargo, la distancia de Cleves a Retford es de aproximadamente 300 millas. Así que parecía que, en contraste con lo que la mayoría de nuestros expertos en radio habían pensado, las longitudes de onda de 10 metros se doblarían lo suficiente alrededor de la Tierra para proporcionar señales útiles a un alcance de 300 millas, al menos si el receptor estuviera a una altura de bombardeo de 20,000 pies. El resto de la historia a menudo se ha escrito en libros sobre la guerra: simplemente he esbozado aquí los puntos clave de interés de navegación que posteriormente afectarían nuestro propio pensamiento.
NOTA .- Esta sección sigue en construcción.
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Elecktra Sonne en Arneiro.Lamentablemente as torres (antenas) caeron no 2009.
Tengo,por suerte,algunos calificarian de locura y realmente lo és,el haber estado en lo alto de la torre central.Estar alli arriba y pensar como serian aquellos dias en los que se ralizaba el montaje de las antenas y los dias en los que los operarios relizaban las operaciones con los equipos alli instalados.Realmente como aficionado a la historia de la 1ª y 2ª guerra mundial,me entristece realmente el hecho de que las torres hayan caido por culpa, no del temporal,el no tiene la culpa de nada de eso pero si el abandono al que las autoridades han condenado a estes fabulosos recuerdos de aquellos duros y dificiles años.Me vienen a la mente mis viajes por tierras de Normandia,mis visitas a esas decenas de museos,bunkeres alemanes,baterias de costa,estaciones de radar como la de Douvres la Délivránde,todo excepcionalmente conservado e inevitablemente no puedo dejar de preguntarme el porque de tanta diferencia a la hora de conservar estos restos historicos.
Te voy a decir lo que pienso. Lo que ha faltado es la sensibilidad, el sentido común, y una mínima preocupación. Hacer de la estación Consol de Arneiro un museo no podía suponer mucho gasto. Bastaba simplemente con cerrar la estación a los desaprensivos, sanear las riostras y sus anclajes y tener la estación de control y el punto de monitorización mínimamente adecentados. Ha sido más bien dejadez y falta de sensibilidad la causa del desastre, no la carencia de dinero, máxime teniendo en cuenta a los interesados que atraería, que son indudablemente muchos y que podría ser algo positivo desde el punto de vista económico. Pero esto es España, ¿Que podíamos esperar al respecto?.
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Hola, he estado leyendo todo lo que has escrito con mucho interés. Simplemente quiero agradecerte el tiempo que has invertido en hacerlo.
Me gustan como a ti las tecnologías antiguas y me da mucha pena que en España no haya nunca interés por preservar todas estas cosas.
También opino que no hubiese costado mucho crear un museo. La inversión no habría sido cuantiosa y se hubiesen conservado las instalaciones, ademas de creado algunos puestos de trabajo, aunque solo fuese para cobrar la entrada, limpiar aquello y vender algo de marchandisisng. Pero…España es España
Gracias, Carlos, por el comentario. Por suerte aún hay lugares en España donde sí se guardan esas reliquias. Pero en relación a los que podía haber, son una insignificancia. Gracias por leerme.