Introducción a la guerra electrónica naval (I)

El espectro electromagnético y el origen de la guerra electrónica

Los avances más visibles en la guerra naval desde principios del siglo pasado han sido la aparición del submarino, la aeronave embarcada y el misil. Sin embargo, son los equipos electrónicos los que han permitido el uso de estos y otros sistemas y, como es lógico, se ha desatado una cruenta batalla por emplearlos en beneficio propio. Los equipos electrónicos permiten emplear los modernos sistemas de armas y, sin ellos, se seguiría combatiendo como en Jutlandia. La guerra electrónica es una parte fundamental de la guerra naval moderna que, debido a su complejidad y secretismo, se ve a menudo obviada. En este artículo haremos una introducción que nos permita profundizar en el tema en entregas sucesivas.

La guerra moderna es inconcebible sin el empleo de ayudas electrónicas. Desde el equipo individual del combatiente menos especializado a los grandes y complejos sistemas de armas, la electrónica se ha adueñado del campo de batalla multidominio, incluyendo —y, quizás, especialmente— el naval. Los barcos de guerra modernos han sustituido la arboladura como forma de propulsión por una arboladura que les permite colocar antenas y equipos electrónicos.

Si bien podríamos considerar estos avances como una muestra más del desarrollo de la técnica bélica, tiene una fundamental diferencia: solo hay un espectro electromagnético y las partes aprovechables de este lo son tanto para unos como para otros e, incluso, para entidades civiles. El desarrollo de la artillería naval supuso un gran cambio en la guerra en la mar, pero todos los contendientes podían emplearla. Lo mismo sucedió con la aparición de la aviación que, si bien supuso un cambio de paradigma, era explotable por todos los combatientes que dispusieran de la tecnología. El submarino podría servir como tercer ejemplo. Sin embargo, espectro electromagnético —el campo de batalla electrónico que definiremos más adelante— solo hay uno; todos los contendientes querrán hacer uso de él y, para ello, deberán negárselo al enemigo. Bienvenidos a la guerra electrónica.

Mástil integrado F110. Fuente – Indra.

Introducción a la guerra electrónica

La guerra electrónica es el arte y ciencia de preservar el uso del espectro electromagnético para las fuerzas propias mientras se niega su uso para las enemigas. En este primer artículo, dedicaremos un apartado a estudiar la energía electromagnética y el espectro electromagnético, de tal forma que podamos profundizar en las diferentes ramas de la guerra electrónica y en sus distintas aplicaciones en sucesivas entregas. No obstante, se hace necesario dar unas breves pinceladas sobre ellas para comprender la aplicación práctica de este, a menudo, olvidado campo de batalla.

Tradicionalmente, la guerra electrónica se ha dividido en:

  • Medidas de apoyo electromagnético (ESM);
  • Contramedidas electromagnéticas (ECM) y;
  • Contracontramedidas electromagnéticas (ECCM) o medidas de protección electromagnéticas (EPM).

Las ESM comprenden la parte receptora de la guerra electrónica, que nos da información sobre el enemigo. Las ECM, que incluyen la perturbación, el chaff o bengalas y las técnicas de engaño, tienen el objeto de impedir o dificultar el uso de aparatos electrónicos al adversario, incluyendo radares, comunicaciones o armas. Las EPM o ECCM son aquellas medidas tomadas en el diseño u operación de los sistemas electrónicos para contrarrestar los efectos de las contramedidas enemigas.

Desde hace unos años, se viene utilizando una nueva división de la guerra electrónica por una diferencia fundamental: las armas antiradiación y las armas de energía dirigida. Así, las ESM y EPM han pasado a denominarse apoyo electrónico (ES) y protección electrónica (EP), respectivamente, sin haber variado su definición. Por su parte, las ECM se han unido a las armas antiradiación y las armas de energía dirigida para formar el ataque electrónico (EA).

Merece la pena también señalar la diferencia entre la guerra electrónica y la inteligencia de señales (SIGINT). Esta última se divide en inteligencia de comunicaciones (COMINT) e inteligencia electrónica (ELINT). La tecnología y equipos utilizados para una y otra son tan similares que, a menudo, es difícil establecer una línea divisoria entre las ESM y la ELINT. De hecho, veremos que muchos sistemas se pueden usar para ambas tareas. Por tanto, su diferencia recae cada vez menos en aspectos técnicos y más en el empleo de la información recabada.

Las ESM tienen una aplicación táctica; inmediata o casi. La información obtenida se usa por la fuerza que la recaba para obtener una ventaja sobre el enemigo, ya sea averiguando su posición o identificándolo, por ejemplo. La inteligencia de señales tiene una aplicación más a largo plazo, requiriendo un análisis más detallado y sus usos pueden ser variados: construir una base de datos con información sobre el adversario, diseñar contramedidas para sus sistemas o averiguar el funcionamiento de sus armas, algo similar a lo que vimos a propósito de los buques de vigilancia oceánica y las señales emitidas por los submarinos.

En próximos artículos profundizaremos en las distintas ramas de la guerra electrónica y sus aplicaciones que, además de la inteligencia, incluyen, por ejemplo, la defensa antimisil. También trataremos el concepto de guerra informativa, en el que la guerra electrónica se ha visto incluido.

División de la guerra electrónica. Autor – Federico Supervielle.

El espectro electromagnético

Las ondas electromagnéticas son vibraciones de los campos magnéticos y eléctricos, perpendiculares entre sí, que se propagan a la velocidad de la luz en una dirección perpendicular a ambos. La dirección de propagación se puede considerar una línea recta; aunque es posible que se curve ligeramente por condiciones atmosféricas, no se ve tan afectada como las ondas de sonido bajo el agua (Supervielle, 2020).

Conviene reflejar que las ondas son oscilaciones (movimientos periódicos) que transportan energía, pero la materia por la que se transporta permanece en el mismo lugar o, más rigurosamente, moviéndose pero sin salir de su movimiento periódico definido. Por ejemplo, sacudiendo un extremo de una cuerda, haremos llegar la energía cinética al otro extremo, pero la cuerda permanecerá, esencialmente, en el mismo lugar.

Onda electromagnética. Fuente – El Bierzo Digital.

Si bien, originalmente, se consideraban las partículas y las ondas dos fenómenos distintos que se regían por leyes diferenciadas (la mecánica clásica y la electrodinámica clásica), hoy en día la dualidad onda-partícula las conecta intrínsecamente. Aun así, podemos separar las ondas (UCO, s.f.) en:

  • Elásticas: aquellas que requieren de un medio físico para su propagación, también llamadas sonido (no solo el audible por el oído humano), y cuyo estudio se denomina acústica.
  • Electromagnéticas: aquellas que no requieren necesariamente un medio material para su propagación.

Ambas se estudian mediante las ecuaciones de Maxwell.

Las ondas tienen tres características fundamentales que debemos conocer, pues definirán su posible aplicación y, algunas, se usan directamente en equipos de guerra electrónica. La longitud de onda es la distancia entre dos picos consecutivos y se mide en metros. La frecuencia (inversa del periodo) es el número de ciclos u oscilaciones que pasan por un punto específico en un segundo y se mide en hercios.

Como veremos, las frecuencias que tienen aplicación en la guerra electrónica naval se suelen medir en megahercios y gigahercios. Por último, la amplitud mide la intensidad de la onda: el brillo en la luz y la intensidad en el sonido. De forma gráfica, es la mitad de la altura entre un pico y un valle, es decir, lo que se desplaza la onda desde el centro.

Parámetros de una onda. Fuente – Curioseando.

La velocidad de propagación de la onda es igual al producto de su longitud de onda por su frecuencia, haciendo que estas sean inversamente proporcionales. Como adelantamos, en las ondas electromagnéticas la velocidad de propagación en el vacío es la de la luz (300000 km/s) y, a efectos prácticos, en la atmósfera también.

El espectro electromagnético es el conjunto de las posibles frecuencias o longitudes de onda de la radiación electromagnética.

Espectro electromagnético. Fuente – Wikipedia.

Empezando por las frecuencias más altas, nos encontraríamos con los rayos gamma, los rayos equis, el espectro ultravioleta y el espectro infrarrojo. La luz visible se encuentra entre 385 THz y 750 THz, es decir, entre el infrarrojo y el ultravioleta. Tras el infrarrojo aparecen las ondas radio, que según la Unión Internacional de Comunicaciones, abarcan desde los 30 Hz a los 300 GHz y se dividen de la siguiente manera:

AcrónimoBandaFrecuencia
ELFFrecuencia extremadamente baja30-300 Kz
VFFrecuencia de voz300-3000 Hz
VLFFrecuencia muy baja3-30 KHz
LF Frecuencia baja30-300 KHz
MFFrecuencia media300-3000 KHz
HFFrecuencia alta3-30 MHz
VHFFrecuencia muy alta30-300 MHz
UHFFrecuencia ultraalta300-3000 MHz
SHFFrecuencia superalta3-30 GHz
EHFFrecuencia extraalta30-300 GHz

Las bandas LF, MF, HF y VHF son generalmente conocidas como radiofrecuencia y se utilizan, en el ámbito militar, para comunicaciones. Los sistemas de cifrado y la necesidad de traducción simultánea, junto a la posibilidad de transmisiones falsas, hacen que su explotación por el adversario tenga una menor, aunque perfectamente válida, aplicación inmediata. Las bandas de UHF, SHF y EHF se conocen como microondas y son en las que operan los radares. Como veremos, se puede obtener muchísima información de las transmisiones radar del enemigo, además de que se las puede atacar como medida ofensiva o defensiva.

El radar

«Radar» es la contracción de radio detection and ranging, es decir, detección y medida de la distancia por radio. Simplificando, su funcionamiento consiste en un emisor de ondas electromagnéticas, el rebote de estas en algún objeto, y su posterior recepción. La radiación electromagnética se genera mediante alguna clase de oscilador y se emite al aire por algún tipo de antena. Las antenas pueden tener formas y tamaños muy variados en función de las características que se deseen obtener en el radar. La onda electromagnética, al colisionar con algún objeto reflectante, es rerradiada en todas direcciones. Una parte de este rebote volverá hacia el emisor que, normalmente, usará la misma antena para recibirla y enviarla al receptor, donde se procesa.

El fenómeno de reflexión supone que la propagación continúe con una inclinación igual al ángulo de incidencia y una intensidad que es función del coeficiente de reflexión. Este último es función de la frecuencia del radar, pero también de la forma y composición de la superficie reflectora. En las unidades modernas, es habitual el uso de formas y materiales especiales para disminuir la onda reflejada: es lo que se conoce como tecnología stealth. La distancia al objeto reflectante se obtiene al medir el tiempo desde la transmisión hasta la recepción, sabiendo que la onda habrá recorrido, en los dos sentidos, esa distancia a la velocidad de la luz. La dirección en la que se encuentra el objeto reflectante se mide en función de la dirección en la que llega la onda reflejada.

El proceso de recepción acaba en un amplificador de vídeo que se presenta en una pantalla, originalmente, de tubo de rayos catódicos, aunque hoy en día se pueden usar muchas otras. La presentación más habitual es la conocida como PPI o indicador de posición en el plano: mediante coordenadas polares (ángulo o azimut y distancia), se refleja el entorno alrededor del radar en una pantalla circular. En los radares pulsados con antenas de giro mecánico, el barrido del radar, es decir, la zona por la que pasa la radiación electromagnética, se presenta como un radio del círculo que gira por la pantalla a la velocidad de giro de la antena.

Las antenas más comunes son de tipo parabólico, con el objeto de focalizar la energía emitida por una bocina o elemento similar en un haz estrecho. En función del tipo de radar, puede ser más o menos estrecho en azimut, teniendo distintas capacidades de discriminación en demora. Es decir, dos contactos que se encuentren muy juntos aparecerán como uno solo hasta que se acerquen tanto que el haz no los abarque a los dos. El barrido de todo el horizonte se consigue al girar la antena y orientar ese estrecho haz, sucesivamente, en todas direcciones. Las antenas generan también lóbulos laterales, no deseados. Estas emisiones, generalmente de menor potencia que la principal, pueden tener distintas formas y salir en varias direcciones, en función de las características de la antena y el radar. En la fase de diseño se intentan eliminar pues, además de ser poco eficientes, son aprovechables por el adversario con medios de guerra electrónica, tanto para detectar nuestro radar como para perturbarlo o engañarlo.

Antena del radar SPS-49, utilizado como radar de búsqueda aérea en nuestras fragatas clase Santa María. Fuente – Wikipedia.

Las antenas planas son más modernas, aunque ya llevan décadas en uso. Están compuestas de multitud de elementos radiantes que se combinan para formar el haz de transmisión. El uso de una cantidad determinada de ellas, sus posiciones relativas y la combinación de distintas fases en cada elemento radiante, permiten generar haces muy estrechos y apuntarlos en cualquier dirección sin necesidad de mover la antena. Así, se pueden emitir más haces para los contactos de mayor interés o para buscar en una zona que se estima más peligrosa sin necesidad de esperar a que la antena haga un giro completo. Este es el principio de funcionamiento del radar SPY-1 y sus sucesivos modelos, que constituyen el núcleo del sistema de combate Aegis que usan los barcos de la marina estadounidense, además de nuestras fragatas F100 y las futuras F110.

Las frecuencias radar se han dividido en bandas para nombrarlas con mayor facilidad. El Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos (IEEE) las denomina, a partir de la ya mencionada UHF: L, S, C, X, Ku, K, Ka, V y W. En el entorno militar en el que se mueve España, se numeran de forma correlativa desde la A hasta la M. Es posible diseñar radares con frecuencias superiores, pero tienen aplicaciones muy concretas y se salen del objeto de estudio de este artículo.

Espectro electromagnético. Fuente – Radar tutorial.

La frecuencia del radar definirá su uso. Por norma general, los radares en frecuencias bajas, normalmente entre las bandas C y F, se suelen usar para hacer búsqueda a gran distancia, ya que las frecuencias más bajas permiten alcances mayores, aunque reduciéndose la precisión. Por eso mismo, frecuencias más altas (I, J) suelen usarse en radares de navegación, que tienen que ser muy precisos, radares de seguimiento o, incluso, los radares de los propios misiles. Frecuencias aún más altas se pueden encontrar en sistemas de muy corto alcance y que no tienen aplicación en la guerra naval, como los sensores de aparcamiento de los coches.

El alcance del radar también se ve afectado por otro parámetro fundamental conocido como PRF o frecuencia de repetición de pulso. Los radares pulsados, los más comunes, no son capaces de transmitir y recibir a la vez, contando con un duplexer que envía los ecos recibidos al receptor, en lugar de al transmisor, y también evita que la alta potencia del transmisor dañe el receptor. Por tanto, se debe establecer en qué momentos el radar transmite y en qué momentos solo recibe, teniendo en cuenta que, una vez vuelva a transmitir, el radar no recibirá nada. Por tanto, los pulsos que vayan tan lejos que, al volver, el radar esté transmitiendo, no serán recibidos. Así, la PRF establece el alcance máximo —aunque las radiaciones del radar lleguen más lejos—, que se obtiene de dividir entre dos (ida y vuelta) la distancia que puede recorrer una onda a la velocidad de la luz en el periodo que transcurre entre un pulso y otro.

De forma similar afecta la velocidad de giro de la antena, en el caso de las antenas que giran, que son la mayoría. Las antenas más lentas suelen estar relacionadas a radares de búsqueda a gran distancia, mientras que antenas con mayor velocidad de giro se utilizan para refrescar más a menudo la información. Existen, también, los radares de onda continua, que varían la frecuencia de transmisión, de tal forma que, al recibir la señal rebotada, analizando su frecuencia, son capaces de saber en qué momento se emitió y, por tanto, el tiempo transcurrido y la distancia al blanco (Richardson, 1985, p. 18).

Por último, el ancho de pulso (PW) es también un parámetro fundamental del radar. A pesar de lo que su nombre parece indicar, es una medida de tiempo. Para ser exactos, mide el tiempo que el radar está transmitiendo y, por tanto, en una gráfica en la que las abscisas representen el tiempo, cuanto más ancho sea el pulso, más tiempo está el radar transmitiendo cada pulso. Cuanto más ancho el pulso, más energía podemos emitir, pero con una contrapartida importante: los contactos dentro de un mismo pulso se presentarán como uno solo; el radar no es capaz de discriminarlos. Si el ancho de pulso es más grande que el tiempo que tarda la onda en llegar de un contacto al otro, para el radar serán un solo contacto. Por tanto, en los barcos, los radares de navegación suelen tener anchos de pulso estrechos, para definir mejor el contorno de la costa u otros obstáculos, mientras los radares de exploración aérea suelen tener anchos de pulso grandes, para poder emitir pulsos con más energía que tengan mayor alcance.

Ancho de pulso. Fuente – Full Mecánica.

Como veremos llegado el momento, estos parámetros, al definir la forma de operar del radar, pueden dar mucha información a quien cuente con un equipo capaz de recibirlos y procesarlos. Este es el principio de funcionamiento de las ESM: si conocemos las características del radar enemigo, cuando lo recibamos en nuestro sistema sabremos que la plataforma que lo porta está ahí incluso antes de detectarla con nuestro propio radar.

Aunque puedan parecer evidentes, es bueno reflejar algunas de las ventajas (Wolff, s.f.) del radar para entender su importancia y la revolución en la guerra naval que supuso su aparición en la Segunda Guerra Mundial:

  • Capacidad de operar de día o de noche.
  • Gran alcance y cobertura.
  • Operación en cualquier condición ambiental.
  • Capacidad de penetrar algunos obstáculos.
  • Posibilidad de gran resolución, llegándose a identificar objetos.
  • Funcionamiento permanente sin necesidad de intervención humana.

A este listado cabe añadir una certera e instantánea determinación de la distancia en todas direcciones.

Imagen de un radar de apertura sintética. Fuente – Defenseweb.co.za.

Los orígenes de la guerra electrónica

La guerra electrónica es, como hemos dicho, el aprovechamiento del espectro electromagnético y su negación al enemigo. Por tanto, la guerra electrónica no tiene razón de ser hasta que el humano empieza a hacer uso de las ondas electromagnéticas.

Fue el escocés James Maxwell el que formuló la teoría del campo electromagnético en 1865, estableciendo que los campos eléctrico y magnético viajaban en forma de ondas a la velocidad de la luz. Unos veinte años más tarde, el alemán Hertz demostró la teoría descubriendo las ondas electromagnéticas. En 1897, fue el italiano Guglielmo Marconi el primero en lograr la transmisión a gran distancia de ondas electromagnéticas, sentando las bases de lo que serían la radio y el radar. Este último fue visionado por Nicola Tesla tres años más tarde, sugiriendo que la reflexión de la ondas electromagnéticas podría utilizarse para detectar objetos.

Generalmente, se considera la guerra ruso-japonesa de 1904-05 como el primer conflicto en el que se hizo uso de la guerra electrónica, algo lógico, ya que fue el primero en el que ambos contendientes hacían uso de la recién inventada radio. Además, es curioso que se usaran, al menos, dos de las tres ramas de la guerra electrónica. Los radiotelegrafistas rusos descubrieron que, poco antes de los ataques nipones a Port Arthur, tenía lugar un gran intercambio de señales entre los buques japoneses. Los rusos no tenían equipos especiales para detectar las emisiones enemigas, pero las frecuencias usadas eran muy similares y eran capaces de recibir las transmisiones niponas en sus equipos. Sin necesidad de descifrarlas o traducirlas, el simple hecho de ver que el tráfico de señales enemigo aumentaba les permitía dar la alarma a las fuerzas propias. Estamos, posiblemente, ante el primer uso de las medidas de apoyo electromagnético, en este caso, en el espectro de las comunicaciones radio. Lo mismo ocurrió en una ocasión en que los rusos pretendían atacar a los japoneses en Gensan: al detectar numerosas transmisiones enemigas, fueron conscientes de la poderosa escuadra japonesa que también se acercaba al mismo lugar y renunciaron a un ataque que les habría salido muy caro.

Federico Supervielle Bergés
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