Si estás en una habitación completamente a oscuras y quieres saber si hay algo a tu alrededor sin encender una linterna, podrías lanzar un sonido corto y escuchar el eco que regresa después de rebotar contra una pared u objeto. El tiempo que tarda ese eco en volver te da una idea de la distancia, mientras que la dirección de la que procede te ayuda a saber dónde está aquello que lo produjo. El radar funciona mediante una idea parecida, aunque utiliza ondas electromagnéticas, no sonido. Envía ondas de radio y después escucha los débiles ecos que regresan cuando esas ondas encuentran un objeto.
La palabra radar nació como un acrónimo inglés de Radio Detection and Ranging, algo que podemos traducir aproximadamente como “detección y medición de distancia por radio”. El término comenzó a utilizarse en Estados Unidos alrededor de 1940, cuando esta tecnología estaba adquiriendo una enorme importancia militar. Sin embargo, la idea científica en la que se basa es mucho más antigua. A finales del siglo XIX, el físico alemán Heinrich Hertz demostró experimentalmente la existencia de las ondas electromagnéticas y comprobó que podían comportarse de manera semejante a la luz, incluso al reflejarse. Poco después aparecieron los primeros intentos de utilizar ese fenómeno para detectar objetos. En 1904, el ingeniero alemán Christian Hülsmeyer construyó un dispositivo que empleaba ondas de radio para detectar barcos y advertir de posibles colisiones, especialmente en condiciones de poca visibilidad. Su invento fue notable, pero no tuvo entonces el impacto comercial que tendría el radar décadas después.
La gran transformación llegó durante las décadas de 1930 y 1940. En el Reino Unido, el físico Robert Watson-Watt y otros investigadores desarrollaron sistemas capaces de detectar aeronaves a gran distancia. El resultado fue una red de estaciones conocida como Chain Home, integrada en un sistema mucho más amplio de defensa aérea. Durante la Batalla de Inglaterra, esta red proporcionó una ventaja fundamental a la Real Fuerza Aérea británica porque permitía detectar con anticipación la aproximación de incursiones alemanas y coordinar la respuesta de los cazas. El radar no ganó aquella batalla por sí solo: formaba parte del llamado sistema Dowding, que también incluía observadores, comunicaciones, centros de mando y aviones de combate. Pero proporcionaba información temprana sobre la llegada del enemigo.
El funcionamiento básico del radar es sorprendentemente elegante. Un transmisor genera ondas de radio, muchas veces en el rango de las microondas, y una antena las dirige hacia una determinada zona. Estas ondas viajan aproximadamente a la velocidad de la luz, unos 300000 kilómetros por segundo. Cuando encuentran un avión, un barco, una montaña, una gota de lluvia o incluso la superficie de otro planeta, una pequeña parte de su energía puede reflejarse y regresar hacia el radar. El receptor capta ese eco y un sistema electrónico analiza la señal.
Como conocemos aproximadamente la velocidad a la que viajan las ondas, medir el tiempo entre la emisión y la recepción permite calcular la distancia. Hay que tener en cuenta que la señal realiza un viaje de ida y vuelta. Por ejemplo, si un eco tarda una milésima de segundo en regresar, la distancia aproximada al objeto es de 150 kilómetros. La orientación de la antena o, en los radares modernos, la forma en que se procesa espacialmente la señal, permite determinar también la dirección en la que se encuentra el objeto.
Y aquí aparece otra de las grandes ventajas del radar: puede detectar movimiento. Cuando un objeto se acerca o se aleja, la frecuencia de la onda reflejada cambia ligeramente debido al efecto Doppler. Analizando ese cambio, el radar puede determinar la velocidad radial del objeto, es decir, qué tan rápido se aproxima o se aleja del radar. Es el mismo principio general que explica por qué el sonido de la bocina de un automóvil parece cambiar de tono cuando el vehículo se acerca y después se aleja.
La capacidad de medir la distancia, la dirección y el movimiento hizo que el radar se convirtiera en una herramienta extraordinariamente útil. En los aeropuertos, los sistemas de vigilancia permiten conocer la posición de las aeronaves y ayudan a organizar el tráfico aéreo. Los radares meteorológicos detectan precipitaciones y, mediante técnicas Doppler, pueden proporcionar información sobre el movimiento del aire y de las partículas dentro de las tormentas. Esto ayuda a los meteorólogos a vigilar fenómenos peligrosos como tormentas severas, granizo y, en determinadas condiciones, circulaciones asociadas con tornados.
En las carreteras encontramos una versión mucho más pequeña del mismo principio. Los radares de control de velocidad emiten ondas y analizan el cambio de frecuencia producido por el movimiento de los vehículos. De esta manera pueden calcular su velocidad. Los barcos también utilizan radares para localizar otras embarcaciones, costas, obstáculos y determinados fenómenos meteorológicos incluso cuando la visibilidad es mala. Y en los automóviles modernos existen radares compactos que ayudan a detectar vehículos, peatones y otros objetos, y que forman parte de sistemas de asistencia a la conducción capaces de advertir de una posible colisión o incluso intervenir en el frenado.
El radar también ha encontrado aplicaciones extraordinarias fuera de la Tierra. Las ondas de radar pueden utilizarse para estudiar planetas, asteroides, lunas y otros cuerpos del sistema solar. Venus es un ejemplo especialmente interesante: su superficie permanece oculta bajo una densa atmósfera de nubes, pero las señales de radar permitieron cartografiarla. La Luna también ha sido estudiada mediante radar. La señal tarda aproximadamente 2.5 segundos en realizar el viaje de ida y vuelta entre la Tierra y la Luna, porque debe recorrer unos 768000 kilómetros en total.
Una de las consecuencias más curiosas de la tecnología del radar apareció, de hecho, en la cocina. En 1945, el ingeniero estadounidense Percy Spencer trabajaba con magnetrones, dispositivos esenciales para generar las microondas utilizadas en muchos sistemas de radar. Durante sus experimentos observó que la radiación producida por un magnetrón podía calentar alimentos. La conocida historia cuenta que una barra de chocolate que llevaba en el bolsillo se derritió mientras trabajaba cerca del equipo. Spencer investigó el fenómeno, experimentó con otros alimentos y terminó desarrollando la tecnología que condujo al horno de microondas. Los primeros aparatos eran enormes y costosos, muy diferentes de los que hoy encontramos en una cocina.
La historia militar también ofrece ejemplos de cómo disponer de un radar no significa necesariamente interpretar correctamente lo que muestra. El 7 de diciembre de 1941, durante el ataque japonés contra Pearl Harbor, los operadores de la estación de radar de Opana, en la isla de Oahu, detectaron a las 7:02 de la mañana una gran formación de aeronaves que se aproximaba desde el norte. Los aviones se encontraban entonces a aproximadamente 137 millas, unos 220 kilómetros, de Oahu. Los operadores informaron del contacto, pero el oficial que recibió la información creyó que podía tratarse de los bombarderos B-17 estadounidenses que se esperaba que llegaran ese día desde el territorio continental. Por esa razón no se tomó la alarma como una amenaza inmediata. Los aviones detectados eran en realidad parte de la primera oleada japonesa que atacaría Pearl Harbor menos de una hora después. Un radar puede detectar una señal, pero interpretar correctamente qué significa esa señal requiere procedimientos, experiencia y un sistema de información adecuado.
Durante la Segunda Guerra Mundial también surgió una de las historias más famosas relacionadas con el radar: la de las zanahorias y la supuesta excelente visión nocturna de los pilotos británicos. La propaganda británica promovió la idea de que el consumo de zanahorias ayudaba a los pilotos a ver mejor de noche. Con el tiempo, esta historia se convirtió en la explicación popular de que el gobierno pretendía ocultar la existencia del radar. Sin embargo, esa versión simplifica los hechos. La propaganda sobre las zanahorias existió, pero la relación exacta entre esa campaña y el propósito deliberado de ocultar el radar no está tan claramente demostrada como suele afirmarse. En otras palabras, es mejor considerar la historia como una combinación de propaganda, necesidad de explicar las restricciones alimentarias de la época y una posterior leyenda sobre el secreto militar.
Mucho antes de que los seres humanos desarrollaran radares, algunos animales habían evolucionado sistemas extraordinariamente eficaces para obtener información sobre su entorno mediante ecos. Los murciélagos utilizan sonidos de alta frecuencia y analizan los ecos que regresan para orientarse y localizar presas. Algunas especies de cetáceos, como los delfines, emplean un principio semejante bajo el agua. Ellos utilizan ondas sonoras, pero la comparación resulta útil porque ambos sistemas siguen una idea fundamentalmente similar: emitir una señal, recibir su eco y extraer información del entorno.
El radar también puede hacer cosas que parecen casi mágicas. Algunos sistemas llamados radares transhorizonte utilizan ondas de radio de alta frecuencia capaces de propagarse a grandes distancias aprovechando fenómenos relacionados con la ionosfera. Gracias a ello pueden detectar determinados objetivos mucho más allá del horizonte geométrico que limita a los radares convencionales. En determinadas configuraciones y condiciones, estos sistemas pueden alcanzar distancias de miles de kilómetros. El alcance depende de la frecuencia, las condiciones ionosféricas, la potencia, el objetivo y otros factores.
En cuanto a las limitaciones. Las ondas pueden ser absorbidas, dispersadas o modificadas por la atmósfera y por determinados materiales. La lluvia intensa puede afectar algunas bandas de frecuencia; los objetos pequeños pueden producir ecos muy débiles; y la forma, el material y la orientación de un objeto influyen en la cantidad de energía que devuelve. Por ello, los ingenieros deben elegir cuidadosamente la frecuencia, la potencia, el tipo de antena, la duración de los pulsos y los métodos de procesamiento de señales según aquello que desean detectar.
Con el tiempo, los avances en electrónica han permitido construir sistemas de radar cada vez más pequeños, eficientes y baratos, hasta el punto de que algunos sensores pueden integrarse en dispositivos de dimensiones muy reducidas.
Así, esta tecnología terminó transformando la aviación, la navegación, la meteorología, la seguridad vial y la exploración espacial. No vemos las ondas de radio que salen de una antena, pero sus ecos pueden decirnos dónde está un avión, qué tan rápido se mueve un automóvil, dónde se encuentra una tormenta, cómo es la superficie de un planeta o incluso qué ocurre con un objeto situado a miles de kilómetros.
Referencias: