Aviación

Radares aéreos: el papel del efecto Doppler en la aviación

En las torres de control del tráfico aéreo, los radares muestran en sus pantallas la posición actual de los aviones. Además, el efecto Doppler permite mostrar la velocidad, lo que permite filtrar los objetos estacionarios, como edificios o colinas, y no mostrarlos en las pantallas (supresión de los ecos de los objetos inmóviles).

En el caso de los radares de vigilancia, se envían ondas con longitudes en el rango de los centímetros durante un microsegundo cada una, mil veces por segundo. ¿Qué distancia recorren las ondas de radio en una milésima de segundo? 300.000 km en un segundo, y por tanto 300 km en una milésima de segundo.

Si se utiliza un eco de 1.000 impulsos por segundo, los objetos detectados tienen que estar a menos de 150 km de distancia: las ondas de radio tienen que hacer un viaje de ida y vuelta, y apenas hay tiempo para hacerlo en una milésima de segundo.

El principio Doppler VOR

El radiofaro omnidireccional Doppler VHF es un equipo de navegación especialmente preciso para la aviación. Se puede comparar con un faro de navegación para embarcaciones.

Un faro emite un haz de luz que gira a una velocidad determinada (frecuencia) y emite un destello adicional cuando el haz apunta al norte. Un faro puede ser identificado por su frecuencia particular. Midiendo el tiempo que transcurre entre la señal del norte y el momento en que el haz del faro apunta a un barco, éste puede determinar el rumbo del faro en relación con el barco. La distancia al faro se puede estimar a partir de la luminosidad de su haz, y utilizando esto junto con la información sobre la dirección en la que se mueve el barco, se puede calcular el rumbo del mismo.

Un Radio Alcance Omnidireccional Doppler VHF emite una onda de radio direccional rotativa a 100 MHz y una señal de 360 grados al pasar por el norte. Esto permite a una aeronave determinar correctamente el rumbo exacto de la estación terrestre.

El avión también envía una señal que es recibida y respondida por la estación de tierra. El tiempo que transcurre hasta que se recibe el eco permite determinar la distancia de la estación de tierra y el desplazamiento de la frecuencia permite estimar la velocidad (procedimiento denominado DME – siglas de Equipo de Medición de Distancia en inglés-).   De este modo, el sistema proporciona todos los datos importantes necesarios para la navegación de un avión.

Velocidad supersónica: un efecto Doppler extremo

El alumno de Doppler, Ernst Mach, se centró en el vuelo a velocidad supersónica (340 m/s = 1 Mach, unos 1.200 km/h):

CC: Tanja Kühnel / del libro “Christian Doppler – El salzburgués más importante para la humanidad” de Clemens M. Hutter

Cuando un avión acelera, comprime las ondas sonoras que emite en la dirección de su movimiento. Cuando alcanza una velocidad supersónica, rompe la barrera del sonido y crea una “alfombra sónica” que recibe el nombre de Ernst Mach: la onda Mach.

Las ondas sonoras emitidas por el avión se suman para formar una barrera del sonido, una fuerte onda de presión. En Mach 1, el avión “rompe la barrera del sonido” y un fuerte estruendo es audible en kilómetros a la redonda.

Si un avión se desplaza a una velocidad superior a Mach 1, es decir, a una velocidad supersónica, el avión sólo se oye cuando ya ha pasado. Una bala también vuela más rápido que el sonido (500 – 800 m/s).

Los aviones comerciales vuelan a unos 0,8 Mach, mientras que los militares lo hacen a 2 ó 3 Mach.