Feb 11 2014

Ellen Church, la primera azafata de vuelo

Ellen Church (arriba izquierda) y las siete primeras azafatas de la Boeing Air Transport- 1930

El 15 de mayo de 1930 un Boeing 80 A de la compañía Boeing Air Transport despegó de Oakland , San Francisco, para dirigirse a Chicago con 14 pasajeros a bordo. A lo largo del vuelo, de 20 horas de duración, el avión tendría que hacer 13 paradas. En la cabina de vuelo iba el comandante Elrey Borge Jeppesen; el hombre que crearía, años después, una empresa de cartografía aeronáutica que adquiriría un gran renombre internacional. Pero, lo más singular de aquél vuelo, visto con perspectiva, no es que el futuro empresario pilotara el avión, sino que en la cabina de pasajeros viajaba, inaugurando un nuevo servicio a bordo, Ellen Church, la primera azafata de la historia de la aviación.

Ellen había trabajado como enfermera en el hospital de San Francisco, pero sentía una gran atracción por los aviones, aprendió a volar y después de conseguir su licencia de piloto civil se presentó en las oficinas de la Boeing Air Transport para que la contrataran. Steve Stimpson, el director de la oficina de la línea aérea en San Francisco, como sabía que no la iban a contratar como piloto, propuso a sus jefes que la empresa embarcara a enfermeras en los vuelos de larga duración, para que ayudaran a los pasajeros a quitarse el miedo a volar. La idea prosperó y en 1930, la British Air Transport contrató a Hellen como responsable del equipo de futuras azafatas de vuelo de la compañía.

Hasta entonces, las primeras personas en prestar servicios a los pasajeros en vuelo habían sido los hijos de los magnates y financieros que poseían las líneas aéreas. Era una diversión más que un trabajo. Cuando no se disponía de este apoyo, a finales de los años 1920, en algunas rutas comerciales el segundo piloto se encargaba de atender a los pasajeros a bordo.

Entonces, el transporte por vía aérea era una aventura llena de incomodidades. Las cabinas no estaban presurizadas y los aviones volaban por debajo del techo de nubes, donde la meteorología es más adversa. Además, las cabinas también estaban mal aisladas por lo que los pasajeros quedaban expuestos al ruido, las vibraciones, el frío y los olores de los escapes de los motores. Los asientos eran incómodos, los servicios minúsculos y los pasillos angostos. Los viajeros no podían librarse del estrés que les producía la incertidumbre de si el tiempo permitiría que el avión despegara y en el supuesto de hacerlo de si el viaje terminaría en el destino previsto o en un aeropuerto alternativo, por no decir un descampado.

Steve Stimpson pensó que las enfermeras transmitirían seguridad a los pasajeros y que a éstos les daría vergüenza sentir miedo si los atendían mujeres que se pasaban la vida en las cabinas de los aviones, sin mostrar ningún temor. El joven ejecutivo convenció a los dirigentes de la Boeing Air Transport de que si llevaban a la práctica aquella idea, el tráfico aéreo de pasajeros aumentaría.

La nueva jefa de servicio a bordo de la Boeing Air Transport, Hellen Church, contrató a siete azafatas. Los requisitos que tenían que cumplir eran exigentes: mujer con titulación de enfermera, soltera, menor de 25 años, con un peso inferior a 52 kilos y una altura que no excediera 1.64 metros.

En vuelo servían algún refrigerio no muy complicado porque escaseaba el espacio y los aviones se movían demasiado. Boeing Air Transport tuvo que renunciar a su espléndida vajilla después de perder todos los juegos de porcelana que había adquirido y pronto se impusieron los vasos de plástico y los termos. Las azafatas también procuraban que los fumadores no arrojaran colillas por las ventanillas y que no confundiesen la puerta del lavabo con la de salida del avión. Si algún pasajero se ponía demasiado nervioso trataban de infundirle calma, a los que se mareaban les ofrecían una pastilla con un vaso de agua y si la cosa se ponía peor, una bolsa. Las azafatas también eran responsables de comprobar que los asientos estaban bien atornillados al suelo del avión, de dar cuerda a los relojes y ajustar los altímetros de a bordo. Incluso, en algunas ocasiones, tenían que ayudar a cargar el equipaje y empujar el avión para meterlo en los hangares. Era un trabajo duro, pero muy bien pagado: 125 dólares al mes.

Ellen Church no pudo disfrutar de su nuevo empleo más de 18 meses porque un accidente de automóvil le causó lesiones que le impedirían seguir volando. Retomó su oficio de enfermera, en la segunda guerra mundial sirvió en la Fuerza Aérea, fue condecorada con la Medalla Aérea, se casó con un banquero y durante las últimas etapas de su vida trabajó como administradora del hospital Union de Terre Haute, en Indiana. Murió en un accidente, montando a caballo, a los 57 años.

Todas las líneas aéreas siguieron los pasos de la Boeing Air Transport y miles de azafatas se incorporaron a las cabinas de los aviones. Ellen Church, les abrió el camino.

Feb 7 2014

El almirante Byrd: de los polos al centro de la Tierra

Josephine Ford 2

Durante mucho tiempo se ha supuesto que el almirante Richard E. Byrd, de la Marina de Estados Unidos, fue el primero en sobrevolar los dos polos, en sus expediciones aéreas. Hoy en día, la mayoría de los expertos coincide en que las expediciones de Roald Amundsen a los polos cuentan con pruebas incuestionables, lo cual no descarta que Byrd se le anticipara. El noruego Amundsen clavó la bandera de su país en el polo Sur, el 14 de diciembre de 1911 y sobrevoló el polo Norte con el dirigible Norge, el 11 de mayo de 1926.

Byrd obtuvo su licencia de piloto en agosto de 1917 y se entusiasmó con la aviación. El 9 de mayo de 1926, con un trimotor Fokker F-7, Byrd y el piloto Floyd Bennett despegaron de Spitsbergen y se dirigieron al Polo Norte. Edsel Ford, fabricante de automóviles, contribuyó financieramente a la expedición y el aeroplano en el que voló Bird se bautizaría con el nombre de su hija: Josephine Ford . Después de recorrer 1360 millas en 15 horas y media, Byrd dijo que había alcanzado el Polo Norte. A su vuelta fue agasajado y aclamado como un gran héroe, el Congreso de Estados Unidos le otorgó la Medalla de Honor y el éxito le permitiría acopiar los fondos necesarios para abordar su expedición al Polo Sur.

Para su viaje a la Antártida movilizó dos aviones y tres barcos. La expedición partió en 1928, durante aquél verano exploraron el continente y después del invierno, el 28 de noviembre de 1929, iniciaron su expedición al Polo Sur. Byrd voló con el piloto Bernt Balchen, el copiloto Harold June y el fotógrafo Ashley McKinley en otro trimotor Ford, el Floyd Bennett, cuyo nombre hacía honor a su compañero de expedición al Polo Norte, fallecido hacía poco tiempo. El vuelo al Polo Sur duró 18 horas y 41 minutos. Después del verano, que pasaron explorando el continente Antártico, la expedición regresó a Estados Unidos el 18 de junio de 1930. El éxito de esta segunda expedición le valió que la Marina lo ascendiera al cargo de almirante, cuando tenía solamente 41 años de edad. Esta vez recibiría también otra medalla, la de la American Geographical Society.

Después de su primera aventura en la Antártida, Byrd volvió al continente helado en cuatro ocasiones más. La tercera de ellas fue la más importante y la más larga. En 1946, 13 navíos de la Marina de Estados Unidos, 6 helicópteros, 6 hidroaviones y 15 aviones más, de diversas características, participaron en una expedición que involucró a unas 4000 personas.

Byrd murió el 11 de marzo de 1957, en su casa de Boston, de una enfermedad cardíaca, a los 68 años de edad.

Con respecto a su vida existen dos asuntos que con el tiempo suscitaron una gran polémica. El primero está relacionado con la expedición al Polo Norte y el segundo con un supuesto diario que dejó escrito, censurado por la Marina, y que no se haría público hasta después de su muerte.

Bernt Balchen un explorador estadounidense de origen noruego, cuestionó la hazaña de Byrd en base a sus conocimientos sobre la velocidad del aeroplano que utilizó. Balchen apuntó la idea de que Byrd voló alrededor del Polo Norte, sin ver el hielo, y que nunca llegó a alcanzarlo. En 1996, se pudo comprobar que en cuaderno de vuelo de Byrd había tomas de sexante borradas, pero visibles, que diferían mucho de las que puso en su informe a la National Geographic Society. Sin embargo, hay expertos que justifican las diferencias de velocidad anotadas por Balchen por la existencia de condiciones meteorológicas de viento a favor, que el noruego no tuvo en cuenta, y también otros que consideran que las correcciones en el diario no tienen por qué ser mal intencionadas.

En cuanto al viaje fantástico, fue el escritor italiano Amadeo Giannini quién lanzó la idea de que Byrd escribió, en un diario secreto, las extraordinarias experiencias que tuvo durante una expedición al Polo Norte, en 1947. Según cuenta Giannini en su libro Los mundos más allá de los Polos, Byrd se encontró con un humanoide de otro “mundo” que le advirtió de que la Humanidad debería apartarse del camino de la guerra y también pudo ver un mamut lanudo, vivo, muy cerca del Polo.

Pero, quizá el libro, en el que la imaginación del autor lleva a Byrd al límite de lo que un almirante, medianamente cuerdo, puede soportar se titula El mayor descubrimiento geográfico de la historia hecho por el almirante Richard E. Byrd en la tierra misteriosa más allá de los polos- El origen real de los platillos volantes, y lo publicó en 1964 un esotérico líder de los rosacruces: Raymond W. Bernard.

Según Bernard, en su diario, Byrd describe cómo en el interior de la Tierra hay lagos, ríos, vida animal y vegetación, y la temperatura es de unos 20 grados centígrados. En su primer viaje por las interioridades de nuestro planeta, el almirante vio animales prehistóricos, como los mamuts, en bosques muy frondosos. Su avión fue saludado y escoltado por platillos volantes que los condujeron a la presencia de los reyes que gobernaban aquellos territorios. El rey y la reina de Agharta, que así se llama el reino subterráneo, les advirtieron del peligro que corre la Humanidad con sus guerras. Después de la audiencia los acompañaron hasta la salida a la superficie terrestre, por el agujero que hay en los polos. A ellos les habían permitido entrar por ser hombres de buen corazón.

Pero, Bernard no se conformó con el viaje al palacio de Agharta, sino que no dejaría pasar que, en 1956, Byrd y sus tripulantes volaron también hacia el centro de la Tierra, esta vez recorrieron 2300 millas y pudieron comprobar que los dos polos no son más que dos inmensos agujeros que comunican con el centro de la esfera terrestre. Byrd vio el Sol desde el interior del planeta.

Todo este jaleo se organizó cuando el almirante había muerto y no podía explicar los detalles de sus fantásticos viajes. El primer problema con que se hubiera encontrado para aclararlos es que en 1947 estaba en el Polo Sur, y no en el Polo Norte, como decía Giannini que escribió el almirante en su diario.

Con toda seguridad hubiera preferido volver centenares de veces a los duros hielos polares antes que confirmar o desmentir los escritos de su diario secreto.

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Feb 3 2014

Alas volantes

Vought V-173

Charles H. Zimmerman un experto en aerodinámica estadounidense ganó el concurso de diseño del Comité Nacional para el Asesoramiento Aeronáutico (NACA), de 1933, con un avión con forma de disco. El Comité consideró que el aparato era “demasiado avanzado” por lo que decidió no invertir más dinero en el desarrollo. El ingeniero siguió trabajando por su cuenta, construyó modelos a escala reducida y en 1938 obtuvo una patente. Se asoció con el grupo empresarial Vought y presentó una oferta a la Marina de Estados Unidos para producir este avión que se denominaría Vought V-173.

Su extraña forma le valió el apodo de “Pastel volante”. Las dos hélices de más de cinco metros de diámetro obligan a que las patas delanteras del tren de aterrizaje se alarguen hasta el punto de que sobre el suelo, la “tarta”, esté inclinada unos 22 grados y el piloto tenga que mirar por debajo de sus pies para no salirse de la pista de despegue.

Sin embargo, el avión gozaba de algunas propiedades que lo hacían muy útil para las misiones que la Marina de Estados Unidos le había encomendado, cuando encargó su construcción en el año 1940. El aparato iría a bordo de cruceros o buques de carga para defenderlos de los ataques de los “kamikazes” japoneses y era preciso que despegara con una carrera muy corta. Tan corta que con 25 nudos de viento el “pastel” se levantaba así que bastaba con que el buque pudiese alcanzar esa velocidad para que los “pasteles” protectores levitasen y fuera necesario hacerlos firmes con cabos a la cubierta.

La estructura del aparato era de madera y el recubrimiento de tela de algodón cosida a mano, para lo que hacía falta un ejército de costureros. El prototipo llegó a realizar unos 190 vuelos con más de 130 horas en el aire. El famoso aviador Charles Lindbergh fue uno de sus pilotos durante las pruebas. Cuando la Marina decidió fabricar las unidades de serie las encargó de mayor tamaño, metálicas y con motores más potentes. Se construyeron dos XF5U-1 experimentales, que así se llamó a la versión operativa del invento de Zimmerman, y en 1947 cuando comenzaron las pruebas de vuelo, finalizada ya la segunda guerra mundial, el proyecto se canceló. Los aviones se almacenaron durante un par de años y luego fueron destruidos.

Este avión puede parecer muy raro y de hecho lo es, pertenece a un tipo de aeronaves que se suelen llamar de “ala volante”, de los que hay algunas variaciones. El primer diseño de “ala volante” lo esbozaron dos franceses en 1876, Pénaud y Gauchot, que patentaron una máquina de volar de planta elíptica, con dos hélices en la parte frontal del aparato. Hasta cierto punto se parecía a la máquina de Zimmerman.

Alphonse Pénaud fue un gran ingeniero que en 1871 hizo una demostración a un grupo de sesudos expertos de la Sociedad de Navegación Aérea francesa con un modelo de aeroplano, a escala reducida, en el jardín de las Tullerías. Su avioncito era una varilla de madera de unos 50 centímetros, alas y cola sujetas a la varilla, propulsado por una hélice que se movía con una goma enroscada. Pénaud demostró la forma de construir una aeronave que fuera naturalmente estable. Cuando su avioncito tendía a meter el morro, el plano de cola- calado con un ángulo de ataque negativo- generaba mayor sustentación y corregía el picado; lo contrario ocurría cuando el modelo encabritaba. De una forma sencilla, el genial Pénaud, demostró a sus colegas cómo había que disponer el plano de cola de un aeroplano para conseguir que su vuelo longitudinal resultara estable. Aquél demostrador, Pénaud, lo bautizó con el nombre de Planophore.

Como era un visionario, el francés se asoció con su mecánico, Gauchot, para diseñar una aeronave completamente revolucionaria, un “ala volante”, que nunca llegaron a construir y que con toda seguridad, de haberlo hecho, tampoco hubiese conseguido volar. Penáud buscó socios para financiar su diseño, no los consiguió y su proyecto fue muy criticado, incluso ridiculizado, hasta el punto de que al joven y brillante ingeniero le sobrevino una crisis y se suicidó cuando aún no había cumplido los 30 años.

Un ala volante es un avión sin cola en el que el fuselaje y el ala se confunden, de forma que toda la superficie del aparato sirve para proporcionar sustentación. Se parece más a los pájaros que a un aeroplano convencional que consta de alas, dos planos o timones de control en la cola, uno vertical y otro horizontal y un fuselaje en donde se aloja la carga útil o de pago. Los pájaros no tienen timones de cola, por lo que es evidente que estos apéndices no son imprescindibles para volar. El problema que plantean las “alas volantes” tiene que ver con la estabilidad. Es más difícil conseguir, con estos dispositivos, que cualquier desviación sobre la actitud de equilibrio en vuelo se corrija automáticamente que con una configuración tradicional de alas con planos de control en la cola, o el morro. Las alas volantes no son configuraciones muy estables.

Los pájaros pueden adaptarse a cualquier condición de vuelo gracias a la facilidad que tienen para cambiar la forma de su cuerpo, extender, plegar o cambiar el ángulo de ataque de las alas, abrir las plumas rémiges y desplegar o recoger las patas. Sin embargo, los aviones no son capaces de efectuar todas esas operaciones; sus sistemas aerodinámicos de control son mucho más limitados.

A pesar de todas estas dificultades, desde que Pégaud diseño su “ala volante” hasta nuestros días, pasando por el V-173 de Zimmerman, los ingenieros han diseñado una gran variedad de aeronaves que podríamos caracterizar como “alas volantes”, aunque a partir de ese concepto se han introducido muchas variaciones y es difícil formular una definición genérica que encuadre a todas ellas. Casi ninguno de estos aviones ha pasado la frontera del mundo de la experimentación.

YB-49

A veces se dice que las alas volantes ofrecen más resistencia al avance que los aviones convencionales y que su gran ventaja estriba en que pueden volar con ángulos de ataque más grandes, con lo que su sustentación es mayor. En realidad tampoco tiene que ser exactamente así.

Jack Northrop, un excelente ingeniero y gran entusiasta de las alas volantes desde los años 1920, impulsó hasta el fin de su vida el desarrollo de este tipo de aeronaves. El avión YB-49, cuyo diseño inicial fue de Northrop, no tenía la forma de “tarta” del V-173, porque se concibió como un avión de bombardeo. Con mayor envergadura, la relación entre sustentación y resistencia era muy superior a la del Vought de la Marina.

Sin embargo el YB-49 corrió una suerte parecida a la del V-173. De 1948 a 1950, año en que se canceló el programa, se perdieron los dos prototipos; el primero por un fallo estructural en vuelo, que costó la vida a cinco tripulantes, y el segundo al romperse el tren de aterrizaje cuando rodaba por la pista a gran velocidad. El YB-49, como todas las alas volantes, era un avión inestable y difícil de controlar.

Northrop-Grumman B-2

A partir de 1970, cuando se introdujeron a bordo potentes ordenadores, que facilitaron la tarea del control, el concepto de ala volante volvió a resurgir con fuerza. Poco antes de morir, Jack Northrop, pudo contemplar todavía en su silla de ruedas, en 1980, la maqueta del avión Northrop-Grumman B-2, cuyo primer vuelo tuvo lugar en 1989 y del que se fabricaron 21 unidades para la Fuerza Aérea estadounidense.

Está claro que los militares consumen casi cualquier tipo de engendro capaz de volar, la cuestión es si estos artefactos tienen alguna utilidad para la aviación civil. Desde no hace mucho tiempo existe un gran interés por los “blended wing body” (BWB), que en castellano podríamos denominar como aeronaves de “fuselaje integrado”, aunque para no complicar más las cosas los llamaré BWB. Como su nombre indica, el fuselaje de estos aviones se confunde con el ala y todo el cuerpo del aparato está diseñado para producir sustentación. No difieren gran cosa de lo que siempre se ha llamado “alas volantes”. La ventaja de los BWB es que son más eficientes que los aeroplanos convencionales ya que el fuselaje deja de ser un peso muerto a transportar al servir como ala. La mayor eficiencia se ha estimado en una cifra del orden del 20%.

Composición artística de Neill Blomkamp and Simon van de Lagemaat

La revista Popular Science publicó un artículo en el que se especulaba que la respuesta de Boeing al gigantesco avión A-380 de Airbus era otra monstruosa aeronave, el B-797, con capacidad para unos 1000 pasajeros. Desde hace años han circulado numerosos comentarios con fotos del nuevo avión y notas al respecto. Boeing ha desmentido en numerosas ocasiones la noticia que es obviamente falsa.

X-48C

En la actualidad la NASA investiga la posible utilización de los BWB para prestar servicios en líneas aéreas comerciales. Boeing ha desarrollado un modelo de BWB controlado remotamente, de unos 6 metros de envergadura, cuya tercera versión, el X-48C, completó una serie de vuelos de prueba en abril de 2013.

Las posibles ventajas en cuanto a reducción de ruido y mayor eficiencia de los BWB en aplicaciones comerciales son lo suficiente atractivas como para proseguir esta línea de investigación. Se dice que para que los BWD fueran verdaderamente efectivos tendrían que ser muy grandes, con más de 700 pasajeros y que este segmento de aeronaves es un mercado decreciente de cara al futuro; también que, en comparación con los actuales diseños, los interiores no dispondrían de tantas ventanas y que las líneas aéreas no aceptarían cambios tan radicales.

Es muy posible que todo lo anterior sea cierto, pero cabría pensar en soluciones intermedias, es decir una evolución de los diseños actuales hacia formas en las que los fuselajes aportaran sustentación de manera efectiva durante el vuelo.

En cualquier caso, la fealdad del diseño de Zimmerman estaba justificada.

Ene 30 2014

La aviación del ejército de Pancho Villa

Pancho Villa

Edwin Charles Parson aprendió a volar en el aeródromo Domínguez, cerca de Los Ángeles. A principios de 1914 tenía 21 años, vivía en el sur de California y había ayudado al fabricante de aviones estadounidense Glenn Curtiss a vender al ejército mexicano de Doroteo Arango un bimotor de dos plazas. Más conocido como Pancho Villa, Doroteo Arango preparaba una campaña militar para apoderarse de Torreón que estaba en manos de Victoriano Huerta. Algunos de sus asesores le habían recomendado que adquiriese un avión para observar los movimientos del enemigo y bombardear sus posiciones.

Parson recibió una llamada de los revolucionarios para que se entrevistara con ellos en el bar del hotel Orndorf de El Paso. Allí le esperaban Raúl Madero y Jefferson De Villa, un caribeño nacido en Martinica de ascendencia francesa y española. Después de tomar unos tragos a Parson le ofrecieron 200 dólares mensuales si se incorporaba como piloto a las fuerzas aéreas revolucionarias. Charles cerró el trato, según el cual Jefferson actuaría como líder de la aeronáutica de guerra de Pancho Villa que contaba con un avión y dos pilotos. Además de llevar a cabo misiones aéreas en los territorios ocupados por el enemigo, Charles y Jefferson se encargarían de formar los primeros pilotos villistas. Los pagos se harían por adelantado, en oro.

Durante la campaña contra Torreón, del 22 de marzo al 2 de abril, los dos pilotos se turnaron en vuelos de reconocimiento y bombardeo. La falta de experiencia de los tripulantes, la excesiva altura desde la que liberaban las bombas y la escasa potencia de los explosivos convertirían aquellos ejercicios en un entretenimiento inocuo para los huertistas. De otra parte, la instrucción de oficiales del ejército de Pancho Villa como pilotos resultó poco efectiva. A Parson le costaba convencer a los voluntarios para que subieran al avión y cuando lo hacían una vez ya no querían repetir.

Después de la batalla contra Torreón Pancho Villa se dirigió hacia Zacatecas. En junio de 1914, durante aquella campaña, Parson tuvo que hacer un aterrizaje forzoso y el aparato se dañó, por lo que cruzó la frontera con Estados Unidos para comprar repuestos. Allí le dijeron que si su país intervenía en aquella guerra, lo que parecía probable que ocurriera, podría ser acusado de traición y terminar sus días en un paredón de fusilamiento. Parson regresó a Juárez, reparó el avión y sin despedirse volvió a Estados Unidos. Jefferson continuó volando para los revolucionarios poco tiempo más y cuando dejó su trabajo las fuerzas aéreas del general revolucionario quedaron fuera de servicio.

Pancho Villa era un magnífico jinete, un soldado que no tenía demasiada fe en la aviación. No podía entender cómo una neblina que no le impedía cabalgar pudiera dejar a los aviones en tierra y dudaba que un artefacto tan delicado pudiera suplantar a la caballería en las misiones de reconocimiento. En 1914, poco antes del estallido de la Gran Guerra, muchos generales de Caballería de los ejércitos europeos pensaban igual que Pancho Villa.

El jefe de la División del Norte tenía otras cuestiones más importantes en qué ocuparse para otorgarle mucha importancia a la aeronáutica; cada vez, sus discrepancias con Carranza, el primer jefe del Ejército Constitucionalista, eran más acusadas. El 24 de junio de 1914 Pancho Villa tomó Zacatecas, después de desobedecer las órdenes de Carranza de enviar ayuda al general Pánfilo Natera que había sitiado la ciudad. El jefe del Ejército Constitucionalista se vengó al cortar el tráfico ferroviario entre Aguascalientes y Monterrey con lo que Villa dejó de recibir carbón y sus tropas quedaron inmovilizadas. El 13 de agosto los federales se rindieron y Villa no participó en aquella operación.

José María Maytorena, amigo de Villa, regresó a Sonora para asumir el cargo que ya había ejercido con anterioridad, de gobernador, pero Obregón y otros militares se opusieron. Maytorena y Villa se alzaron contra Carranza al tiempo que invitaron a otros militares a que hicieran lo mismo.

Los intentos de los mediadores para que Carranza abandonara su puesto de primer jefe y Pancho Villa el de jefe de la División del Norte fracasaron, por lo que en noviembre de 1914 los revolucionarios iniciaron su guerra particular.

Carranza agrupó todos los aviones que estaban a su alcance en el puerto de Veracruz. Eran aparatos que habían pertenecido al ejército federal y otros confiscados. En total disponía de un bimotor Martin, tres monomotores Moisant, un Farman, un Blériot y un Deperdusin. El 5 de febrero creó el Arma de Aviación Militar, con un jefe, el mayor Alberto Salinas Carranza y dos pilotos: George Puffles, rumano, y Charles F. Niles, estadounidense.

A Pancho Villa no le interesaban demasiado los aviones, pero su hermano Hipólito asistió en El Paso a una demostración aérea y quedó impresionado con las acrobacias del piloto, Bill Heth. Compró cinco aviones Wright y un Christofferson. Eran aviones, incluso para la época, bastante anticuados y cuando los villistas los recibieron no estaban en muy buenas condiciones. El Ejército de Pancho Villa contrató pilotos estadounidenses con un salario mensual de 500 dólares, en oro, además de otras cantidades adicionales que recibirían por cada misión. Los aviones establecieron su base operativa en Monterrey, aunque poco después se trasladaron a Tamaulipas.

La aviación fue bastante efectiva llevando mensajes a las tropas y en sus misiones de observación. Sin embargo, las operaciones de bombardeo, aunque tuvieron cierto efecto sobre la moral de la tropa, no causaron muchos daños. Quizá, el mayor éxito de aquellos primitivos aeroplanos lo tuvieron durante las demostraciones aéreas que Pancho Villa solía organizar para divertir a sus hombres en Aguascalientes. Para los pilotos eran los ejercicios más peligrosos de la guerra. En una de aquellas exhibiciones, en mayo de 1915, un avión se estrelló y el tripulante perdió la vida.

Durante la contienda se produjo una interesante batalla aérea entre los mercenarios. Las tropas de Maytorena sitiaron la ciudad de Naco. Philip Rader volaba el Christofferson de Pancho Villa; otro piloto estadounidense contratado por Carranza, Dean Ivan Lamb, daba cobertura aérea a la ciudad cercada con un Curtiss. Los dos pilotos hacían misiones de observación y de vez en cuando bombardeaban a la parte contraria. Una mañana dio la casualidad de que se encontraran en el aire. Según Lamb, Rader se puso a su lado, sacó la pistola y le largó un par de tiros. Ivan Lamb le respondió también con balas. Se enzarzaron en una pelea a balazos al tiempo que evolucionaban en el aire para no ser alcanzados. Pronto se quedaron sin municiones, casi al mismo tiempo. Rader guardó la pistola, hizo un gesto de despedida con la mano y se marchó.

Lamb y Rader no fueron los primeros en establecer un combate aéreo de esas características; en Europa, nada más empezar la Gran Guerra, los aviadores llevaban rifles y pistolas y ya habían peleado en el aire con armas de fuego ligeras. Los resultados eran casi siempre los mismos, los pilotos agotaban la paciencia, el combustible del depósito o la munición y saldaban el combate con un amable saludo de despedida.

El sitio de Naco finalizó el 11 de enero de 1915, después de tres meses, porque Estados Unidos presionó a Villa para que abandonara el asedio que había costado un elevado número de vidas humanas y daños materiales. Poco después de su encuentro en el espacio aéreo de Naco, Lamb y Rader dejaron la aviación de Pancho Villa para incorporarse a la Royal Flying Corps británica que combatía en Francia contra los alemanes. Allí lucharon en el mismo bando.

Pancho Villa disponía de recursos muy escasos para comprar rifles y municiones, por lo que equiparse con una flota de aeronaves modernas estaba fuera de su alcance. Las tropas de Obregón y Carranza le obligaron a replegarse en el Estado de Chihuahua desde donde mantuvo a sus guerrilleros activos durante cuatro años y medio. Cuando murió Carranza, en 1920, llegó a un acuerdo con el presidente Adolfo de la Huerta. Abandonó la guerrilla, se retiró de la política y se refugió en su rancho de Chihuahua. Tres años después murió asesinado, a los cuarenta y cinco años de edad. Pancho Villa dejó un recuerdo imborrable en el pueblo, veintitrés viudas con las que había contraído matrimonio en vida y muchos hijos.

Ni los aviones de Pancho Villa ni los de Carranza influyeron demasiado en el curso de la revolución, pero harían posible que muchos mexicanos contemplasen, por primera vez, aquellos extraños artefactos que eran los aviones. Y el pueblo inventó un “corrido”, “La persecución de Villa”, en el que a la aviación le dedica unos versos:

Pancho Villa ya no anda a caballo
ni su gente tampoco andará
Pancho es dueño de aeroplano
y los alquila con gran comodidad

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Ene 26 2014

Rosetta ha vuelto a llamar a casa

Rosetta y Philae- imagen NASA ESA

La nave espacial Rosetta abandonó la Tierra en 2004 y se puso en una órbita solar que la llevó al espacio profundo. Todos sus sistemas se alimentan mediante paneles de energía solar y en junio de 2011 se hibernaron y así han permanecido durante el tiempo que Rosetta se mantuvo muy alejada del Sol, cerca de dos años y medio.

El 20 de enero de 2014, ya de vuelta de su largo periplo, el despertador interno de la nave ha funcionado de manera automática, los sistemas han vuelto a encenderse y Rosetta se ha comunicado con la estación de la NASA en Goldstone. Los astrónomos han informado del evento con la noticia de que Rosetta envió un mensaje que decía: “Hola Tierra».

La misión de Rosetta consiste en acercarse a un cometa que se llama 67P/Churyumov-Gerasimenko, de unos 4 kilómetros de diámetro, y liberar un pequeño módulo, “Philae”, para que aterrice en la superficie del cometa. Philae perforará el subsuelo de 67P y enviará información de lo que encuentre en la superficie y el interior del pequeño astro. La nave espacial aún se encuentra a unos 9 millones de kilómetros de su objetivo.

Si todo funciona bien a finales de mayo de este año, y a unos 2 millones de kilómetros de 67P, Rosetta nos podrá enviar algunas imágenes del cometa y empezarán los preparativos para la aproximación y el descenso de Philae. Durante meses investigará la atmósfera del cometa y su interacción con el viento solar y determinará el punto idóneo de su superficie donde Philae deberá aterrizar.

El aterrizaje de Philae en la superficie de 67P está previsto para el 11 de noviembre de 2014. Se anclará al cometa con arpones, porque su gravedad es muy débil, y cuando se asiente transmitirá imágenes de alta resolución, así como datos de la composición del subsuelo y de la superficie del astro. Pero no todo habrá terminado ahí, porque Rosetta escoltará a 67P y observará qué ocurre en su superficie conforme se aproxima al Sol. El 13 de agosto de 2015 se encontrará a una distancia del Sol de unos 185 millones de kilómetros, su punto más cercano a la gran estrella, en un lugar que está entre las órbitas de la Tierra y Marte. Rosetta seguirá al cometa hasta finales del próximo año 2015 y nos informará de los cambios que ocurran conforme el astro se aleje y su temperatura disminuya.

Hasta la fecha, la información que tenemos de los cometas se limita a imágenes puntuales obtenidas en algún lugar concreto de su órbita solar. Ahora, con Rosetta, se pretende entender los cambios de la composición del astro durante el proceso de calentamiento y enfriamiento en sus viajes alrededor del Sol.

La nave espacial tiene el mismo nombre que la famosa piedra que encontró un soldado de Napoleón, en 1799, cuando el emperador francés paseaba sus ejércitos por Egipto. La piedra llevaba inscrito parte del edicto del faraón Ptolomeo V, en tres idiomas: griego antiguo, egipcio demótico y jeroglífico. Años después, en 1822, Jean-François Champollion descifró los jeroglíficos egipcios al compararlos con las otras escrituras.

La agencia Espacial Europea (ESA) o la norteamericana (NASA) quizá hayan exagerado al bautizar a su robot con un nombre tan pretencioso y con toda seguridad lo han hecho al presumir de la habilidad con que han captado el “Hola Tierra” de la nave recién despertada. Un radio astrónomo aficionado, el francés Bertrand Pinel, con un plato de 3,5 metros, desde su casa en Casltenaudary- a 65 kilómetros de Toulouse- también apuntó al lugar del espacio donde se encontraba Rosetta el 21 de enero. A las 10:00 logró detectar el mismo mensaje que la estación de la NASA en Goldstone. Era una señal en la banda X. Al día siguiente, el observatorio de Tartu en Estonia también informó que había detectado las emisiones de Rosetta, con su pequeña antena de 3 metros de diámetro.

Es una buena noticia saber que Rosetta vuelve a llamar y que hay gente que comprueba la veracidad de las historias que nos cuenta la NASA y la ESA.

Ene 22 2014

La primera mujer piloto militar de la Historia

Shakhovskoya y Abramovich

Para la escritora Pamela Robson, autora de Wild Women, la princesa Shakhovskaya podría haber ganado con facilidad el concurso de mujeres salvajes del siglo XX, si es que alguien lo hubiese organizado.

Robson cuenta que Eugenie Mikhailovna Shakhovskaya fue la primera mujer piloto de combate, una hermosa princesa y una apasionada amante.

La realidad es que se sabe poco de su azarosa vida, ni siquiera si nació princesa o adquirió el título a través del matrimonio. Nació el año 1889 y se educó en un colegio privilegiado: el Instituto Smolny de San Petersburgo. A los 21 años contempló, con entusiasmo, la demostración aérea que hizo en San Petersburgo la primera mujer que obtuvo una licencia de piloto, Élise Léontine Deroche hija de un fontanero, que pasaría a la historia con el nombre de baronesa de La Roche. La francesa impresionó a la corte rusa y también a la joven princesa Shakhovskaya que en aquél momento decidió viajar a Berlín para aprender a volar.

En el campo de vuelo de Johannistal, cerca de lo que hoy es la capital de Alemania, había una escuela fundada por los inventores del avión, los Wright, en la que Eugenie consiguió su licencia de vuelo el 16 de agosto de 1911. A finales de ese año la joven piloto se ofreció al ejército italiano para efectuar misiones de reconocimiento aéreo en su guerra contra los turcos, pero las fuerzas del rey Victor Manuel III declinaron amablemente la oferta de la princesa que decidió regresar a Rusia. Allí tuvo que pasar un examen, después de un curso de tres meses de entrenamiento en Gatchina, para que le dieran una licencia que le permitiese volar en su país.

La princesa empezó a trabajar como piloto en la empresa Wright, fabricante de aviones, y efectuó una serie de demostraciones aéreas para el estamento militar, en las que pondría de manifiesto su valor. En una de las ocasiones su aeronave se incendió en pleno vuelo y Eugenie fue capaz de controlar la situación y aterrizar como si no hubiese ocurrido nada. Su estancia en Rusia no duró mucho tiempo y muy pronto regresaría a Alemania.

La joven piloto se relacionaba con los aviadores rusos más famosos de la época que le tenían una gran estima y la consideraban como uno de ellos. Shakhovskaya tuvo un romance con el gran piloto ruso Vsevolod Mikhailovich Abramovich, que trabajaba en Johannistal como instructor. Volvió a Berlín para colaborar con él y su relación terminó cuando los dos sufrieron un terrible accidente aéreo en el que el piloto perdió la vida. A Eugenie tuvieron que curarle una nariz rota y heridas en los pulmones, pero logro salvarse. La princesa, conmocionada por el accidente de su entrañable Abramovich, regresó a Moscú y decidió abandonar para siempre el vuelo.

Cuando en agosto de 1914 estalló la primera guerra mundial, la princesa disfrutaba en Moscú de una vida frívola y mundana, asistiendo a todos los saraos que organizaba la más alta nobleza del país. En un arranque de genio y temperamento le pidió al ministro de la Guerra autorización para pilotar aviones de observación en el frente. Sin embargo, su círculo de amistades la convencería para que olvidara aquella locura y Shakhovskaya trató de saciar sus deseos de servicio como enfermera en un hospital de guerra. No fue por mucho tiempo, porque la princesa escribió al zar Nicolás II para que le permitiera hacer lo que sus funcionarios, burócratas y oficiales de carrera le impedían: volar en la línea de combate. El zar de todas las Rusias, que conocía el valor y el temperamento abrasivo de Eugenie, decidió autorizar a la princesa para que se incorporase al frente del noroeste, cerca de Lituania. El general de Caballería Grigoriev, comandante del fuerte Kovno, dio la orden siguiendo las instrucciones del zar.

De las actividades de Shakhovskaya como piloto de guerra en el frente no se conserva ninguna referencia. Todo cuanto se ha escrito de su estancia en el fuerte Kovno está relacionado con su vida amorosa y su desgraciado final. La escritora Robson sugiere que cuanto podemos leer encaja bien con los comentarios que harían las damas del fuerte o los que podrían escucharse en boca de las aristócratas de San Petersburgo en sus habituales reuniones palaciegas. Los rumores la situaban en la cama de casi todos los jefes y oficiales de alta graduación, sus compañeros de vuelo y parte de la tropa. Se convirtió en una gran cortesana y nadie era capaz de satisfacer su apetito sexual, como Cleopatra. Sin embargo, lo peor es que fue acusada de intentar pasarse al enemigo. La juzgó un tribunal militar que la culpó de alta traición y la condenó a morir fusilada en un paredón.

La princesa volvió a escribir al zar Nicolás y consiguió que conmutara su pena de muerte por otra de reclusión perpetua en un convento. A partir de este momento una oscura nube oculta su vida, pero las versiones que circulan son todas muy trágicas.

La Revolución Rusa la liberó. La princesa se transformó en una ferviente revolucionaria, hasta el punto de trabajar como verdugo en Kiev para el general Tcheka; con su pistola Mauser se encargaba de liquidar a los oficiales prisioneros. Adicta a la morfina, en un momento en que estaba bajo el efecto de las drogas mató a su asistente y después se suicidó; aunque también se dice que la ejecutaron sus compañeros.

Pero, son historias sin confirmar y lo único que ratifican es que la princesa vivió una existencia tormentosa y apasionada, siempre al borde de su propia destrucción. Una vida merecedora del inexistente premio a “la mujer más salvaje” del pasado siglo, como nos advierte Pamela Robson.

No vale la pena esforzarse todavía para conseguir el de este siglo. Queda mucho, alguien vendrá y te superará.

Ene 14 2014

El futuro avión eléctrico de largo recorrido

Helios
Credit. NASA

Todos dicen que la posibilidad de construir un avión completamente eléctrico, capaz de sustituir las aeronaves de largo recorrido que utilizamos en la actualidad, es algo que está fuera de nuestras posibilidades. Y así es, pero… ¿cuánto tiempo tardaremos en poder hacerlo, si es que tiene sentido y no nos conformamos con los biocombustibles?

Me he entretenido en hacer unos números para analizar qué nos separa de ese objetivo y las consecuencias que podría tener alcanzarlo.

Un Boeing 747/400 puede transportar 400 o 500 pasajeros a una distancia máxima de unos 13450 kilómetros. Las consideraciones que voy a hacer para esta aeronave valen para cualquier otra que tenga un alcance y un peso máximo de despegue similar.

Se estima que este avión gasta unos 3 litros para transportar un pasajero 100 kilómetros. Así que si tomamos, por ejemplo, un vuelo de Madrid a Nueva York (5754 km) para realizar el viaje, cada pasajero consumirá 173 litros, aproximadamente. No es mucho, incluso si lo comparamos con lo que gasta un vehículo terrestre. Un automóvil con 4 personas es fácil que consuma 2 litros por persona cada 100 kilómetros (8 litros cada 100 kilómetros). Si comparamos la velocidad media del automóvil, menos de 120 kilómetros por hora, con la del Boeing 747, 907 kilómetros por hora, podemos concluir que el transporte en avión a Nueva York no es, desde el punto de vista energético, tan costoso. Recuerde que una aerolínea va a gastar, al menos, 173 litros en llevarlo a usted a Nueva York desde Madrid y desconfíe de cualquier tarifa que valga menos de lo que cuesta el combustible.

En cualquier caso, vaya a Nueva York o a cualquier otra parte, el 747/400 no puede cargar más de 173 toneladas de combustible y esa energía es de la que dispone para gastar, como máximo, durante todo su viaje. Las 173 toneladas de combustible, teniendo en cuenta que el queroseno tiene una capacidad energética de 12 kilovatios hora por kilogramo, dan una cantidad total de energía igual a dos millones de kilovatios hora, redondeando la cifra.

¿Qué pasaría si en vez de consumir queroseno, nuestro avión fuera eléctrico?

De una parte tenemos que los motores eléctricos son más eficientes que los térmicos. Eso quiere decir que con un sistema eléctrico haríamos lo mismo con menos energía. Para nuestro ejercicio vamos a suponer que con la electricidad consumimos la mitad de energía. Eso querría decir que con el avión eléctrico y un millón de kilovatios hora de energía podríamos hacer los mismos vuelos que el 747/400 con reactores. Los motores térmicos tienen un rendimiento energético que no pasa del 30%, mientras que una combinación de motor eléctrico con batería o pila de combustible podría llegar al 60%, de ahí que considere una mejora energética tan significativa.

Si quitamos los motores a reacción y colocamos otros eléctricos, el avión necesitará hélices. Hay un tipo de hélice, contra rotatoria, que nos permitiría volar a velocidades de hasta 800 kilómetros por hora. No son los 907 kilómetros por hora de crucero del 747/400, pero tampoco hay mucha diferencia, por lo que la reducción de velocidad no sería un gran problema.

Para alimentar con electricidad los motores lo primero que se nos puede ocurrir es colocar unas baterías, pero… ¿cuántas? Depende del tipo de batería, las de plomo-ácido son las más económicas y tienen una capacidad de almacenar energía de unos 30 vatios hora por kilogramo de peso. Las más eficientes son las de iones de litio o polímeros de litio que almacenan del orden de 150 vatios hora por kilogramo. Si seleccionamos estas últimas, para embarcar un millón de kilovatios hora de energía, con baterías de litio, hacen falta más de seis mil toneladas de baterías, algo así como quince veces el peso máximo de despegue del 747/400 que son 400 toneladas. Es una opción imposible y la tecnología aún dista mucho de hacerla viable.

Otra solución para generar la energía eléctrica a bordo es llevar hidrógeno y una “pila de combustible” que es un dispositivo que se alimenta de hidrógeno y lo combina con el oxígeno atmosférico para producir electricidad y agua.

El hidrógeno es un gas muy poco denso (0,082 gramos por centímetro cúbico en condiciones normales), aunque con un gran poder energético (33,3 kw hora/kg). Lo podemos transportar en botellas a presión, en estado gaseoso, licuado, o en compuestos que lo absorben y luego son capaces de liberarlo.

En estado gaseoso, a una presión de 150 atmósferas, la densidad energética del hidrógeno es de 0,449 kw hora por litro. Esto quiere decir que para cargar el millón de kilovatios hora necesitaríamos unos depósitos de más de dos millones de litros, más de diez veces la capacidad de los que lleva el avión. Teniendo en cuenta el volumen y el peso adicional de las botellas, la solución tampoco parece viable.

Si utilizáramos hidrógeno en estado líquido, el volumen podría reducirse a unos cuatrocientos mil litros, el doble del volumen de los tanques del 747. En estas condiciones el gas hay que mantenerlo a -252 grados centígrados y su manejo y almacenamiento en tanques criogénicos es muy complicado. No parece tampoco una solución que tenga mucho futuro.

Los hidruros son compuestos que absorben hidrógeno y luego pueden liberarlo. El problema de estos productos es que son pesados; el hidrógeno que absorben es de un 2 a un 8% de su peso. En la actualidad se han obtenido hidruros en el laboratorio que contienen hasta un 15% de su peso en hidrógeno, aunque el hidrógeno se recupera a temperaturas elevadas y se libera despacio, por lo que aún no se utilizan comercialmente.

Los hidruros con un 15% de peso en hidrógeno tienen una densidad energética de unos 6 kilovatios hora por kilogramo, aproximadamente la mitad que el queroseno. Eso es lo que necesitamos. Cuando se produzcan hidruros con un 15-18% de hidrógeno ya tendremos con qué llenar el tanque de combustible de nuestro avión trasatlántico eléctrico.

Aún quedan algunos asuntos por resolver. Las pilas de combustible añaden otras limitaciones al avión eléctrico. Recordemos que nuestro avión lleva hidrógeno que alimenta una pila que genera electricidad para los motores eléctricos con los que movemos las hélices contra rotatorias.

Existe una gran variedad de pilas de combustible y quizá las que se adecúan mejor a este tipo de aplicaciones son las de membrana de intercambio de protones (PEM). En la actualidad, estas pilas se producen en paquetes cuya densidad energética difícilmente alcanza los 3,3 kilovatios/litro. Las reacciones químicas necesitan superficies y membranas que ocupan bastante espacio.

Las alas del 747 tienen una superficie de unos 540 metros cuadrados y si hemos dicho que nuestro avión eléctrico vuela un poco más despacio, seguramente tendremos que aumentar esta superficie. Habría que hacer sitio dentro de las alas a las pilas. Con unos tres centímetros, de altura, en media, dispondríamos de más 20 metros cúbicos para colocar pilas que generarían unos 70000 kilovatios de potencia para los motores. Eso sería suficiente.

El problema es que las pilas añadirían un peso al avión de unas 30 toneladas y con toda seguridad otro tanto los motores. Como los 4 motores del 747 pesan unas 16 toneladas, la nueva planta de potencia (pilas y motores) podría resultar más pesada que la actual, pero no en una proporción que no pueda manejarse.

En la actualidad los motores eléctricos que se construyen para aplicaciones aeronáuticas tienen potencias relativamente bajas, de hasta unos 50 kilovatios. Esta es un área en la que habría que trabajar para desarrollar motores eléctricos aeronáuticos mucho más potentes que los actuales.

En definitiva, cuando tengamos hidruros más avanzados, con pilas de combustible, motores eléctricos y hélices contra rotatorias, el avión eléctrico de largo recorrido será posible. Para eso, tampoco hace falta tanto tiempo, desde un punto de vista tecnológico.

A estas alturas mi avión eléctrico no se parece mucho al 747/400.

He oído decir que la tecnología del avión eléctrico la desarrollará el automóvil eléctrico, pero no estoy muy seguro de que sea así. El transporte aéreo se caracteriza porque demanda una gran cantidad de energía y no hay gasolineras en el aire.

Lo que sí está claro, es que todo indica que para electrificar el avión tendríamos que volver a las hélices y reducir la velocidad. Da la impresión que el camino hacia la eficiencia está reñido con las prisas, aunque la parsimonia sea enemiga de los tiempos que corren. No estaría mal que este siglo XXI se caracterice por hacer las cosas mejor, en vez de hacer cada vez más cosas.

No sé cómo se resolverá este asunto.

Ene 10 2014

Lentes gravitacionales y rayos gamma

Representación de un «blazard», de cuyo núcleo surge un potente haz de energía que apunta hacia la Tierra
Image credit: NASA/Goddard Space Flight Center Conceptual Image Lab

A principios de este año 2014, la NASA ha hecho público que un equipo internacional de astrónomos ha tomado, utilizando el observatorio Fermi, las primeras muestras de radiaciones gamma a través de una lente gravitacional.

La noticia pude ser muy importante, pero estoy seguro de que va a pasar desapercibida, porque la mayoría de la gente no sabe qué es una lente gravitacional, ni qué utilidad tiene analizar radiaciones gamma procedentes del espacio, ni dónde está el observatorio Fermi.

Sin embargo, el rompecabezas no es tan complicado.

Sir Isaack Newton no escribió mucho sobre la posible curvatura de la luz por el efecto gravitatorio, tan solo una nota indicando que la luz se ve afectada por la gravedad igual que cualquier masa. Para Newton la luz era de naturaleza corpuscular, por lo que poseía masa, aunque muy pequeña. Años después, el astrónomo alemán Johann Georg von Soldner, en 1801, calculó que la luz de una estrella distante al pasar cerca de la superficie del sol se desviaría un ángulo de 0,9 segundos de arco (arcosegundos), por efecto de la gravedad. El astrónomo hizo el ejercicio teórico de acuerdo con las leyes de la física newtoniana; la desviación que calculó era extraordinariamente pequeña, imposible de verificar mediante observaciones prácticas.

Einstein publicó la teoría de la relatividad general en 1915. Sus ideas predecían que los rayos luminosos, en las proximidades de una concentración de masa, tenían que curvarse más de lo que estimaba la mecánica clásica de Newton. La curvatura sería inversamente proporcional a la distancia del rayo luminoso al centro de la masa. Para un rayo procedente de una estrella que pasara cerca del Sol, si se repetían los cálculos de von Soldner, teniendo en cuenta la teoría de la relatividad general, la desviación sería casi el doble: 1,75 arcosegundos.

Durante el eclipse de Sol total del 29 de mayo de 1919, el secretario de la Royal Astronomical Society, Arthur Eddington y el Astrónomo Real, Franks Watson Dyson, se desplazaron a la isla africana Príncipe, en la costa del golfo de Guinea. El objetivo de su expedición era constatar la teoría de la relatividad de Einstein midiendo la deflexión de los rayos luminosos procedentes de estrellas que, vistas desde la Tierra en aquél momento, aparecieran cerca del Sol. Cuando las estrellas se encuentran en esta posición, con respecto a un observador en la Tierra, no es posible verlas a no ser que un eclipse oculte al Sol, ya que de lo contrario su luz deslumbra por completo al observador. Los astrónomos británicos aprovecharon la oportunidad y tomaron fotografías de estrellas cuyos haces luminosos pasaban cerca de la superficie solar, durante el eclipse.

Arthur Eddington comparó la posición observada de las estrellas, mientras duraba el eclipse, con otras posiciones obtenidas, de las mismas estrellas, en situaciones en las que el Sol no podía alterar sus haces luminosos. Según Eddington, las diferencias de ambas mediciones corroboraban la teoría de la relatividad general de Einstein, al demostrar que en las proximidades de la superficie solar los rayos se curvaban de acuerdo con las predicciones del físico alemán: mucho más de lo que podía esperarse según las leyes de la gravitación de Newton. Hubo algunas discrepancias entre los resultados de le expedición a la isla Príncipe y los que obtuvo otro equipo de astrónomos en Brasil, pero los experimentos de Eddington y sus conclusiones fueron aceptados como válidos por la comunidad científica internacional. Años más tarde, con instrumentos y métodos más precisos se pudo ratificar que los cálculos del británico eran correctos.

Los experimentos de Arthur Eddington y sus colegas revolucionaron el mundo científico al demostrar la validez de las teorías de Einstein. Las noticias ocuparon las cabeceras de los periódicos y el científico alemán se convirtió en un auténtico héroe popular. En marzo de 1921 la ciudad de Nueva York recibió al célebre físico con una nevada blanca de confeti mientras paseaba en un coche descubierto por las calles del “cañón de la gloria” neoyorquino. Nunca un científico había tenido un recibimiento tan apoteósico en aquella ciudad estadounidense y jamás otro hombre de ciencia lo ha vuelto a tener. Durante aquél viaje a Estados Unidos, Einstein dijo que en Alemania sus teorías no habían sido bien recibidas por culpa de los antisemitas y porque él era un pacifista. Un pacifista, igual que el inglés Arthur Eddington quién había estada a punto de ir a la cárcel por manifestarse como “objetor de conciencia” en el Reino Unido, durante la primera guerra mundial.

El hecho de que la luz, procedente de una estrella o de una galaxia lejana, se curve en las proximidades de una gran masa abriría a los astrónomos nuevas posibilidades para investigar el espacio. El propio Einstein anotó que si desde la Tierra se observa una estrella situada en un punto tal que, entre el observador y el astro, se interponga una gran masa (que puede ser otro cuerpo celeste o varios), los rayos de luz que abandonan la estrella, en distintas direcciones, pueden curvarse y converger en el lugar donde se encuentra el observador terrestre. La masa entre el observador y la estrella actuaría como una lente, al concentrar los rayos luminosos. Sin embargo, Einstein pensó que era muy improbable encontrar estrellas y masas alineadas, a la distancia exacta, para que este fenómeno se diera en la práctica, por lo que no otorgó mayor importancia a sus anotaciones. En cualquier caso el razonamiento y los cálculos del científico eran válidos y la curvatura de la luz hacía posible la existencia de lo que posteriormente se denominaría como “lentes gravitacionales”.

A Rudi W. Mandl, un emigrante checo que vivía en Estados Unidos, se le ocurrió que la evolución de la vida en la Tierra podía explicarse gracias al elevado número de mutaciones genéticas inducidas por la fuerte radiación procedente de un misterioso cuerpo celeste. La potencia de la radiación del astro se podía explicar gracias a la intervención de una “lente gravitacional”.

En 1936, Mandl visitó a Einstein en Princeton- donde residía desde hacía ya tres años- para comentarle sus teorías. Al físico le pareció que las ideas de Mandl eran teóricamente factibles, pero muy difíciles de probar, y le aconsejó que no siguiera trabajando en aquella dirección. Pero, a raíz del encuentro, Einstein publicó un artículo sobre las “lentes gravitacionales” y la comunidad científica se hizo eco de las ideas del profesor de Princeton.

Los astrónomos se pusieron a trabajar sobre las sugerencias de Einstein y en 1960, cuando se descubrieron los quasar- unos objetos extraordinariamente brillantes, situados fuera de nuestra galaxia- la teoría sobre las lentes gravitacionales comenzó a dar resultados. La primera lente gravitacional la encontraron en 1979, Dennis Walsh, Robert F. Carswell y Ray J. Weymann, que identificaron que el quasar doble Q0957+561 era en realidad una imagen doble de un quasar único. La duplicidad en la imagen se producía debido a un efecto de lente gravitacional; es decir, los rayos del quasar llegaban a la Tierra por dos caminos distintos. Desde entonces se han descubierto varias docenas de sistemas con imágenes múltiples y varios “anillos de Einstein”, todo ello producto de los efectos generados por otros objetos celestes intermedios que curvan la luz de los emisores.

En la actualidad, las lentes gravitacionales juegan un papel muy importante en el estudio del Universo, ya que permiten observar estrellas y cuerpos muy alejados así como determinar la existencia de masas “ocultas” y aportar datos acerca de la cantidad de “materia oscura” y otros parámetros relacionados con la teoría del “big bang”.

Representación de un blazard y una galaxia que actúa como lente gravitacional sobre las radiaciones que emite el haz del blazard.
Image Credit: NASA’s Goddard Space Flight Center

Creo que está bastante claro qué es una lente gravitacional. Con ellas podemos ver mejor objetos celestes lejanos porque concentran la luz que emiten. Es como si el Universo nos hubiera regalado algunos “prismáticos” que ha dejado desperdigados en su interior para que nos ayuden a conocerlo mejor.

En cuanto a los rayos gamma quizá convendría repasar el concepto de luz o de visión. Nosotros podemos ver con los ojos radiaciones electromagnéticas cuyas frecuencias estén en lo que llamamos la banda visible. En el arco iris, del rojo al violeta, podemos observar los colores del espectro visible de menor a mayor frecuencia. Pero con frecuencias inferiores al color rojo hay radiaciones electromagnéticas invisibles, que podemos detectar con receptores especiales. Las microondas y las ondas de radio, están en estas bandas. Por encima del violeta, con frecuencias mayores también hay radiaciones electromagnéticas, las ultravioleta, rayos X y rayos gamma. Tampoco se ven, pero podemos captarlas con dispositivos electrónicos, al igual que las ondas de radio. Los rayos gamma, ocupan en el espectro electromagnético la banda de frecuencia más alta.

Nuestras retinas son unos magníficos receptores de las radiaciones del espectro visible (0,4 a 0,8 micrómetros de longitud de onda) y la mayor cantidad de la energía que radia el Sol se encuentra en esa banda. Sin embargo, estas no son las únicas radiaciones que recibimos del espacio. No las vemos, pero podemos detectarlas con receptores especiales.

Las lentes gravitacionales concentran las radiaciones visibles, pero también las que están fuera de esta banda, incluyendo las de mayor frecuencia: los rayos gamma. Estas radiaciones de alta energía se generan en una amplia variedad de procesos en el Universo. Las “galaxias activas” y los “blazard” (que son un tipo especial de galaxia activa), así como las estrellas de neutrones y las supernovas producen importantes emisiones de rayos gamma.

Las galaxias activas son las que tienen un núcleo que produce la mayor parte de la radiación que emiten. En las galaxias ordinarias la energía que radian se genera en las estrellas y el polvo galáctico de la periferia. En el núcleo de las galaxias activas hay un agujero negro de altísima densidad que engulle la masa del sistema. En algunas de ellas salen del centro dos chorros de energía en direcciones diametralmente opuestas. Cuando uno de los chorros apunta hacia la Tierra, a esta galaxia activa se le llama “blazar”. Es posible que los “blazar” sean estados primitivos de las galaxias y por eso se encuentran a distancias muy remotas, de miles de millones de años luz.

Hay por tanto cuerpos celestes que nos envían sus señales en unas bandas de frecuencia muy altas, los rayos gamma, y para desentrañar sus misterios necesitamos captar y procesar esta señal. Además, las radiaciones de mayor frecuencia, como los rayos gamma, no pueden atravesar ni siquiera una delgada capa atmosférica por lo que su detección tiene que hacerse desde el espacio y aquí es en donde juega un papel importante el observatorio Fermi.

El observatorio Fermi cuenta con un telescopio espacial diseñado y construido para la detección de rayos gamma, a bordo de un satélite a 560 kilómetros de altura, y da una vuelta a la Tierra cada 95 minutos.

En el mes de septiembre de 2012, el observatorio Fermi detectó una fuente de emisión de rayos gamma, a unos 4,35 mil millones de años luz de la Tierra en la dirección de la constelación Triangulum. En esa dirección se sabía que hay una lente gravitacional. La fuente energética se clasificó con la designación B0218+357 y se catalogó como un “blazar” porque uno de sus chorros de luz apunta hacia nosotros.

Imagen captada por el telescopio espacial Hubble que muestra el blazar B218+357 visto a través de una lente gravitacional inducida por una galaxia espiral. Las señales de la doble imagen del blazar están separadas un tercio de arcosegundo. En la imagen también puede observarse la espiral que forman los brazos de la galaxia interpuesta que induce el efecto de lente gravitacional.
Image Credit: NASA/ESA and the Hubble Legacy Archive

Entre el “blazar” B0218+357 y la Tierra hay una galaxia espiral, muy similar a la nuestra, a unos 4 mil millones de años luz que hace las veces de lente gravitacional. Las fuerzas gravitatorias de la galaxia doblan la luz del “blazar” y a nosotros nos llegan dos imágenes, separadas una tercera parte de arcosegundo.

Pero, lo más curioso es que como la longitud de los dos trayectos que recorre la luz es distinta, en uno de ellos se ve lo mismo que en el otro, con un pequeño retraso. El retraso de los rayos gamma es mayor, del orden de un día, que el de las emisiones en las frecuencias de radio. Además, mientras que la segunda imagen de radio es mucho más débil que la primera, en el espectro de la radiación gamma, ambas imágenes tienen la misma intensidad. Las diferencias entre las señales, de radio y gamma, observadas a través de la lente gravitacional, sugieren a los astrónomos que las radiaciones se originan en lugares distintos, dentro del “blazar”.

Pero, la noticia importante, para la NASA, es que por primera vez se han analizado radiaciones gamma a través de una lente gravitacional. Si tenemos en cuenta que la mayor parte de la información que nos llega del espacio exterior, es, afortunadamente, en forma de radiación electromagnética, aprender a utilizar los “prismáticos” con los rayos gamma es un buen paso hacia delante.

Con estos progresos quizá algún día descubramos la lente gravitacional de Rudi Mandl, la que focaliza sobre la Tierra las emisiones de rayos ultravioleta o rayos X- de un poderoso astro- que alteran nuestros genes, o quizá no, que es lo más probable.

Mientras tanto, agradezcamos a la atmósfera su protección y cuidémosla.

Ene 6 2014

El vuelo de las aves

NOTA DEL AUTOR:

El libro del vuelo de las aves se encuentra disponible impreso y en edición electrónica, para localizarlo haga click en el siguiente enlace: libros de Francisco Escartí

Tapa_el_libro_del VueloAves

En la foto, esta gaviota lleva en el pico un trozo de comida que ha tomado del agua y está volando horizontalmente. Las alas se encuentran en el movimiento descendente y puede observarse perfectamente cómo las puntas se tuercen y descienden casi perpendicularmente hacia el agua, mientras que la parte del ala próxima al cuerpo se mantiene paralela a la superficie del mar. El ala no forma un plano sino que sufre una torsión. La fuerza aerodinámica resultante en las puntas tiene la dirección del vuelo, hacia adelante, mientras que la fuerza aerodinámica de sustentación en la parte central de las alas es hacia arriba. Así es como la gaviota consigue generar la fuerza de empuje para avanzar, venciendo la resistencia, y la de sustentación para compensar el peso.

Pero, esta no es la única forma de volar de la gaviota que cuando está en el aire pasa la mayor parte del tiempo con las alas extendidas, planeando o ganando altura gracias a corrientes ascendentes. Las gaviotas, como todas las aves que vuelan, han desarrollado sus habilidades para la navegación aérea a lo largo de millones de años.

Huesos, plumas y formas de volar

Las aves tienen un esqueleto de huesos fuertes y huecos. Los brazos sujetan las alas y, al igual que en el hombre, el húmero se une al cuerpo en la cintura escapular. A partir del codo, en el antebrazo hay dos huesos, el cúbito y el radio, luego en la mano el carpo y metacarpo están unidos y los dedos son muy cortos, simples puntas, salvo uno más alargado. El esternón está reforzado por una quilla, para soportar la tensión de los poderosos músculos pectorales. El cuello es largo y cuenta con un gran número de vértebras cervicales, al igual que las patas, también largas por lo general, lo cual facilita, estirando o encogiendo cuello y patas, el cambio de posición del centro de gravedad durante el vuelo para hacerlo coincidir con el centro de sustentación.

Las aves están recubiertas de plumas que son parte de la estructura epidérmica, hechas con una sustancia queratinosa, al igual que las escamas de los reptiles en las que tienen su origen. Algunos reptiles mesozoicos poseen escamas similares a las plumas de las aves que no vuelan, como es el caso de las avestruces africanas, por lo que se supone que el plumaje apareció en un principio para aislar la epidermis del animal y mantener el calor, no para volar.

La estructura de una pluma es bastante compleja: se inserta en la piel en la parte inferior de su eje llamado raquis, que está hueco, del que- a ambos lados- sale una superficie que se llama vexilo, formada por barbas perpendiculares al raquis de las que emergen, también perpendicularmente, las bárbulas y los ganchillos que se sujetan a otras bárbulas. No todas las plumas son iguales, las remeras y timoneras son las de las alas y de la cola, que se utilizan activamente en el vuelo y el resto son simplemente plumas de cobertura. Hay dos tipos de plumas remeras, las primarias que se insertan en las manos, en las puntas de las alas por tanto, y cuyo número suele variar de 9 a 12 en las aves que vuelan, y las secundarias que se insertan en el antebrazo, y cuyo número varía de 6 a 32. Las aves suelen cambiar el plumaje de cobertura dos veces al año y las plumas remeras y timoneras una vez al año.

Las aves vuelan para desplazarse de un punto a otro para buscar alimento, o refugio fuera del alcance de los depredadores, para anidar, y otras veces vuelan en busca de un mejor clima, lo que se conoce como migración. El vuelo les permite recorrer grandes distancias y salvar fácilmente obstáculos que para los animales terrestres pueden resultar infranqueables.

Podemos distinguir cinco formas de vuelo: el planeo, el paracaidismo, el remonte, el vuelo de aleteo y el vuelo en suspensión. Creo que el idioma inglés tiene más palabras que el castellano para diferenciar las diferentes formas de volar de las aves, así que para evitar confusiones yo llamo planeo a lo que en inglés se suele denominar como gliding y a veces también sailing, paracaidismo a lo que se conoce como parachuting, remonte al soaring o aspiration, y vuelo de aleteo al flapping.

Planeo

El planeo es un descenso ligeramente inclinado, con las alas extendidas y quietas, a velocidad constante. En estas condiciones la resultante de las fuerzas aerodinámicas tiene que ser igual al peso del animal. La fuerza aerodinámica tiene dos componentes, una perpendicular a la corriente del aire, que coincide con la trayectoria que sigue el ave, y que se llama sustentación (L) y otra en la dirección de la corriente de aire, que se opone al movimiento que llamamos resistencia (D). Es fácil ver que para que la sustentación (L) y la resistencia (D) compongan una fuerza vertical igual al peso del ave, la relación (L/D) tiene que ser igual a la cotangente del ángulo de planeo. Así pues, el ángulo de planeo depende de la relación entre la sustentación que generan las alas y la resistencia al avance que ofrecen esas alas y el cuerpo del ave. Las aves pueden ajustar sus alas y la configuración del cuerpo (extendiendo o recogiendo las patas) para planear con diferentes ángulos, siempre dentro de unos límites. Cuanto mayor sea esta relación, menor será el ángulo de planeo. El valor máximo que puede alcanzar (L/D), depende del tipo de ave y es del orden de 20 para los albatros, 10 para las cigüeñas y 4 para los gorriones. Esto quiere decir que un albatros necesita vencer 50 gramos fuerza de resistencia para generar 1 kilogramo de sustentación. Con el viento en calma absoluta, un albatros puede planear con ángulos muy pequeños, del orden de 3 grados, mientras que la cigüeña lo hará con 6 grados y el gorrión con 14 grados. Los buenos planeadores tienen alas de gran envergadura y alargadas.

Se llama relación de aspecto al cociente entre la distancia de punta a punta de las alas (envergadura) y su dimensión en el sentido longitudinal (cuerda). Cuanto mayor sea la relación de aspecto (AR), mejores serán las características aerodinámicas de las alas y la capacidad del ave para efectuar planeos con ángulos pequeños. Las alas del albatros tienen una relación de aspecto del orden de 15 y las de un gorrión, 3.

En cuanto a la velocidad de planeo, ésta vendrá determinada fundamentalmente por la relación entre el peso del ave y la superficie total de sus alas. Para el abadejo este valor es de 2,5 kgr/m2, mientras que para la paloma es de 3,0 kgr/m2, para la cigüeña de 7,0 kgr/m2 y para el cóndor 10,0 kgr/m2.

Paracaidismo

Cuando en un planeo la relación entre la sustentación (L) y la resistencia (D) es menor que la unidad, el ángulo de descenso es mayor de 45 grados. Los planeos con ángulos superiores a 45 grados se consideran normalmente como descensos del tipo paracaidista. Con alas cuya relación de aspecto es de 1 a 3 se puede obtener una gran sustentación, soportando ángulos de ataque muy altos sin entrar en pérdida. Además estas alas cuadradas son muy estables lo que favorece el efecto paracaídas. El paracaidismo es un tipo de vuelo que suelen practicar animales primitivos, como la ardilla voladora, y también algunas aves en determinadas fases del vuelo.

Remonte

En cuanto al remonte, se trata de un vuelo a nivel o en ascenso con las alas extendidas y quietas. Es una forma especial de planeo que únicamente puede darse cuando existe viento con una componente ascendente. Para ilustrar esta situación podemos considerar un ave que planea con una velocidad de descenso de 0,8 m/s. Si, volando en esas condiciones, se encuentra con una corriente ascendente de 0,8 m/s, se mantendrá a nivel. Lo que observaríamos es que el ave vuela en línea recta, avanza con las alas quietas, sin perder altura. Si la velocidad de la corriente ascendente se incrementa a 1,2 m/s, entonces el ave empezará a ascender.

Los buitres, albatros, águilas, cigüeñas, milanos, gaviotas, pelícanos y muchos halcones son auténticos maestros en el remonte. Las corrientes ascendentes térmicas, se deben al calentamiento del suelo provocando que el aire caliente ascienda, hasta unos 1500 metros con velocidades que alcanzan los 5 m/s. El chorro ascendente puede tener un diámetro de 1000 metros y cuando se enfría desciende a tierra por la superficie externa del cilindro ascendente de aire cálido. Para remontar, el pájaro tiene que hacerlo siguiendo círculos, sin salirse de la térmica, para no caer en la parte exterior donde se encuentra la corriente descendente de aire frío. Una vez que el ave se encuentra arriba, puede abandonar la térmica para iniciar un planeo normal. En el supuesto de que en el ascenso haya ganado 1500 metros, si en el planeo baja con un ángulo de 3,7 grados con una velocidad de descenso de 0,8 m/s, tardará en llegar al suelo unos 30 minutos y habrá recorrido alrededor de 20 kilómetros. Antes de llegar al suelo, el pájaro puede buscar otra térmica, ganar altura con ella y repetir otro descenso, planeando. Este método le permite al ave recorrer grandes distancias con un consumo mínimo de energía. Un pájaro especialmente dotado para el remonte de térmicas es el buitre africano cuya velocidad de planeo es del orden de 11 m/s, con un ángulo de descenso de unos 4 grados y una velocidad vertical inferior a 0,8 m/s, y aunque la relación entre sustentación y resistencia del buitre africano (15) es peor que la del albatros (20), es capaz de realizar giros con un radio de curvatura relativamente pequeño, lo cual le permite mantenerse en el interior de las térmicas más estrechas.

La orografía también genera corrientes ascendentes ya que el viento sigue las ondulaciones del terreno y las aves aprenden a utilizar estas corrientes ascendentes en beneficio propio.

El viento cera de la superficie del mar, debido al oleaje y el rozamiento con el agua, tiene una velocidad significativamente más pequeña que en las alturas. Por poner un ejemplo, con un viento duro de unos 15 m/s a unos 20 metros de altura, si bajamos a una altura de 1 metro sobre el mar, la velocidad se reduce a unos 10 m/s. Existe por tanto un gradiente de velocidad, aumentando ésta, en la medida que nos elevamos, hasta una cierta altura. Los pájaros pueden beneficiarse de este fenómeno, al menos teóricamente, lo cual se conoce como remonte dinámico. El albatros es un perfecto candidato para el ejercicio de esta clase de maniobras. Supongamos que un ave inicia un planeo descendente desde una altura de 100 o 200 metros a sotavento, es decir con el viento en cola, de forma que la velocidad con respecto a tierra es la que tenga con respecto al viento más la del viento. Cuando el pájaro llega cerca de la superficie del mar, después de su planeo descendente, gira y se pone cara al viento. Al ponerse cara al viento el pájaro se ve sometido a un incremento brusco e importante de la velocidad del flujo de aire que le proporcionará un incremento de sustentación y comenzará a ascender. En la medida en la que gane altura la energía cinética se consumirá, por el ascenso y por el rozamiento, pero como en la capa superior la velocidad del viento es mayor, debido al gradiente, hay un nuevo aporte de energía cinética que facilitará un nuevo ascenso y así sucesivamente, hasta que desaparezca el gradiente. El razonamiento es correcto, pero la realidad es que no se ha podido comprobar con exactitud el funcionamiento de este mecanismo en la práctica.

Lo que sí hacen los pájaros oceánicos, con toda seguridad, es aprovechar las corrientes ascendentes próximas a la superficie del mar, producidas por el viento al acomodar su trayectoria a los lomos de las olas. Arriba, cerca de las crestas, a barlovento, el viento puede tener una componente ascensional suficiente para que los pájaros vuelen sobre esa zona, remontando o ganando velocidad. Los albatros también saben aprovechar las fuertes ráfagas de viento que aparecen a sotavento de las crestas de las olas, justo dónde la corriente se desprende, creando debajo una zona de calma. Los albatros vuelan en la zona de calma adquiriendo velocidad para luego afrontar la ráfaga aprovechando el golpe de velocidad; ganan altura y planean hasta la zona de calma de la próxima ola, en donde repiten el proceso.

No todas las aves que vuelan son buenas planeadoras o remontadoras, aunque todas sean capaces de hacerlo.

Aleteo

El vuelo de aleteo consiste en desplazarse con velocidad moviendo las alas y este es un modo de vuelo que todas las aves voladoras practican.

Durante este vuelo, las puntas de las alas de las aves describen una compleja figura geométrica, que en muchos casos, como el de las palomas, tiene forma de ocho. Además, en las aves cabe distinguir perfectamente dos movimientos en las alas: el descendente y el ascendente. El movimiento ascendente suele ser más rápido, entre un 10% y el 100% (el doble), dependiendo del ave en cuestión.

La frecuencia con la que los animales que vuelan baten las alas también varía considerablemente, de los grandes pájaros que lo hacen 2/3 veces por segundo a las palomas 14/15 o hasta 600 veces por segundo en el caso de pequeños insectos como los mosquitos.

En el movimiento descendente del ala, es cuando se genera la mayor parte del empuje hacia delante, en las puntas de las alas. En este lugar el plano del ala desciende oblicuamente produciendo una fuerza aerodinámica que tiene una componente importante en el sentido de la marcha y genera la propulsión del ave. En el movimiento descendente del ala, las secciones próximas al cuerpo, reciben el viento con un pequeño ángulo y únicamente producen sustentación. El ala sufre una torsión durante el movimiento descendente, de forma que los planos de las puntas bajan para producir una fuerza hacia adelante y los que están cerca del cuerpo se mantienen horizontales para que la resultante aerodinámica allí sea vertical y hacia arriba. En el movimiento ascendente, que es más rápido, cuando la velocidad del vuelo es pequeña las aves tienden a girar los planos de las puntas para aumentar el ángulo de ataque y además los mueven hacia adelante. Con este movimiento tan complejo pueden generar algo de sustentación, aunque no producen empuje. Si la velocidad aumenta los perfiles de las puntas tienden a recibir el aire con un ángulo de ataque igual a cero, por lo que no producen prácticamente sustentación ni empuje. Durante el movimiento ascendente del ala, las secciones próximas al cuerpo siguen generando sustentación.

Suspensión

Finalmente hay otro tipo de vuelo, el vuelo en suspensión, que no todas las aves son capaces de efectuar ya que exige el consumo de una tremenda cantidad de energía. Mediante este tipo de vuelo, el ave se mantiene suspendida en el aire agitando sus alas. Uno de los problemas que plantea el estudio de esta forma de volar es el enrarecimiento del aire que rodea al pájaro que se ve afectado de forma importante por el movimiento de las alas. En general, los pájaros practican dos tipos de vuelo en suspensión: el vuelo normal en suspensión y el vuelo en suspensión de plano inclinado. El vuelo normal en suspensión lo ejecutan muchos insectos y muy pocos pájaros, como el colibrí. El ala se mueve horizontalmente hacia delante, gira 180 grados y se mueve hacia atrás, cambiando la curvatura de la cámara, para volver a girar 180 grados al inicio del siguiente movimiento adelante. Este vuelo requiere una articulación muy especial en el encastre del ala que le permita girar 180 grados y cambiar la curvatura al final de cada desplazamiento. La mayor parte de las aves y los murciélagos, realizan únicamente el vuelo en suspensión de plano inclinado que consiste en mover las alas, hacia delante y hacia abajo, siguiendo una trayectoria inclinada, haciendo que el plano incida sobre el aire con un ángulo de ataque relativamente grande y al final de este movimiento se recupera el ala con un movimiento hacia arriba y hacia atrás, girando el plano del ala para que en el movimiento ascendente el ángulo de ataque sea cero o muy pequeño.

Estabilidad y maniobra

Otros aspectos importantes del vuelo de los pájaros son la estabilidad y la maniobrabilidad. Se trata de dos conceptos distintos y, en cierta medida, contrapuestos. La estabilidad es la capacidad para mantener el vuelo reponiendo de forma automática cualquier variación sobre las condiciones del mismo. En un planeo, por ejemplo, una ráfaga de viento puede alterar momentáneamente el ángulo de ataque, y el vuelo será estable si de forma automática la variación se corrige e inestable si en vez de corregirse, la alteración se amplifica, provocando la pérdida de control. En este sentido, una cola larga, puede darle a un pájaro cierta estabilidad longitudinal, facilitando la corrección de cualquier modificación del ángulo de ataque. Las alas con un cierto diedro, contribuyen a la estabilidad lateral, porque si una perturbación hace que el pájaro gire ligeramente sobre su eje longitudinal, el ala que baja aumenta la superficie sustentadora útil y la que sube la disminuye, produciéndose una par de fuerzas que tienden a corregir el giro lateral. Contrariamente a la estabilidad, la maniobrabilidad es la capacidad para cambiar de forma precisa y rápida las condiciones de vuelo. Esto quiere decir que un pájaro muy estable presentará más resistencia al cambio de las condiciones de vuelo que otro que no lo sea tanto.

En realidad los conceptos de maniobrabilidad y estabilidad se aplican en mayor medida a los aeroplanos que a los pájaros, de los que se tiene escasa información acerca de estas propiedades. Para las aeronaves, la estabilidad es deseable en aviones comerciales y no tanto en aviones de combate. Lo que sí parece cierto es que los pájaros primitivos eran más estables que nuestros contemporáneos modernos, más evolucionados. Sin duda alguna, la capacidad de maniobra exige un sistema de control mucho más avanzado, capaz de reaccionar automáticamente con rapidez a los estímulos externos, lo cual únicamente puede conseguirse después de un largo proceso evolutivo. Los pájaros actuales tienen las colas mucho más cortas que sus antepasados y en muchos casos el papel principal de estos apéndices está más relacionado con la reproducción, al servir de señuelo atractivo, que con el vuelo.

Para efectuar giros, los pájaros no pueden servirse solamente de un timón como hacen los barcos. En un aeroplano, si pretendemos virar girando exclusivamente el timón vertical de dirección, el morro se mueve apuntando hacia un lado, pero el avión continúa prácticamente desplazándose en la misma dirección, lo que se denomina como resbalamiento, y el piloto se encuentra en la extraña posición de mirar hacia un punto cuando la nave vuela hacia otro distinto. En realidad, lo que ocurre con el aeroplano en estas condiciones, es que aumenta la resistencia de forma significativa, disminuyendo la velocidad y sustentación y el avión pierde altura. Algo completamente distinto a lo que sucede con un barco cuando el timonel maniobra con la caña, ya que la proa del barco apunta en la dirección hacia la que el barco se dirige, aunque también se produzca un cierto desplazamiento o resbalamiento lateral, pero muy pequeño. La razón principal estriba en la resistencia que ofrece el agua al movimiento lateral del barco, comparativamente mayor que la que ofrece el aire. Cuando un móvil gira, describiendo una circunferencia, se ve sometido a la fuerza centrípeta que se opone al giro, tratando de sacar al móvil de la trayectoria circular, que es necesario contrarrestar de algún modo. En el caso del barco, es la resistencia del agua la que se encarga de contrarrestarla y en el caso de los vehículos terrestres como los automóviles es la fuerza de rozamiento del suelo sobre las ruedas, auxiliado, a veces, por la fuerza de gravedad si la curva está peraltada. En el caso de una motocicleta, es el conductor, el que se inclina, para contrarrestar con la fuerza de la gravedad, la fuerza centrífuga. De forma análoga, los aviones tienen que girar alrededor de su eje longitudinal, alabearse, para que la fuerza de sustentación, al inclinarse, suministre una componente horizontal capaz de compensar la fuerza centrípeta y evitar así el resbalamiento. Los pájaros hacen exactamente lo mismo, para virar tienen que girar el plano de las alas. Cuando las aves planean, el sistema que utilizan para girar el plano de las alas a fin de iniciar el giro, consiste en variar el ángulo de ataque de forma asimétrica en las alas, aumentándolo en una de ellas y reduciéndolo en la otra. De esta forma, en el ala exterior, la sustentación se incrementa, elevándose, y en la interior disminuye, bajando. Cuando el ave alcanza el ángulo de alabeo necesario para efectuar adecuadamente el giro, igualan el ángulo de ataque en ambas alas y continúan su planeo, ahora con el plano de las alas formando un ángulo con el horizonte, de forma estabilizada. Finalizado el giro, recuperan la posición horizontal del plano de las alas realizando un movimiento análogo, pero ahora incrementando el ángulo de ataque del ala interior y disminuyendo el de la exterior, lo cual inicia el alabeo en sentido contrario, hasta alcanzar el plano horizontal, momento en el que igualan los ángulos de ataque de ambas alas. Así pues, el mecanismo principal de las aves, para efectuar giros, cuando planean, consiste en variar el ángulo de ataque de las alas de forma asimétrica. De esta forma, con pequeños e imperceptibles movimientos de rotación en las alas pueden conseguir giros rápidos y efectivos. Sin embargo, cuando las aves se encuentran en vuelo de aleteo, el sistema por el que efectúan los giros es diferente. Normalmente, las aves aumentan la amplitud del movimiento en el ala exterior lo cual genera mayor sustentación en esta ala haciendo que el ave gire sobre su eje longitudinal hasta conseguir el ángulo de alabeo necesario. Al aumentar la amplitud del aleteo también se consigue mayor empuje, lo que facilita el giro. Aunque este sea el mecanismo más generalizado de giro para las aves en vuelo de aleteo, no es el único y en algunos casos, disminuyen la amplitud también en el ala interior o la encogen a fin de presentar menor superficie y disminuir la sustentación. En el caso de algunos insectos, como las libélulas, incluso en vuelo de aleteo, el mecanismo de giro no es siempre el mismo, a veces varían el ángulo de ataque de las alas, otras incrementan la amplitud del ala exterior y disminuyen la del ala interior y otras veces hacen las dos cosas a la vez. Los mecanismos más complejos y menos estudiados de giro de los pájaros, son los que se producen cuando vuelan en suspensión. En este caso, el giro, es una guiñada simple y lo tienen que efectuar actuando sobre el empuje en las alas y no sobre la sustentación.

Los pájaros, para efectuar movimientos de ascenso aumentan la amplitud de aleteo en ambas alas y el ángulo de ataque a fin de conseguir una mayor fuerza de sustentación. El centro de gravedad de los pájaros debe pasar forzosamente por el centro de sustentación, por lo que el sistema de control del pájaro, en vuelo, tiene que estar llevando a cabo ajustes permanentemente. Una forma de aumentar el ángulo de ataque, es desplazar el centro de gravedad, normalmente hacia atrás, para lo que los pájaros pueden ajustar la posición del cuello, de las patas o del abdomen. El desplazamiento del centro de gravedad a uno u otro lado también lo utilizan en algunas ocasiones para iniciar los giros. Análogamente para descender, basta con que disminuyan la sustentación, reduciendo la amplitud del aleteo o el ángulo de ataque de las alas.

Cuando los pájaros quieren efectuar un descenso muy rápido a fin de zambullirse en el agua para atrapar un pez, como es el caso de las gaviotas, o para dar caza a una presa, simplemente pliegan las alas y se dejan caer en picado, ofreciendo la menor resistencia posible. Cuando un cuerpo cae libremente en el espacio, su velocidad se incrementa debido a la fuerza de la gravedad. Durante la caída, en la medida en que aumenta la velocidad, también lo hace la fuerza de resistencia aerodinámica, proporcional al cuadrado de la velocidad. Esta fuerza, al principio es muy pequeña, pero cuando la velocidad es suficientemente elevada llega a alcanzar un valor igual al de la fuerza gravitatoria. A partir de este momento, el cuerpo ya no se acelera y la velocidad permanece constante. Todos los cuerpos tienen una velocidad máxima de caída libre, que se conoce como velocidad límite y que depende fundamentalmente de las características aerodinámicas del cuerpo. Los halcones peregrinos, cuya técnica de caza consiste en lanzarse contra su presa, con la mayor velocidad posible, a fin de quebrarles con las patas el cuello o la espina dorsal gracias al terrible impacto, han desarrollado un curioso método para conseguir alcanzar lo antes posible la velocidad límite, e incluso superarla. El sistema consiste en darse la vuelta y descender con las alas al revés, generando empuje hacia abajo. En estas maniobras, el halcón peregrino puede superar los 300 kilómetros por hora.

Despegue y aterrizaje

Las aves que vuelan tienen la necesidad de despegar y aterrizar. No todas las aves pueden despegar desde el suelo, sin viento. El método preferido por estas aves es lanzarse desde la rama de un árbol, una roca o cualquier otro lugar elevado, para ganar cierta velocidad, aprovechando la caída libre, e iniciar el vuelo de aleteo. Si están en tierra, tratan de despegar después de una pequeña carrera, dando unas cuantas zancadas hacia la dirección desde donde sopla el viento. No importa si el peor enemigo de una cigüeña se encuentra a barlovento, porque la cigüeña no intentará jamás despegar hacia sotavento y preferirá pasar por encima de la cabeza de un depredador antes que intentar ganar altura corriendo en la dirección del viento. El despegue exige una gran potencia muscular y es un ejercicio agotador que no todos los pájaros pueden efectuar en cualquier circunstancia. Sin embargo, el despegue es sencillo de aprender, con independencia de las dificultades de orden físico que plantea. El aterrizaje requiere cierto entrenamiento porque el pájaro tiene que frenar su impulso, utilizando sus alas, e iniciar un vuelo en suspensión para luego depositarse suavemente en el suelo. En animales con poca inercia, es decir con muy poca masa, como los insectos, a veces el aterrizaje lo efectúan impactando directamente contra la superficie. Este es el caso de las moscas que se estampan contra las paredes con las patas extendidas para amortiguar el golpe. Algunos escarabajos también aterrizan aferrándose con sus patas a las plantas. Para las aves, en general, el aterrizaje exige un entrenamiento adecuado que no es sencillo.

En términos muy generales el estilo de vuelo de un ave depende de su nivel evolutivo. En 1952, John Maynard Smith formuló la teoría de que las aves han perfeccionado su forma de volar a lo largo de millones de años. Es asombroso constatar cómo su pequeño cerebro es capaz de controlar un ejercicio tan complejo. Las aves muy evolucionadas tienen configuraciones poco estables y adaptan las alas y el cuerpo en todo momento a las necesidades del tipo de vuelo que practican.

Algo muy diferente al modo en que operan nuestras aeronaves, cuyas formas apenas cambian durante el vuelo.

La potencia necesaria para el vuelo de las aves

Ene 1 2014

El año 2013 visto desde el cielo

Hoy, me he tomado la libertad de mirar al espacio y reflexionar sobre lo que hemos aprendido del Universo a lo largo del pasado año 2013 y la utilidad de esas enseñanzas de cara a nuestro futuro.

Hace un año no conocíamos con tanto detalle cómo era el Universo poco después de nacer, tampoco teníamos demasiada información sobre los neutrinos procedentes de otras galaxias, no estábamos seguros de que el Voyager I fuera a abandonar el Sistema Solar, y nuestra información sobre el subsuelo, la atmósfera de Marte y las posibilidades de encontrar agua en la Luna era bastante escasa. Supongo que son asuntos que afectan poco a la vida cotidiana de las personas y quizá, por eso, no susciten el interés de las masas. No dudo de que hay cosas mucho más importantes. Pero, tampoco dudo de que a medio y largo plazo estos otros asuntos, hoy menos importantes, determinarán nuestra forma de vivir.

Muchos opinan que la gran aportación de los astrónomos al conocimiento, durante el año 2013, es la imagen que publicó la NASA el pasado 11 de febrero que muestra cómo era el Universo cuando acababa de nacer. La agencia consideró este trabajo “como uno de los resultados científicos más importantes de los años recientes”. El doctor Charles L Bebbett del Goddard Space Flight Center dijo que, después de observar el espacio durante doce meses, disponemos de información que describe con detalle el Universo cuando se acababa de formar. “Los datos son sólidos, una mina de oro real.” El Universo se creó hace 13,7 “billones” (miles de millones) de años, fecha que podría tener un error de un 1%, y las primeras estrellas empezaron a brillar 200 millones de años después del Big Bang, la gran explosión que originó nuestro mundo. De las observaciones realizadas, los científicos han deducido que el Universo está formado por un 4% de materia, principalmente hidrógeno, un 23% de materia oscura y un 73% de energía oscura y misteriosa que produce un efecto anti gravitatorio. Las imágenes observadas se corresponden con la radiación cósmica del año 380000 después del Big Bang, que ha viajado por tanto durante más de 13 billones de años para llegar hasta nosotros.

Yo no puedo describir con claridad qué es la materia enrarecida o la energía oscura, pero lo que tenemos que saber es que no cabe explicar el funcionamiento de nuestro Universo si suponemos que únicamente está hecho con la materia que nos es familiar y todos conocemos. Existen otras fuerzas que conforme las entendamos abrirán posibilidades de desarrollo para nuestra civilización, hoy impensables.

Siempre hemos progresado mirando hacia las estrellas. Algunos sabios griegos pasaron noches enteras observando cómo se movían y comprobaron que casi todas giraban, cada 24 horas, en torno a otra estrella, la Polar. Sin embargo, los estudiosos también encontraron algunos objetos celestiales que no seguían este ley y su movimiento era distinto, son los planetas del Sol. Los hombres de ciencia, con el tiempo aprenderían a predecir sus posiciones y las leyes que gobernaban su movimiento. Fue Newton quién dijo que dicho movimiento podía explicarse con la ley de la gravedad. Y a partir de ahí se desarrollaría toda la física newtoniana. Todo por mirar el cielo.

En el siglo XX los astrónomos, que hasta entonces observaban el Universo con sus telescopios capaces de agrandar las imágenes, se dieron cuenta de que del espacio recibíamos también señales que no pueden verse, radiaciones electromagnéticas que no están en el espectro visible. Estas señales se pueden captar con antenas y receptores. Así es como nació la Radioastronomía. Gracias a la nueva ciencia el conocimiento que tenemos del Universo se agrandó a pasos agigantados durante los últimos cien años.
Pero, desde hace poco sabemos que hay partículas que no tienen carga eléctrica y su masa es extraordinariamente pequeña, inferior a la de los electrones, que se llaman neutrinos. Y los neutrinos que nos llegan a la Tierra desde el espacio, abren un campo completamente nuevo para investigar qué ocurre en los lugares más remotos del Universo. Este año, los investigadores han logrado poner en marcha el primer laboratorio para cazar neutrinos extraterrestres.

A miles de metros debajo del hielo del Polo Sur, en la estación IceCube, los científicos han descubierto una nueva versión de Epi y Blas. Así han bautizado a dos neutrinos extraterrestres, altamente energéticos. IceCube es un laboratorio para detectar neutrinos y cuenta con 86 hebras de fibra óptica con 60 detectores esféricos, cada una, como perlas de un collar, suspendidas de la fibra a profundidades que van de 1450 a los 2450 metros. Los 5160 detectores están desplegados en un volumen, bajo el hielo, de un kilómetro cúbico. Cuando un neutrino choca con un átomo de materia en el IceCube se generan partículas secundarias con carga eléctrica, como los muones, que iluminan el hielo con un chispazo de luz. La red de sensores esféricos de IceCube puede determinar las características del neutrino a partir de los haces de partículas secundarias. Algunos muones generados en la atmósfera pueden penetrar en el IceCub y activar los sensores, pero los sistemas de detección eliminan estos intrusos porque el proceso se inicia en la zona del cubo próxima a la superficie del hielo. Los procesos que se desencadenan en el fondo del cubo los originan neutrinos procedentes del lecho rocoso de la Tierra y vienen de la bóveda celeste en el Hemisferio Norte.

El Sol emite neutrinos de baja energía, unos 10 MeV, al igual que la atmósfera.

Los neutrinos procedentes del Hemisferio Norte entran en IceCube por la parte del fondo, desde el lecho rocoso y desde que empezó a funcionar el laboratorio ha capturado 28 muy especiales, debido a su altísima energía. Dos de ellos, detectados en abril de este año, recibieron el nombre de los populares héroes de Sesame Street, Epi y Blas. Los científicos creen que estas partículas proceden del espacio exterior, más allá de nuestro Sistema Solar y son unos de los primeros neutrinos alienígenas capturados por el hombre.

Muchos creen que el el estudio de estas partículas que nos llegan del espacio, al igual que ocurrió hace cerca de cien años con la Radioastronomía, abre una nueva vía para descifrar los enigmas del Universo y los resultados que vamos a conseguir nos sorprenderán en muy poco tiempo.

Este año pasado en el que uno objeto humano lanzado al espacio en 1977, el Voyager I, parece ser que ha abandonado el Sistema Solar en su viaje hacia la lejanísima estrella Barnard, creo que hay que celebrarlo, muy especialmente, por enseñarnos un mapa de la infancia de nuestro Universo y permitirnos estrenar el laboratorio austral para cazar neutrinos.

También hay que señalar que 2013 nos ha recordado que sobre la Tierra se ciernen algunas amenazas de las que, si actuamos con antelación, nos podríamos librar.

El 15 de febrero explotó cerca de la ciudad de Chelyabinsk, en Rusia, un meteoro después de liberar en la atmósfera una energía del orden de unos 500 kilotones de TNT. Se estima que su tamaño inicial era de unos 20 metros de diámetro; el más grande que se conoce, desde el asteroide que cayó en Siberia en 1908. No hubo ningún muerto, aunque la onda de choque causó 1500 heridos, sobre todo debido a la rotura de cristales.

Pero la gran sorpresa fue que el meteoro llegó sin que nadie lo esperase. El incidente puso de relieve la necesidad de disponer de un programa para la detección prematura de estos objetos, así como iniciar proyectos para desviarlos de su trayectoria en caso de que supongan un peligro real para la Tierra. La NASA ya tiene en marcha iniciativas que apuntan en esa dirección. Incluso, algunos de sus programas espaciales, como la captura de un asteroide y la puesta en órbita lunar del “prisionero”, sugieren que la misión última de la “luna” de la Luna, sería enviarla contra un asteroide para salvar a la Tierra.

En octubre de este año, Naciones Unidas, creó el International Asteroid Warning Group, para establecer protocolos que permitan intercambiar información sobre asteroides próximos entre las naciones miembros. Esta iniciativa y los programas que ya están en marcha pueden sacarnos a todos, en algún momento, de lo que sería de otro modo el último de nuestros apuros.

Son algunas reflexiones, desde el espacio, sobre un 2013 que se fue para siempre, o al menos hasta que la ciencia nos explique cómo volver si es que se puede.