funcionarán en los próximos portaviones

El plan de EEUU para la guerra naval del futuro: cañones electromagnéticos

Cañones capaces de lanzar un proyectil hasta 200 kilómetros de distancia a más de 7 veces la velocidad del sonido. Es la tecnología electromagnética que utilizarán los portaaviones del futuro

Foto: Prueba de cañón electromagnético realizada en 2008 por la marina de EEUU. (Foto: Wikimedia Commons)
Prueba de cañón electromagnético realizada en 2008 por la marina de EEUU. (Foto: Wikimedia Commons)

En la guerra naval el factor clave siempre ha sido la distancia: el mar es el único teatro bélico en el que casi siempre es posible rehusar el combate y refugiarse en la inmensidad, y si hay lucha la distancia entre los oponentes es esencial. La velocidad y maniobrabilidad de los trirremes griegos y la capacidad de abordaje de los navíos desde Roma a la Armada Española del siglo XVI definieron el combate en el mar durante milenios.

Posteriormente las armas de fuego, y sobre todo los cañones, impusieron la lucha a cada vez mayores distancias (decenas de kilómetros en los acorazados de las dos guerras mundiales) hasta que en la primera mitad del siglo XX el portaviones amplió hasta los centenares de kilómetros el espacio entre las flotas combatientes, que ya no se llegaban a ver. El misil, de crucero, hipersónico o balístico, ha alcanzado su mayor grado de desarrollo a principios del XXI. Pero el futuro de la guerra en el mar es eléctrico. En estos momentos hay una carrera por el desarrollo de tecnologías de impulso electromagnético que cambiarán desde el diseño de los buques de guerra al modo de enfrentarse entre sí.

Las dos principales tecnologías en juego son el Cañón de Riel (o 'railgun', en inglés) y la Catapulta Electromagnética. Su diseño y uso son diferentes, pero tienen dos cosas en común: necesitan enormes cantidades de electricidad para funcionar y pueden revolucionar la artillería naval y los portaviones del futuro.

La botadura del crucero eléctrico

El flamante y por ahora único miembro de su clase, el USS Zumwalt, acaba de hacer su presentación en sociedad con un vídeo de sus pruebas de mar publicado por la armada estadounidense. Con su aspecto galáctico, su prolongado desarrollo y su elevado coste, el nuevo barco (clasificado como destructor, aunque por dimensiones y función sería más bien un crucero ligero) ha llamado mucho la atención. Sin embargo hay un detalle interesante: la artillería del nuevo navío está compuesta por baterías de misiles y dos cañones de alta tecnología del tipo AGS (Advanced Gun System).

El nuevo destructor de EEUU, USS Zumwalt. (Foto: US Navy)
El nuevo destructor de EEUU, USS Zumwalt. (Foto: US Navy)

Los AGS tienen un calibre de 155 mm, como buena parte de la artillería de campo estadounidense, pero son muy diferentes: no pueden usar la misma munición, son completamente automáticos en su funcionamiento y están diseñados de tal modo que pueden lanzar un volumen de fuego equivalente al de una batería completa de seis obuses de campaña del mismo calibre. Son capaces de disparar proyectiles de larga distancia (LRLAP) a más de 100 kilómetros de distancia, y su misión es proporcionar apoyo artillero a fuerzas de tierra mucho más alejadas de la costa de lo que era posible hasta ahora.

Pero el AGS no iba a ser, originalmente, el arma principal de la clase Zumwalt, que se diseñó para ir equipada con cañones que iban a ser eléctricos a diferencia de los convencionales, propulsados por explosivos. Estos barcos están diseñados para instalar en ellos cañones de riel, pero el desarrollo de esta tecnología se ha retrasado y los costes han aumentado tanto que fueron reemplazados por los AGS, por el momento.

Un cañón de riel es una variante de motor eléctrico de tipo homopolar, en el que se aplica electricidad a dos raíles paralelos. El proyectil a lanzar se coloca entre los raíles y cierra el circuito transformándolo en un electroimán que impulsa al proyectil. Con suficiente carga eléctrica se pueden alcanzar aceleraciones de más de 50.000 Gs y velocidades de salida de 4 a 8 kilómetros por segundo.

Los cañones de riel permiten enviar un proyectil hasta casi 200 kilómetros de distancia a más de 7 veces la velocidad del sonido

Esto supone que es posible enviar un proyectil hasta casi 200 kilómetros de distancia a más de 7 veces la velocidad del sonido. Es decir, llega al blanco entregando sólo con energía cinética el equivalente de un proyectil explosivo mucho más grande. Como comparación, un fusil M-16 tiene una velocidad de salida de 930 m/sg y los cañones de los acorazados clase Iowa de los años 40 disparan sus (enormes y explosivos) proyectiles a poco más de 750 m/sg.

Semejante ‘bala’ sería casi imposible de interceptar y podría destruir o dejar fuera de combate con un solo impacto un barco de guerra moderno, mucho menos resistente que sus antepasados de la Segunda Guerra Mundial. Al no necesitar explosivos ni para propulsión ni para destruir al enemigo el buque puede almacenar mucha más munición y tiene capacidad de generar gran volumen de disparo, además de ser más seguro.

La munición sería barata, y el precio por impacto muy reducido; la electricidad puede ser generada sobre la marcha y no se agota. Tanto en misión antibuque como antiaérea, de defensa de punto antimisil o de apoyo artillero un cañón de riel sería un arma devastadora, como aprovecha con gran efecto la reciente novela ‘Ghost Fleet’. China, el enemigo en este libro, también tiene su propio programa de investigación en cañones de riel, y la extinta Yugoslavia tuvo su propio y avanzado programa de investigación antes de su desintegración. 

Los problemas de la guerra eléctrica

Pero ningún país ha desplegado un arma similar, ni siquiera los EEUU en su especialmente diseñada clase Zumwalt. Esto se debe a que los problemas son numerosos, y aún distan de resolverse. Para empezar hace falta una enorme capacidad de generación eléctrica, de la que la mayoría de buques de combate carecen.

Los Zumwalt están diseñados para generar hasta 78 megavatios de potencia, el equivalente a un parque eólico mediano o una central solar de calor concentrado. Se calcula que hacen falta al menos 25 Mw para disparar un proyectil de 10 kilos a 200 kilómetros de distancia, y la mayoría de los barcos de tipo destructor de la marina EE UU apenas podrían generar 4 o 5 Mw. Además, hacen falta sistemas de almacenamiento de energía capaces de recoger y liberar esa potencia en el momento justo.

Uno de los sistemas de cañón electromagnético probado por BAE Systems.
Uno de los sistemas de cañón electromagnético probado por BAE Systems.

Los materiales y el calor son los puntos más débiles: el impulso electromagnético genera enormes fuerzas que tienden a separar los rieles, que además deben ser conductores, y la electricidad y el rozamiento generan enorme calor. El cañón debe ser capaz de resistir estas fuerzas sin erosión de los raíles, que sería necesario reemplazar, o del proyectil, que perdería precisión. En los primeros prototipos los raíles sólo duraban unos pocos disparos, y su durabilidad es un problema clave para un arma desplegable; para que un arma sea práctica deben durar centenares o miles de disparos.

El calor no sólo complica el problema al dilatar los componentes, sino que podría facilitar al enemigo la detección del buque. Además, el almacenamiento y liberación cuidadosamente programada de esas enormes cantidades de electricidad está lejos de ser un problema resuelto. A medio plazo sería necesario desarrollar municiones con capacidad de detección autónoma de blancos para poder aprovechar las capacidades de disparo a larga distancia. Existen prototipos de armas que han hecho demostraciones de disparo, y está previsto que algunos de ellos puedan ser desplegados experimentalmente a partir de 2016. Pero de momento los Zumwalts llevarán dos ASGs, lo cual nos dice todo lo que necesitamos saber: los cañones de riel no están aún a punto.

Los Gerald R. Ford abandonan el vapor

La otra aplicación importante del electromagnetismo en la guerra naval son las catapultas electromagnéticas para portaviones o EMALS, por sus siglas en inglés, que entrarán en servicio con los nuevos superportaviones de la clase Gerald R. Ford, el primero de los cuales está a punto de iniciar sus pruebas de mar.

Uno de los superportaviones de la clase Gerald R. Ford. (Foto: Wikimedia Commons)
Uno de los superportaviones de la clase Gerald R. Ford. (Foto: Wikimedia Commons)

Los Gerald R. Ford tienen una serie de mejoras sobre sus antecesores de la clase Nimitz, como un radar de nueva generación, una torre rediseñada para evitar turbulencias, sistemas automáticos para reducir la dotación en centenares de tripulantes y nuevos reactores nucleares que le permiten generar 2,5 veces la potencia eléctrica de la clase anterior. Y, por supuesto, una buena parte de ese aumento de energía lo consumirán sus nuevas catapultas electromagnéticas.

Las EMALS consisten en un motor lineal de inducción que es capaz de acelerar en el corto tramo de pista disponible a un avión de combate hasta la velocidad de despegue. Reemplazan a las catapultas de vapor que fueron diseñadas e incorporadas a los portaviones (primero los británicos, luego el resto) a partir de los años 50 para ayudar al despegue de los aviones a reacción de postguerra, más pesados que sus antecesores de hélice de la Segunda Guerra Mundial. Todos los grandes portaviones estadounidenses y otros de sus aliados han usado y siguen empleando este sistema para hacer despegar sus aviones, lo que permite usar aparatos más ligeros con mayor capacidad de combustible y ataque. La catapulta de vapor es un pistón que avanza bajo la pista de despegue impulsado por vapor de agua a alta presión generado por la maquinaria del buque, y resultan muy efectivas y son (tras décadas de mejoras y experiencia), seguras y fiables.

Pero las catapultas de vapor tienen sus inconvenientes. El mecanismo ocupa mucho sitio bajo la cubierta e incluye vapor a alta presión, siempre peligroso y proclive a accidentes. Además el mecanismo de vapor tiene mínimos de peso por debajo de los cuales no pude operar eficientemente, lo que dificulta su uso con aviones no tripulados (drones). Para colmo la entrega de potencia en el sistema de vapor es bastante brusca, lo que somete a los aviones a fuertes tensiones y obliga a reforzar su estructura aumentando el peso y el precio y reduciendo su vida útil y su carga de combate.

Las catapultas electromagnéticas ocupan mucho menos, no tienen los peligros del vapor a alta presión y pueden regularse finamente para lanzar aparatos muy ligeros y para que su impulso se distribuya a lo largo del recorrido cargando menos la estructura de los aviones que despegan. También necesita menos mantenimiento y personal, lo que abarata su uso a lo largo de la vida útil de estos barcos (de más de 50 años)., y puede recargarse con mayor velocidad, aumentando la tasa de despegues. El sistema EMALS es más eficiente energéticamente que las catapultas de vapor y en teoría puede entregar hasta un 29% más de energía, lo que permite que despeguen aviones más cargados de armas o combustible.

Reino Unido e India están interesados en esta tecnología. Y los portaaviones de China dispondrán también de catapultas electromagnéticas

No todo son ventajas: para funcionar el sistema necesita una enorme cantidad de energía, más de la que pueden generar los reactores de la clase Nimitz, lo que impedirá que se les pueda instalar en futuras modernizaciones. La entrega de energía puntual supera la potencia disponible, por lo que es necesario un sistema de acumuladores intermedio cuya operación es compleja. Y aunque se han efectuado pruebas del sistema, tanto en tierra como en el primer Gerald R. Ford, éste ha tenido dificultades para hacer funcionar sus EMALS a plena potencia. Aunque quizá no sea tan extraño, tratándose de un sistema novedoso instalado en un buque rediseñado que es el primero de su clase.

Como expresión de lo interesante que resulta el sistema, los británicos estuvieron estudiando instalarlo en sus nuevos portaviones clase Queen Elisabeth, aunque finalmente lo descartaron por cuestiones de coste. La India está interesada en adquirir el sistema estadounidense para su futura clase Vishal, y China ha anunciado que sus propios portaviones de construcción nacional dispondrán de catapultas electromagnéticas. De lo que no cabe duda es de que el futuro del combate naval pasa por la electricidad, y eso sin contar con las futuras armas láser.

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