Los retos de la era hipersónica en las operaciones militares son inmensos. Pero también lo son las capacidades de los innovadores que trabajan juntos para resolverlos.
Este fue el mensaje de Wes Kremer, presidente de Raytheon Missiles & Defense, una empresa de Raytheon Technologies, cuando habló a los inversores sobre cómo los equipos están trabajando en toda la empresa para resolver los innumerables problemas científicos y de ingeniería que conlleva el desarrollo y la defensa contra los hipersónicos, generalmente definidos como armas que vuelan a velocidades de Mach 5 o superiores.
«Tenemos que ir más rápido. También tenemos que ir más lejos. Tenemos que ser capaces de detectar amenazas a mayor distancia. Tenemos que ser capaces de apuntar a distancias más largas. Tenemos que ser capaces de cerrar cadenas de muerte a distancias más largas», dijo Kremer, usando el término militar para el proceso de derrotar a un objetivo. «Tenemos que ser capaces de hacerlo en varios ámbitos. La forma de trabajar en todos los ámbitos y de resolver este tipo de problemas es una de las verdaderas sinergias que tenemos en este negocio.»
Estas son algunas de las formas en que los colegas de Raytheon Technologies, con su profunda experiencia en áreas que incluyen la gestión del calor, la propulsión, el desarrollo de misiles y la detección basada en la superficie y el espacio, están combinando enfoques novedosos de resolución de problemas con décadas de conocimiento institucional en la era de las operaciones militares hipersónicas.
Gestión del calor
Las armas hipersónicas, por definición, tienen que ver con la velocidad. Vuelan a un mínimo de 3.800 mph, y ahí es donde empiezan los retos de ingeniería.
El más importante es el calor causado por la fricción cuando el aire pasa por encima del vehículo en movimiento. Muchos materiales no pueden sobrevivir a ese tipo de estrés térmico. Los materiales más resistentes al calor suelen ser pesados, muy caros o ambas cosas. Su uso resuelve un problema, pero crea otros: Un fuselaje más pesado necesita más propulsión para alcanzar la velocidad, lo que requiere un motor más potente y más combustible, lo que añade peso y aumenta el coste.
Los expertos de Raytheon Technologies llevan años trabajando para superar esos problemas de calor, y hoy aplican esos conocimientos a la hipersónica. Por ejemplo, Raytheon Missiles & Defense está colaborando con Collins Aerospace, otra empresa de Raytheon Technologies, para explorar el uso de materiales avanzados, como los que protegen los revestimientos de los motores, los conjuntos de frenos y otras partes de un avión de las altas temperaturas, para ayudar a resolver los problemas de gestión del calor que conlleva el vuelo hipersónico.
Collins ha estado trabajando con Raytheon Missiles & Defense en soluciones hipersónicas desde que ambas empresas se hermanaron bajo Raytheon Technologies. Ahora, la colaboración no sólo es más fácil, sino que es un imperativo dentro de la estrategia de la empresa de usar las tecnologías y los conocimientos de un negocio en beneficio de otro.
Propulsión
Luego, por supuesto, en primer lugar está la cuestión de hacer que el fuselaje vaya tan rápido. El Departamento de Defensa de EE.UU. ha declarado que no sólo quiere aviones hipersónicos de planeo (que son impulsados por cohetes hasta el borde superior de la atmósfera), sino también hipersónicos de chorro de aire (que se sirven) de la velocidad del aire que los rodea para obtener oxígeno para la propulsión.
Raytheon Technologies está trabajando para reforzar su capacidad de ataque hipersónico. En junio de 2021, la empresa recibió un contrato de 33 millones de dólares de las Fuerzas Aéreas de EE.UU. para desarrollar un misil de crucero convencional hipersónico impulsado por un cohete sólido que puede lanzarse desde aviones de combate o bombarderos existentes. Esta iniciativa forma parte de la fase inicial del Southern Cross Integrated Flight Research Experiment, o SCIFiRE, un programa de cooperación con Australia para desarrollar capacidades hipersónicas.
La empresa también está trabajando en un sistema ofensivo denominado Hypersonic Air-Breathing Weapon Concept, o HAWC, en virtud de un acuerdo de colaboración para 2019 entre la antigua Raytheon Company y Northrop Grumman. Están integrando los combustores scramjet de Northrop Grumman en las armas hipersónicas de respiración aérea de Raytheon Technologies.
Derrotar a la amenaza
Parte de la dificultad para defenderse de las armas hipersónicas es que, además de su velocidad y alcance, son extraordinariamente maniobrables. Un enfoque para contrarrestar esa combinación es construir defensas en capas, con una variedad de sensores en tierra, mar, aire y espacio para detectar y rastrear objetivos, y efectores como armas cinéticas y no cinéticas para neutralizar la amenaza.
La primera oportunidad para derrotar un ataque con misiles hipersónicos es antes de que se produzca, una idea conocida en términos militares como » left of launch». Parte del enfoque de Raytheon Technologies en ese ámbito es el uso de la guerra electrónica y la energía dirigida, como las microondas de alta potencia que pueden interferir y desactivar los sistemas ofensivos.
Ver una amenaza es la clave para derrotarla, dijo Erin Kocourek, directora senior de requisitos y capacidades hipersónicas en Raytheon Missiles & Defense.
«Sencillamente, no tenemos suficientes barcos e islas para poner suficientes radares de superficie para rastrear todo», dijo Kocourek. «Los vehículos hipersónicos maniobrables pueden volar alrededor del cerco de búsqueda de nuestros radares actuales».
En consecuencia, la empresa está actualizando sus radares de superficie con tecnología de nitruro de galio para mejorar el alcance y aumentar la detección y discriminación para una detección de 360 grados.
«También estamos aprovechando las lecciones aprendidas de nuestros trabajos de desarrollo de capacidades ofensivas para desarrollar nuestros sistemas defensivos», dijo Kocourek. «Hay muchos puntos en común, como la velocidad, los materiales y el tiempo que se tarda en alcanzar el objetivo; sin embargo, se trata de dos áreas de misión distintas. Ante todo, ambas capacidades son muy importantes para proyectar una fuerte postura de disuasión.»
Las capacidades que se están desarrollando complementarán los ya robustos sistemas de armas que ofrece Raytheon Technologies.
Además de mejorar los radares con tecnología avanzada para detectar mejor los hipersónicos, la empresa está explorando la posibilidad de fusión de sensores, o de conectar en red los sensores de todos los dominios a través del mando y el control para ofrecer una imagen mejorada de la amenaza. Esto incluye los sensores en tierra hasta el espacio.
Detección desde el espacio
Las constelaciones de pequeños satélites pueden construirse a partir de satélites como la nave espacial de alto rendimiento comercial X-SAT Saturn ESPA-grande de Blue Canyon Technologies, mostrada aquí. Las constelaciones pueden mejorar la velocidad de detección y reducir la latencia.
La velocidad y el alcance de las armas hipersónicas han llevado la tarea de defensa contra ellas al espacio, donde los sensores en órbita pueden detectar un lanzamiento en el momento en que se produce, o incluso antes.
«Cada minuto cuenta cuando se trata de armas hipersónicas», afirma Rob Aalseth, director del Missile Warning and Defense de Raytheon Intelligence & Space, una empresa de Raytheon Technologies.
Su equipo está desarrollando un amplio conjunto de tecnologías espaciales para detectar, rastrear e interceptar armas hipersónicas en todas las fases del vuelo.
«Lo que hace que nuestra empresa sea diferente es que tenemos capacidades de derrota de misiles de principio a fin en el espacio, en el aire y en tierra, y podemos usar nuestra cartera de capacidades y experiencia para llevar a cabo la ingeniería de la misión en toda la cadena de muerte hipersónica», dijo Aalseth. «Desarrollamos y construimos el hardware y el software, y luego lo integramos, tanto en el espacio como en tierra».
Esos sistemas, dijo, incluyen sensores ópticos e infrarrojos, sistemas de mando y control, gestión de misiones en tierra y los algoritmos que procesan y analizan enormes cantidades de datos. La adquisición de Blue Canyon Technologies por parte de Raytheon Technologies en 2020 también ha permitido la producción interna de pequeños satélites.
Las constelaciones de pequeños satélites son la base de una defensa más inteligente y resistente, dijo Aalseth. En lugar de poner un satélite grande, exquisito y costoso en el espacio, y convertirlo en un objetivo atractivo para los adversarios, la idea es distribuir el trabajo de la defensa antimisiles entre un conjunto de satélites más pequeños, sencillos y prescindibles.
Además de tener el número adecuado de sensores en el lugar correcto, también tienen que procesar la información mucho más rápido que antes.
«La latencia es el parámetro clave que hay que tener en cuenta a la hora de derrotar las amenazas hipersónicas. Afecta a todos los demás parámetros», afirma Aalseth.
En este sentido, Raytheon Intelligence & Space emplea algoritmos avanzados de detección y seguimiento de misiles que pueden realizar un procesamiento muy preciso del seguimiento de misiles a bordo del satélite en órbita.
«Todos los demás sistemas hasta la fecha han tenido que enviar los datos a tierra para su procesamiento», dijo Aalseth. «Eso hace perder tiempo».
Desarrollar a toda velocidad
Raytheon Technologies está usando herramientas de ingeniería digital para acelerar el desarrollo hipersónico.
La entrega de capacidades hipersónicas presenta otro desafío: el ejército estadounidense las quiere más rápido de lo que permitirían los procesos de adquisición tradicionales.
«Ya no podemos permitirnos el lujo de una década o más para construir un sistema de armas. La amenaza hipersónica está aquí hoy», dijo Kocourek.
Por ello, Raytheon Technologies ha adoptado métodos de ingeniería digital, como la construcción de gemelos digitales, o réplicas virtuales, y el uso de modelos y simulaciones para obtener análisis predictivos.
«Diseñar y probar virtualmente en un entorno digital está revolucionando nuestro aprendizaje rápido y reduciendo los ciclos de diseño», dijo Kocourek. «Ahorra tiempo y recursos, y nos permite adaptarnos a entornos que cambian con rapidez y obtener un nivel de precisión en las pruebas y la ejecución que antes no podíamos alcanzar. Podemos validar más fácilmente nuestros modelos».
El modelado y la simulación se basan en la fidelidad de los datos de las pruebas, que mejorarán con el aumento de las pruebas y el intercambio de datos con los socios de la industria, el mundo académico y las naciones aliadas.
Raytheon Technologies está trabajando con la Universidad de Arizona, la Universidad de Texas A&M, la Universidad de Purdue, la Academia de las Fuerzas Aéreas de Estados Unidos y otras instituciones académicas en la investigación y las pruebas hipersónicas, para incluir el uso de túneles de viento para emular las condiciones de vuelo y acelerar el desarrollo.
«La colaboración con las universidades en materia de I+D se convierte en un multiplicador de fuerzas para el desarrollo de tecnologías, así como en una base de trabajadores y talentos hipersónicos», dijo Kocourek.
La asociación con las universidades está ayudando a crear planes de formación con investigación aplicada y nuevos programas de titulación y certificación para desarrollar futuros ingenieros hipersónicos.
Según Kocourek, compartir conocimientos, financiación e infraestructuras es fundamental para hacer frente a las amenazas actuales y futuras.
«Estamos preparados para dar un salto adelante, acelerar el desarrollo de la tecnología hipersónica y hacer frente a los retos que se nos plantean como potencia mundial», afirmó Kocourek.
Fte. Breaking Defense
