Global Strategy Report, 44/2020
Resumen: Durante décadas el desarrollo de las armas de energía dirigida se ha mantenido en estado de letargo. Sin embargo, el estado de madurez tecnológica alcanzado en la actualidad está desencadenando un proceso de transición irreversible hacia el campo de batalla, propiciando la aparición de prototipos sumamente prometedores que abren un nuevo abanico de posibilidades, tanto ofensivas como defensivas, para los ejércitos. Este artículo ofrece un análisis del potencial que la energía dirigida puede ofrecer en el seno de la defensa aérea en base a los desarrollos realizados por países de referencia en el sector, como lo son EEUU y China, que están invirtiendo en proyectos que podrían dejar obsoletos a los tradicionales sistemas de armas cinéticos.
Introducción
Los sistemas de energía dirigida (SED) constituyen una tecnología emergente, aún en proceso de desarrollo, pero cuyas posibilidades en el ámbito de la defensa aérea se antojan prometedoras. Se trata de sistemas capaces de proporcionar una respuesta rápida, contundente y de bajo coste frente a un amplio espectro de amenazas aéreas y cuya neutralización supone un desafío en la actualidad. Es el caso de misiles balísticos, plataformas aéreas no tripuladas (UAVs), así como de cohetes, proyectiles y morteros (amenaza C-RAM); con un coste de producción relativamente reducido pero cuya efectividad ha sido ampliamente probada en las últimas décadas.
Los tradicionales sistemas de armas cinéticos (SAC) tienen una capacidad limitada frente a las citadas amenazas, no sólo debido al reducido tamaño de la misma, sino que además el elevado coste de la munición que requieren hace de su neutralización un ejercicio poco rentable. Sin embargo, los sistemas de energía dirigida tienen un magnífico potencial para destruir de forma rápida y precisa objetivos aéreos de gran movilidad a un coste muy bajo por disparo y con baja probabilidad de causar daños colaterales, lo que las convierte en una opción muy atractiva para combatir las citadas amenazas. Es por ello que países de primer nivel, como EEUU y China, ya han invertido parte de su presupuesto de defensa en el desarrollo de estos sistemas de armas para superar el desafío tecnológico que implica su puesta en funcionamiento.
La finalidad de esta documento consiste en poner de relieve el potencial de los SED para contribuir a la defensa aérea de forma que se incentive el desarrollo y refinamiento de estos sistemas, planteando la posibilidad de que EEUU y China pudieran incorporarlos para complementar a los SAC y reforzar, de esta manera, las capacidades de su sistema de defensa aérea.
Para ello se han establecido cuatro objetivos:
Realizar una revisión del estado del arte de los sistemas de energía dirigida.
Analizar cualitativamente las capacidades de los SED en relación con la amenaza aérea definida.
Comparar las capacidades de los SED con las de los sistemas de armas convencionales.
Valorar las ventajas/inconvenientes de la puesta en servicio de los SED en complementación de los SAC.
Los sistemas de energía dirigida
Los sistemas de energía dirigidao sistemas de armas no-cinéticos se caracterizan por lograr el efecto deseado sobre su objetivo mediante la emisión de un haz de energía electromagnética cuya potencia es escalable. La naturaleza de estos sistemas los convierte en especialmente atractivos en el terreno de la defensa aérea (Gunzinger & Dougherty, 2012: 15), con ventajas como el potencial para batir objetivos móviles y de tamaño reducido a una ratio coste-beneficio muy reducida, o su elevado grado de precisión con respecto a los tradicionales sistemas de armas cinéticos, que se analizarán en mayor profundidad posteriormente. Sin embargo, a pesar de lo prometedor de sus capacidades, su operacionalización y puesta en funcionamiento ha constituido un reto científico y tecnológico a lo largo de las últimas décadas.
Lo que ha llevado a estos sistemas a ser el foco de atención en el ámbito militar es la posibilidad de ajustar la cantidad de energía que dichas armas pueden emitir (Deveci, 2007: 12), regulando así el efecto que se desea conseguir. Si la fluencia o cantidad de energía del haz es pequeña, tan sólo se producirán pequeños desperfectos en las capas superficiales del objetivo. En cambio; si la potencia es elevada, el material se fundirá en pocos segundos a causa de las altas temperaturas generadas en la superficie, por lo que los efectos destructivos se producirán de forma inmediata.
Los sistemas de energía dirigida se pueden dividir en 3 categorías, atendiendo al origen de su fuente de energía (Deveci, 2007: 15):
Láseres de Alta Potencia (HEL–High Energy Laser), que basan su funcionamiento en la excitación de átomos para liberar fotones en potentes ráfagas de luz.
Armas de Radiofrecuencia, que radian energía electromagnética en altas frecuencias. También llamadas ‘Microondas de Alta Potencia’ o HPM (High Power Microwaves). Gran parte de los sistemas de armas dependen en gran medida de multitud de componentes electrónicos, lo que los hace muy vulnerables a la radiación de microondas.
Haces de partículas (CPBW–Charged Particles Beam Weapons), que utilizan grandes cantidades de partículas atómicas y subatómicas moviéndose a velocidades cercanas a la de la luz.
Destacar que el haz de partículas es la tecnología menos desarrollada de las tres por ser la más compleja técnicamente hablando y en la que menos esfuerzo investigador se ha invertido hasta la fecha, por lo que no se van a tratar en este trabajo.
A continuación, se analizan con mayor detenimiento los dos primeros tipos.
Láseres de Alta Potencia (HEL)
El campo de los láseres de alta potencia (HEL) ha sido el que más ha evolucionado en los últimos años gracias al gran desarrollo experimentado por estos sistemas desde su creación en 1960. De hecho, es la tecnología sobre la que más prototipos se han diseñado y la más cercana a su implementación operativa.
Así, se consideran HEL los láseres capaces de conseguir elevadas potencias, desde decenas de kilowatios (kW)en adelante, con la finalidad de incrementar el rango de efectividad para la neutralización de un amplio espectro de amenazas.
Particularmente, los sistemas basados en láseres de estado sólido parecen los más prometedores en este sentido, eclipsando a los primeros prototipos basados en láseres químicos, puesto que permiten un tamaño más reducido del sistema de generación láser (Fisher, 2017: 2) y, por tanto, más adecuado para fines militares. Sin embargo, en el proceso se generan altísimas temperaturas por lo que es necesario desarrollar potentes sistemas de refrigeración, lo que supone el principal reto tecnológico en la actualidad.
Se considera que una potencia de emisión superior a 100 kW permitiría a un láser direccional combatir de forma efectiva una amplia gama del espectro de amenazas aéreas, desde aeronaves no tripuladas hasta determinados tipos de misiles. Por este motivo, ya se ha trazado una hoja de ruta a nivel europeo para desarrollar un generador láser de alta potencia compacto que sea capaz de alcanzar los 100kW (European Defense Agency, 2018: 12), incentivado por la ventaja que países como EEUU ya han tomado en este campo.
Factores atmosféricos
Existen una serie de factores atmosféricos que atenúan el haz láser durante su recorrido y que se han de tener en cuenta para su compensación. Se trata de la absorción, el scattering, las turbulencias y el termal looping (Deveci, 2007: 30-33).
La absorción es un efecto mediante el cual las partículas presentes en la atmósfera absorben la radiación electromagnética incidente. La única forma de evitar este fenómeno es utilizar las longitudes de onda que menos afectadas se ven por dicho proceso, haciendo uso de las denominadas “ventanas atmosféricas”. Éstas, son estrechas bandas de frecuencia dentro del espectro electromagnético en las que la longitud de onda del haz permite altos valores de transmitancia o cantidad de energía que no es absorbida por la atmósfera.
El scattering es un fenómeno atmosférico que se origina por la interacción de los fotones del haz con partículas en suspensión, como aerosoles (polvo, sal marina, agua, polución, etc.), provocando que la energía se disperse en todas las direcciones y no contribuya al haz principal. A menor altitud, mayor es el impacto de este efecto por la mayor concentración de aerosoles en las capas bajas de la atmósfera.
Las turbulencias constituyen un fenómeno asociado a la fluctuación en la temperatura y densidad de la atmósfera, que causa deformaciones en la propagación del haz láser por variaciones en el índice de refracción del aire, similar al fenómeno de los “espejismos” que se producen en el desierto. Este efecto es más suave durante la noche o en intervalos horarios de escasa luz, mientras que las fluctuaciones son más intensas durante las primeras horas de sol.
Por último, el termal blooming consiste en la distorsión del haz láser durante su propagación debido al calentamiento del aire que lo rodea como consecuencia de la alta densidad de energía del haz. La existencia de viento, en especial el viento cruzado, mitiga en cierta medida este efecto pues arrastra los gases calientes que se generan y los aparta fuera de la trayectoria del haz. A menor potencia del láser, menor es el impacto de este efecto.
Microondas de Alta Potencia (HPM)
A pesar de que, técnicamente hablando, el término ‘micro-ondas’ se refiere a aquellas ondas que trabajan en la banda de los gigahercios (GHz), lo cierto es que en el campo de la energía dirigida se denomina microondas de alta potencia a todo sistema que opere en el espectro de radiofrecuencias. El término ‘Alta Potencia’ hace referencia a las fuentes de microondas capaces de generar más de 100 megavatios (MW) de pico (Deveci, 2007: 49).
Al igual que ocurre con los láseres de alta potencia, el potencial daño que pueden causar sobre un objetivo se puede graduar en función de varios factores: distancia al objetivo, vulnerabilidad del mismo, potencia generada y densidad de potencia sobre el objetivo, ancho de banda, tiempo de iluminación y puntos de entrada.
En el caso de la distancia al objetivo y el ancho de banda, cuanto mayor sea el valor de estos parámetros, más se reduce el potencial destructivo del sistema de energía dirigida. Para el resto de parámetros, a excepción de la frecuencia del arma, un aumento del valor de los mismos redundará en mayores efectos asociados sobre el objetivo.
Existen 4 niveles que jerarquizan el daño que un sistema HPM puede causar al objetivo. Éstos son, de menor a mayor efecto: upset, lock-up, latch-up y burnout (Deveci, 2007: 56-57).
El efecto upset implica cambios en el sistema objetivo como consecuencia de la interacción con las HPM mientras aquél se encuentra funcionando. Una vez que las microondas dejan de afectar al sistema, éste vuelve a su estado inicial. Un ejemplo de este efecto es el jamming, o emisión intencionada de ruido para saturar el receptor de un radar.
El lock-up es un efecto similar al upset pero en este caso es necesario apagar o reiniciar el sistema electrónico objetivo para que adquiera su condición inicial.
Si se sigue aumentando la potencia de emisión del HPM, tendrá lugar un efecto llamado latch-up, un tipo extremo de lock-up que genera daños permanentes, tales como inutilización de transistores y otros dispositivos semiconductores.
Finalmente, cuando se emplean potencias de emisión muy elevadas, componentes del sistema objetivo como, por ejemplo, resistencias y condensadores, se funden debido a las altas temperaturas alcanzadas. A este efecto se le conoce como burnout.
La amenaza aérea
En este apartado se describen los elementos que caracterizan tres tipos de amenazas aéreas: misil balístico, dron y C-RAM, que se toman como referencia y que se confrontarán posteriormente con las capacidades de los sistemas de energía dirigida.
Misiles balísticos
Se trata de proyectiles autopropulsados que pueden recorrer miles de kilómetros en pocos minutos y cuya trayectoria queda totalmente definida una vez finalizada la etapa de propulsión inicial. A partir de ese momento, se inicia una fase balística o intermedia que concluye con la fase terminal o de reentrada en la atmósfera. Pueden portar tanto cabezas de guerra convencionales como nucleares, biológicas o químicas y su fabricación es relativamente barata en comparación con su poder destructivo. Es por ello que la proliferación de misiles balísticos constituye una amenaza global para la seguridad de los Estados, de forma que su simple posesión condiciona de forma superlativa las relaciones internacionales entre las grandes potencias.
En la actualidad, existen diversos sistemas de defensa frente a este tipo de misiles, como el sistema Patriot americano, el sistema AEGIS incorporado en fragatas, el novedoso AEGIS Ashore basado en tierra, o el sistema SAM P/T francés; todos ellos se han ido optimizando para poder hacer frente a la continua evolución tecnológica que incorporan las amenazas aéreas. Basan sus cálculos de tiro e interceptación en los datos de vuelo del misil, los cuales son obtenidos mediante un sensor radar integrado en el sistema, o externo a éste. Sin embargo, los misiles balísticos de mayor alcance pueden portar varias cabezas de guerra, o vehículos de re-entrada, lo que aumenta sobremanera la dificultad de una interceptación efectiva por parte de sistemas antimisil balístico tradicionales. Es más, algunos misiles balísticos modernos son incluso capaces de modificar la trayectoria en su fase final, convirtiendo a los sistemas de defensa tradicionales en altamente inefectivos frente a esta amenaza. Por lo tanto, se hace perentorio buscar alternativas de defensa aérea y es en este punto donde las armas de energía dirigida podrían desplegar su potencial con ventaja.
Drones
El uso de vehículos aéreos no tripulados (UAVs) o drones, ha experimentado un notable incremento en el ámbito militar y civil debido a su versatilidad. Se trata de plataformas aéreas multiusos que permiten llevar a cabo una gran diversidad de tareas y que en el contexto militar se agrupan principalmente en labores ISTAR (Intelligence, Surveillance, Target Acquisition and Reconnaisance), de vigilancia y reconocimiento del campo de batalla, y de ataques selectivos y precisos a instalaciones o personal.
Hay muchos autores que consideran que los drones están cambiando el modo de hacer la guerra y esto es debido, principalmente, a tres motivos (Bruntstetter, 2012):
Se reduce la exposición de tropas propias al fuego enemigo, lo que redunda en un menor número de bajas durante el conflicto.
La probabilidad de que cometan un error es notablemente inferior a la de un ser humano u otras plataformas.
Se seguirán beneficiando de los avances tecnológicos, de forma que serán cada vez más precisos y eficientes.
Es por ello que han sido utilizados con profusión y gran éxito en conflictos como los de Irak, Pakistán, Afganistán y Yemen; e incluso, más recientemente, en el polémico ataque a una refinería de petróleo saudí (New York Times, 2019). Es más, incluso llegan a ser considerados como una revolución tecnológica militar (RTM), con mimbres para acabar siendo una auténtica revolución en los asuntos militares (RMA) (Jordán y Baqués, 2014: 169).
La tipología y diversidad de drones es sumamente amplia, pero para este trabajo se van a considerar aquellos del tipo LSS (del inglés Low, Small and Slow), o de Clase 1[1] , por ser éstos en los que reside un mayor grado de peligrosidad para los sistemas de defensa aérea cinéticos convencionales. Las plataformas LSS tienen un tamaño muy reducido (inferior a los 20 kg) y su velocidad no supera los 50 m/s (Dudush et al., 2018: 2) por lo que su firma radar es extremadamente reducida y, por ende, su detección y neutralización se torna una tarea bastante compleja. Si a esto se suma que el perfil de vuelo de estos sistemas es muy bajo, por debajo de los 4 kilómetros de altura, se obtiene una amenaza cuya producción es barata pero que ostenta un potencial de peligrosidad que no puede ser ignorado, especialmente si se emplean en masa.
Este potencial como amenaza ha guiado los pasos de varias empresas en su búsqueda de un sistema para combatir drones de forma rápida y efectiva, postulándose los SED como una de las alternativas para hacerle frente.
Amenaza RAM
La amenaza RAM hace referencia a cohetes, proyectiles de artillería y morteros (Rockets, Artillery and Mortars). Al tratarse de municiones de reducido tamaño que sobrevuelan el campo de batalla al encuentro de su objetivo a muy altas velocidades, han constituido tradicionalmente una amenaza para las organizaciones militares terrestres ante la cual, la mejor defensa se ha basado habitualmente en disponer de un robusto plan de fortificación de las posiciones que proporcionara cobertura y protección a las tropas desplegadas.
Sin embargo, durante los últimos años ya se han desarrollado sistemas convencionales capaces de detectar esta amenaza, proporcionar alerta temprana e incluso interceptarla en vuelo. Tal es el caso del sistema Phalanx LPWS, basado en cañones de alta cadencia, empleado por el ejército norteamericano[2].
En lo que respecta a los sistemas de energía dirigida, un láser de alta potencia se presentaría como un robusto candidato a liderar el conjunto de sistemas C-RAM, puesto que tendría la capacidad de combatir estos proyectiles en vuelo en cuestión de segundos gracias a su rápida capacidad de respuesta y precisión.
En este sentido, la empresa alemana Rheinmetall lleva tiempo trabajando en el desarrollo de un prototipo de láser de alta potencia específicamente diseñado para este fin y cuyos primeros resultados, mostrados en un test realizado en 2018 (Army Recognition, 2019), auguran un futuro brillante. Por otro lado, EEUU está efectuando un ingente esfuerzo en desarrollar sistemas basados en la emisión láser para la neutralización de la amenaza RAM, aunque Israel lleva más ventaja en este campo puesto que ya en 2014 reveló un avance del sistema Iron Beam, capaz de destruir cohetes y proyectiles a una distancia de 7 km (Reuters, 2014). Resulta, por tanto, prometedor el potencial de los láseres de alta potencia en este campo.
Análisis comparativo de los SED frente a los SAC en el contexto de la defensa aérea
En este apartado se pondrá de relieve el enorme potencial que los sistemas de energía dirigida poseen en el ámbito de la defensa aérea. Para ello, se confrontarán las capacidades y limitaciones de los sistemas de armas cinéticos con las propias de la energía dirigida a la hora de enfrentar la amenaza aérea contemplada en este trabajo.
Los criterios de comparación serán:
Coste de empleo
Precisión
Letalidad
Contramedidas.
Condicionantes atmosféricos
Capacidad de integración en el sistema de defensa aéreo (SDA)
Se han elegido estos factores por considerarse críticos a la hora de neutralizar la amenaza considerada.
Costes de empleo
El coste por disparo constituye un importante elemento de valoración a la hora de batir una amenaza. Para que un empeño sobre determinado objetivo sea rentable, el valor económico de éste ha de ser mayor que el de la munición utilizada para su neutralización. A la luz de esta afirmación, los SED constituyen sistemas de armas más rentables que los SAC debido a que su coste por disparo viene determinado por el coste de generación del impulso de energía, ya sea láser o microondas.
En la siguiente tabla se muestra el coste unitario estimado de los diversos sistemas de defensa antiaérea basados en misiles tierra-aire de las Fuerzas Armadas españolas (Marín, 2018: 9), así como de los sistemas antimisil balísticos punteros en la actualidad:
Teniendo en cuenta que el coste de drones de tipo LSS no excede de varios miles de dólares, se hace patente la ineficiencia, en términos económicos, de los sistemas de armas cinéticos para batir esta amenaza. Tan sólo el uso de los sistemas de cañón antiaéreo resultaría rentable para neutralizar un enjambre de drones.
En el terreno de la defensa antimisil balístico, la diferencia de coste entre amenaza y misil interceptador no es tan clara pues el amplísimo catálogo de misiles balísticos existentes, tanto en cuestión de alcance como de tipo de cabeza de guerra, junto con el ocultismo de Estados y fabricantes en esta materia dificultan la búsqueda de información veraz. Pero, a pesar de este obstáculo, parece claro que, independientemente del coste unitario de un misil balístico, la neutralización mediante sistemas de energía dirigida siempre será menor puesto que el coste por disparo de éstos está determinado, exclusivamente, por el coste del suministro eléctrico requerido para generar el impulso láser o el haz electromagnético (CSBA, 2013: 87).
Se estima que el precio de un disparo con un arma láser de alta potencia se sitúa en torno a los 30 dólares (Feickert, 2018: 30). Esto permitiría una capacidad de disparo casi ilimitada y continuada en el tiempo pues no se requiere de munición material para ejecutar el empeño, por lo que el esfuerzo logístico, en términos de abastecimiento de proyectiles, se vería drásticamente reducido. Por lo tanto, aunque el sistema de generación del haz pueda ser caro de construir y mantener, el coste del empeño para neutralizar la amenaza aérea contemplada es muy inferior al correspondiente a los tradicionales sistemas de defensa aérea cinéticos. Notables son los esfuerzos que, en este sentido, está realizando el ejército de EEUU para el desarrollo del sistema IFPC (Indirect Fire Protection Capability); diseñado para el combate de la amenaza RAM y dron, complementando sus ocho (Defense News, 2019) tradicionales sistemas de defensa aérea con un sistema láser de entre 100 y 300 kilovatios que alivie el coste económico del combate de estas amenazas.
Asimismo, un potente impulso electromagnético puede ser suficiente para causar efectos disruptivos sobre los sistemas electrónicos y de navegación de un dron, inutilizándolos sin necesidad de provocar la destrucción física de los mismos. Al igual que ocurre con los sistemas láser de estado sólido, el coste de una ráfaga de microondas de alta potencia viene determinado por el gasto eléctrico necesario para generar el impulso y mantener el sistema de refrigeración del arma (CSBA, 2013: 87).
Precisión
Una de las mayores ventajas de la energía dirigida frente a los sistemas convencionales reside en que, dado que la emisión de energía se produce a la velocidad de la luz, es posible reaccionar contra objetivos de gran movilidad o maniobrabilidad de manera instantánea y efectiva, puesto que el desfase de tiempo entre la emisión del pulso de energía electromagnética y su impacto en el objetivo es despreciable. Esto constituye una de las mayores fortalezas de los sistemas no cinéticos dado que se eliminan aquellos contratiempos relacionados con el apuntado del arma y la predicción de trayectoria del objetivo a derribar, aumentando mayúsculamente la probabilidad de derribo.
Además, la capacidad de fuego selectivo inherente a los sistemas de energía dirigida las convierte en una herramienta extremadamente precisa para llevar a cabo la neutralización de la amenaza. A diferencia de los sistemas cinéticos, la energía dirigida permite que el haz pueda ser direccionado para incidir sobre un punto concreto del objetivo, permitiendo empeños quirúrgicos y minimizando los daños colaterales (Deveci, 2007: 20).
Por otro lado, este notable grado de precisión dota a los sistemas no-cinéticos de una capacidad formidable para discernir entre objetivos múltiples, que resulta esencial para las unidades de defensa aérea por dos motivos: por un lado, permite evitar el fratricidio en el combate cercano entre dos aeronaves; y, por otro, posibilita neutralizar multitud de objetivos en un ataque de saturación o en masa independientemente de lo próximos que los blancos se encuentren entre sí. Esta capacidad resulta realmente interesante puesto que en la actualidad ningún sistema de armas cinético está capacitado para hacer frente a un ataque masivo de drones y, aún en el caso de que pudiera hacerlo, el coste económico y de material sería inabarcable (Marín, 2018: 11). Asimismo, y gracias a esta característica, un sistema basado en láser de alta potencia podría presentarse como un candidato a neutralizar aquellos misiles balísticos que despliegan múltiples vehículos de reentrada en su etapa final, amenaza que sigue poniendo en jaque a los sistemas antimisil actuales.
Letalidad
Otra gran asimetría entre los sistemas cinéticos y los de energía dirigida es que estos últimos permiten graduar a voluntad los efectos deseados sobre el objetivo, abarcando desde la aplicación de simples efectos disruptivos sobre la amenaza hasta la destrucción total de la misma. Esto se consigue ajustando la potencia del haz láser que se deposita sobre el objetivo o regulando la longitud de onda a la que se libera la energía, en el caso de las microondas de alta potencia.
En el ámbito de la defensa aérea, concretamente frente a misiles balísticos y amenaza RAM, los sistemas de energía dirigida persiguen el mismo objetivo que los sistemas convencionales: asegurar la destrucción de la amenaza en vuelo. Por lo que la gradación de potencia no marca una gran diferencia en este sentido. Sin embargo, los sistemas no cinéticos pueden lograr el mismo fin a menor coste y con la misma o incluso mayor probabilidad de derribo como ya se ha descrito. No obstante, para ello es necesario que la potencia de generación del haz sea lo suficientemente alta como para cubrir grandes distancias y, por ende, garantizar una defensa temprana. Asimismo, la potencia de salida es inversamente proporcional al tiempo de iluminación sobre el objetivo; es decir, es necesario apuntar y seguir al objetivo durante más tiempo para conseguir los mismos efectos con una menor potencia del haz (Rheinmetall, 2016). En palabras del responsable de tecnología e investigación de la empresa alemana Rheinmetall Defence, “con láseres de 20 kW es posible cegar sensores optrónicos a distancias de entre 5 y 10 kilómetros o combatir drones a 3 kilómetros de distancia”; sin embargo, para hacer frente a la amenaza RAM “es necesario contar con láseres de 100 kW”, ya que se requiere concentrar una gran potencia en muy poco tiempo para que la neutralización sea efectiva”.
Consecuentemente, en caso de que el desarrollo de la energía dirigida permitiera alcanzar tales umbrales de potencia, nos encontraríamos ante un escenario en el que, frente a la amenaza dron, la balanza se decantaría completamente a favor de la energía dirigida. Los sistemas misil y cañón no sólo deben enfrentar complejos cálculos de trayectoria para identificar el punto futuro de impacto, sino que la plataforma aérea cuenta con cierto margen de tiempo para reaccionar frente a la amenaza modificando su trayectoria, reduciendo e incluso anulando la posibilidad de derribo. En contrapartida, un haz láser puede incidir de forma barata, precisa e instantánea sobre un ala de la aeronave para desestabilizarla de forma irremediable y, así, neutralizar la amenaza sin necesidad de destruirla totalmente. Esta opción se escapa del repertorio de posibilidades de los sistemas cinéticos convencionales.
Por otro lado, las microondas de alta potencia pueden regular su potencia y frecuencia para causar efectos de upset sobre los sistemas de navegación GPS de drones, latch-up sobre dispositivos electrónicos y circuitería interna de los mismos, e incluso burnout, si se estima oportuno, para asegurar la inoperatividad total de la aeronave no tripulada. Además, la geometría cónica que experimenta la propagación de la energía electromagnética desde la fuente de emisión, convierte a los sistemas de microondas en idóneos para neutralizar grandes masas de drones. En este sentido, el prototipo PHASER desarrollado por la empresa Raytheon para combatir enjambres de drones, capaz de dañar temporal o permanentemente los componentes electrónicos de estas aeronaves con tiempos de iluminación del objetivo inferiores a 1 microsegundo (Popular Mechanics 2019), constituye un claro ejemplo de la utilidad de la energía dirigida en esta materia.
Contramedidas
Tanto los SED como los SAC comparten, a priori, su vulnerabilidad a perturbaciones electromagnéticas emitidas intencionadamente sobre los sistemas de detección y adquisición de objetivos que tengan asociados.
Paralelamente, mientras que las aeronaves cuentan con la baza de realizar maniobras de altos G’s para derrotar cinemáticamente a un misil disparado por un SAC, esta posibilidad se desvanece ante un SED por la instantaneidad de sus efectos. Sin embargo, es posible mitigar los efectos de la energía dirigida aumentado la robustez del blindaje que recubre el misil o aeronave, al menos en los puntos más sensibles.
En el caso particular de los láseres, una contramedida útil consistiría en diseñar fuselajes tipo espejo que reflecten el haz de energía hacia otra dirección, reduciéndose la absorción de energía (Popular Mechanics, 2016). Además, sería posible mitigar los efectos de un láser de alta potencia creando cortinas de humo puesto que, como se verá en el próximo apartado, altas concentraciones de moléculas en el aire absorben y distorsionan el haz.
Condicionantes atmosféricos
Ni los sistemas convencionales ni los no-cinéticos están exentos de la influencia de los factores atmosféricos, por lo que éstos constituyen un elemento esencial que cualquier sistema de defensa debe tener en cuenta para la realización de sus cálculos de tiro. Sin embargo, cada uno debe enfrentar una problemática de diferente índole.
Mientras que la fuerza gravitatoria y los efectos aerodinámicos derivados de la presencia de aire en la atmósfera conforman las principales influencias externas sobre la trayectoria de la munición de los sistemas cinéticos, la problemática de los sistemas de energía dirigida, exentos de las anteriores afecciones (Deveci, 2007: 11), radica en la presencia de partículas en suspensión en sus diferentes modalidades (aire húmedo, niebla, nubes, humo, aerosoles, etc) puesto que distorsionan o desvían el haz de energía, dando lugar al conocido scattering que afecta a los láseres de alta potencia, ya descrito en el marco teórico. Asimismo, la variación del índice de refracción, así como de temperatura de las diferentes capas de aire que atraviesa el haz de energía ha de ser tenida en cuenta en el diseño de los sistemas no cinéticos.
Se hace patente, por tanto, que ambos sistemas afrontan desafíos que limitan su operatividad. Es por ello, que una defensa aérea basada en la combinación de ambos sistemas de armas compensaría las deficiencias individuales de cada uno, incrementando la efectividad de su desempeño (Gunzinger & Dougherty, 2012: 112). Pero para que esto se produjese, habrían de estar debidamente integrados en el sistema de defensa aérea.
Capacidad de integración en el Sistema de Defensa Aérea
La actuación de todos los sistemas participantes en la defensa aérea de forma coordinada, evitando la redundancia de empeños, es la base sobre la que se cimenta un sistema defensivo robusto y eficaz. Para ello, es fundamental que todo sistema de armas participante se integre de forma efectiva en el sistema de Defensa Aérea (SDA), independientemente de su naturaleza. Para que esto ocurra, los sistemas a integrar deben disponer de unas capacidades mínimas:
Capacidad para asociarse con un sistema radar de detección y adquisición de objetivos que permita el sistema de armas realizar las funciones de detección, identificación y neutralización de la amenaza de forma simultánea y repetitiva.
Capacidad para recibir y procesar datos de vuelo de objetivos identificados por sistemas externos de adquisición.
Capacidad para compartir los datos propios con otros sistemas de armas, ya sea de forma directa o a través de un centro director de fuegos que actúe como elemento coordinador.
Sistema de telecomunicaciones que permita, vía fonía, el control positivo del sistema de armas por un escalón superior, así como el intercambio de información en tiempo real.
La integración en el SDA constituye un requisito indispensable para todo sistema de armas involucrado en la defensa aérea, puesto que todos ellos constituyen pequeños engranajes que deben estar perfectamente coordinados y alineados con el propósito del SDA como conjunto. Por lo tanto, no se aprecian diferencias significativas entre los SAC y los SED en términos de integración, puesto que ambos deben cumplir los mismos requisitos.
En síntesis, el análisis efectuado pone de relieve el potencial de los sistemas de energía dirigida para introducir una mejora sustancial en la defensa aérea frente a drones, misiles balísticos y RAM con respecto a los tradicionales sistemas misilísticos o de cañones. A su precisión quirúrgica hay que añadir un bajo coste por disparo y la posibilidad de hacer frente a ataques masivos de drones, capacidad inexistente en la actualidad. Uniendo esto a la posibilidad de combatir eficazmente múltiples amenazas, pudiendo actuar casi simultáneamente contra todas ellas, la recarga casi instantánea del arma, la disponibilidad casi ilimitada de munición, y la gradación de potencia, en consonancia con la posibilidad de causar mínimos daños colaterales, convierten a los sistemas de energía dirigida en una potente herramienta con la que complementar las capacidades antiaéreas existentes en cualquier ejército.
En el siguiente cuadro comparativo se resumen las principales diferencias en los aspectos analizados para ambos sistemas de armas:
Teniendo en cuenta que en los próximos años se espera una proliferación de la amenaza dron, permaneciendo los misiles balísticos y CRAM como amenazas latentes, se ha tratado de presentar razones suficientemente robustas como para que decisores políticos en materia de defensa se percaten de la necesidad de invertir en estos sistemas como complemento de los sistemas de defensa aérea convencionales y como multiplicadores de capacidad de una defensa aérea conjunta que ofrezca garantías ante las citadas amenazas.
Tan sólo fomentando la investigación de la tecnología de energía dirigida y su implementación en plataformas terrestres, navales o aéreas para uso militar o civil, se contribuirá a alcanzar prototipos capaces de generar potencias adecuadas en módulos lo suficientemente compactos como para ser transportables y operables a nivel táctico. Es, precisamente, en este punto del proceso en el que se encuentran inmersos países como EEUU y China, como se verá a continuación.
Posibilidad de puesta en servicio en las fuerzas armadas de EEUU y China en el horizonte 2040
Estableciendo el horizonte 2040 como marco temporal, las previsiones sugieren una proliferación de las amenazas consideradas en este trabajo. Se prevé que el uso de drones se incrementará a escala global en el futuro cercano. Concretamente, se estima que la producción de UAVs de clase I se doblará para el año 2025 (RAND, 2018, :51), con el consecuente potencial para fines militares por parte de actores estatales y el riesgo de uso para fines ilícitos por parte de actores no estatales. Por otro lado, el sustantivo arsenal de misiles balísticos y cabezas nucleares del que aún disponen las grandes y medianas potencias[3] mantendrán a los misiles balísticos y CRAM en un perfil de amenaza latente durante las próximas décadas.
Si se conjugan las posibilidades que ofrecen los SED en el campo de la defensa aérea, ya analizadas en el apartado anterior, con la previsible proliferación de las amenazas consideradas a corto y medio plazo, es posible inferir una de las causas de que diversos países de primer orden estén fomentando sus inversiones en I+D para el desarrollo de la energía dirigida.
EEUU es un caso paradigmático de este compromiso. Tradicionalmente, ha sido el país que más ha apostado por el desarrollo de la energía dirigida. Sin embargo, en los 2 últimos años, ha doblado el presupuesto dedicado a I+D en esta materia, pasando de 535 millones de dólares a 1.100 millones (Waterman, 2019). En 2019, dominó el mercado de los SED con una cuota de mercado del 38%[4], gracias a la implicación de unos actores clave en este terreno: las empresas armamentísticas. Así, compañías como Lockheed Martin, Boeing, Northrop Grumman, y Raytheon se encuentran comprometidas en la actualidad con la implementación de SED que puedan ser operados en el campo de batalla en la próxima década.
Además, organizaciones gubernamentales como el Pentágono, el Air Force Research Laboratory (DARPA) y el United States Army Armament Research Development & Enngineerging Center ya dedican parte de sus fondos al testeo de prototipos adaptados a las necesidades militares con la intención de que puedan ser comercializados, apoyando activamente los esfuerzos de las citadas empresas.
Este esfuerzo económico y tecnológico se ha traducido en la consecución de numerosos prototipos. Alguno de ellos plenamente operativos como el LaWS, un láser de 30Kw para el derribo de drones que se instaló en 2014 a bordo del USS Ponce en el Golfo Pérsico con resultados satisfactorios (Freedberg, 2014), mientras que otros se encuentran en etapas muy avanzadas de desarrollo o en fase de pruebas de cara a su definitiva puesta en operación en el campo de batalla.
La empresa Raytheon desarrolla actualmente dos proyectos que se espera estén plenamente operativos durante el 2020: el sistema PHASER, para el derribo de drones mediante pulsos electromagnéticos (Raytheon, 2020) y el sistema HELWS, que hará lo propio con tecnología láser.
Por su parte, el Air Force Research Laboratory (AFRL) es el responsable de los avances producidos en los proyectos THOR y CHIMERA, sistemas diseñados para la neutralización de drones mediante microondas de alta potencia a corto y largo alcance respectivamente y cuya fase de experimentación arranca a lo largo de 2020 (Cohen, 2019). Asimismo, el AFRL, DARPA y la Missile Defense Agency trabajan conjuntamente en la integración de generadores láser en plataformas aéreas (SHieLD) y terrestres (HELLADS) para la neutralización de misiles aire-aire y tierra aire, así como cohetes y morteros (AFRL, 2016).
Por último, cabe destacar los progresos que la empresa Northrop Grumman ha efectuado para la consecución de generadores láser de estado sólido, compactos y aptos para uso militar. Avances que se han visto reflejados en el programa Joint High Power Solid State Laser (JHPSSL) y que, sin duda, han contribuido a alcanzar el estado de madurez tecnológica para la energía dirigida[5].
Cambiando el foco de atención hacia el principal competidor geoestratégico de EEUU, China, parece que el régimen de Xi Jinping está empezando a salvar la distancia que lo separaba de EEUU en lo que a energía dirigida se refiere. Según los analistas, en los últimos años China ha impulsado una gran inversión para el desarrollo de SED propios con los que irrumpir en el mercado de sistemas anti-dron (UAS Vision, 2018).
Aunque es difícil valorar el estado real de madurez tecnológica actual del régimen chino debido a la opacidad de su política de información, es posible atisbar importantes progresos en el campo de los sistemas láseres de fibra óptica, tecnología que permite una importante reducción de tamaño del generador del haz y sobre la que se articula el sistema Silent Hunter, un arma láser capaz de generar haces de entre 30 y 100 kW de potencia para derribar drones a 4 kilómetros de distancia (Huang, 2018). Pero lo que realmente resulta prometedor es el mayúsculo avance realizado en el seno de los amplificadores láser. Científicos chinos han desarrollado un cristal completamente artificial, llamado CBGO (Caesium bismuth germanate), capaz de amplificar en trece veces la energía de todo haz láser que se haga pasar a través de él (Grossman, 2019). Se trata de una cifra récord que revolucionará el futuro de estas armas y que el gobierno chino está implementando en el Proyecto Guanlan, un sistema láser instalado sobre satélite y concebido para detectar, e incluso destruir, submarinos a 500 metros de profundidad (Simpkins, 2019).
Asimismo, existen indicios de que las fuerzas armadas chinas (EPL) habrían efectuado notorios avances en la construcción de un sistema de microondas de alta potencia que, una vez operacionalizado, podría reforzar las capacidades A2/AD (Anti-acces/Area Denial) del régimen (Kania, 2017).
A la luz de los datos analizados, es posible afirmar que la puesta en servicio de SED ha dejado de ser una posibilidad propia del campo de la ficción para conformar una realidad palpable, especialmente en el caso de EEUU, donde la maquinaria estatal trabaja en estrecha cercanía con las empresas líderes del sector armamentístico para transformar la madurez tecnológica alcanzada en sistemas plenamente operacionales en el campo de batalla. Este interés está incentivado, en gran medida, por la creciente competitividad con su principal rival geopolítico, China, en pos de liderar la carrera por el desarrollo de estos sistemas de cuarta generación.
Estos desarrollos se encuadran dentro de la llamada ‘tercera estrategia de offset’, cuyo objetivo es crear un marco conceptual que permita integrar las distintas iniciativas existentes y canalizar los recursos financieros, intelectuales y tecnológicos de la comunidad estratégica estadounidense en torno a una visión coherente (Simón, 2015) y orientada, entre otras cosas, a una nueva concepción de la defensa antimisiles que permita defender sus bases en teatros de operaciones clave en Asia, Oriente Medio y Europa.
Por su lado, la estrategia de China se articula sobre la idea de diseñar conceptos operativos de oposición a la superioridad militar de EEUU. Por ello, la Gran Estrategia de China[6] determina una postura defensiva activa en la costa del Pacifico, región que se ha convertido en un foco de competencia importante de actores regionales y que ha traído incertidumbres a la seguridad regional. Por tanto, tiene sentido que la apuesta por el desarrollo de SED esté encaminada a reforzar su capacidad antimisil en el marco del concepto A2/AD (Anti Acces and Area Denial). Además, el progreso realizado en la investigación del cristal CBGO establece un salto tecnológico que EEUU observa con recelo y que ha constituido uno de los motores de la fuerte inversión que ha realizado en el último año en materia de energía dirigida, cuyo objetivo no es otro que alcanzar a China en este aprendizaje tecnológico.
Como consecuencia de la inversión que las dos grandes superpotencias mundiales están realizando en las armas de energía dirigida, a las que se están sumando países como Reino Unido, Israel y Rusia, es de esperar que el número de SED que emerjan en los próximos 20 años para complementar las limitaciones actuales de los SAC sea notable. Aunque esto dependerá de la eficiencia con que se ejecute la transición de la etapa de desarrollo del prototipo a la fase de comercialización e implementación en las fuerzas armadas, un reto formidable cuya gestión marcará el devenir de estos sistemas.
Los sistemas de energía dirigida, ¿una innovación disruptiva?
El concepto de energía dirigida inició su andadura en 1960, pero los fallos cometidos en su desarrollo inicial propiciaron que se perdiera el interés por invertir en dicha tecnología. Sin embargo, a pesar de que el concepto no constituye una novedad, el grado de madurez operacional alcanzado en la actualidad las convierte, ahora sí, en una tecnología potencialmente disruptiva y prometedora que puede condicionar la Defensa del futuro.
Para convertir el potencial de la energía dirigida en una ventaja competitiva, será fundamental realizar una correcta integración de los SED en las fuerzas armadas, un proceso en las que ciertas áreas y funciones militares se verían particularmente afectadas:
Planeamiento. Para extraer el máximo potencial de los SED será necesario una interacción constante entre desarrolladores de la tecnología y planificadores militares, estableciendo un proceso de retroalimentación en el que ambas perspectivas se alineen y redunden en una explotación total de las posibilidades que se deriven del uso de la energía dirigida. Esto será necesario para que el proceso de planeamiento de las operaciones futuras sea coherente a nivel táctico, operacional y estratégico.
Doctrina de empleo. Los SED constituirán diseños compactos, ligeros y modulares que permitirán ser equipados sobre cualquier tipo de plataforma (terrestre, naval, aérea o espacial) con lo que ofrecerán una movilidad excepcional, así como gran proyectabilidad y capacidad de actuación multidominio. Además, la posibilidad de configurar sistemas láser sobre satélite abre la puerta a nuevos conceptos de empleo, como la neutralización de misiles balísticos intercontinentales y de largo alcance en el espacio, el combate anti-satélite (ASAT) e incluso el combate submarino, como se ha visto en el apartado anterior. Esto requerirá la definición de nuevas estrategias para contrarrestar los efectos de este cambio disruptivo.
Orgánica de unidades. Como potencial complemento a los SAC en el terreno de la defensa aérea, la orgánica de las unidades militares deberá adaptarse adecuadamente para integrar los SED de forma que se refuerce la capacidad de defensa aérea. Será clave que los SED puedan aprovecharse de las funciones de adquisición de los radares ya existentes para realizar sus empeños, así como que puedan integrarse en los actuales sistemas de mando y control para aprovechar todo su potencial en conjunción con los SAC. Algunos autores están convencidos de que los SED acabarán sustituyendo por completo a los SAC en el futuro. De ser así, deberán adoptarse cambios organizativos de gran calado en el seno de las fuerzas armadas para la adecuada redistribución de materiales y recursos.
Logística. La utilización de SED conllevaría una drástica reducción de la huella logística de la unidad en combate, puesto que se eliminarían los riesgos y servidumbres derivados del transporte y almacenamiento de pesados proyectiles en zona de operaciones. Además, la disponibilidad “ilimitada” de munición, solo condicionada a la generación de energía, aliviaría significativamente los costes de operación y empleo, como ya se ha analizado.
Son cambios que, si se adoptan de manera eficaz, dotarán de una manifiesta superioridad militar a la aquella potencia que los implemente. Lo cual obligaría al resto de países o bien a sumarse a la adopción de la tecnología, o bien a desarrollar respuestas que anulen dicha ventaja. Es, por tanto, en este sentido en el que la energía dirigida podría llegar a considerarse una verdadera innovación disruptiva.
Por el contrario, la utilización de los SED propuesta en este trabajo, como complemento de los SAC para reforzar el desempeño de un sistema de defensa aérea, tan sólo constituiría un escalón más de mejora dentro de los márgenes de la doctrina existente, por lo que no llegarían a desencadenar una auténtica innovación disruptiva, sino sostenida.
Sin embargo, sí que resulta interesante analizar el papel que los SED jugarán en el contexto de la Revolución en los Asuntos Militares (RMA) en la que, según expertos militares, estamos inmersos actualmente. Una RMA propiciada por la sustantiva evolución experimentada en diferentes campos tecnológicos, entre los que se encuentra la energía dirigida, y que persigue, entre otros objetivos, la minimización de daños colaterales y bajas civiles en conflictos (Cordesman, 2014).
Así, autores como Siegfried Ullrich, teniente coronel estadounidense, defienden que la energía dirigida se convertirá en la tecnología más significativa y transformadora de la presente RMA (Ullrich, 2018: 2), no sólo por su innegable potencial como sistemas de armas, sino porque se trata de una tecnología cuyo desarrollo brindará importantes avances en el desarrollo de telémetros láser y designadores de objetivos; instrumentos de los que, sistemas de armas propios de la actual RMA (drones, misiles, satélites y robots) son altamente dependientes (Ullrich, 2018: 62).
Simultáneamente, los sistemas de microondas de alta potencia ejercerán un rol clave en el campo de la guerra electrónica, gracias a su capacidad para interferir y neutralizar redes de comunicación y sistemas radar, lo que plantearía graves consecuencias para los sistemas de mando y control de los ejércitos.
Por último, cabe destacar las implicaciones que el uso de sistemas láser de alta potencia podría tener en un dominio que, sin duda, será objeto de pugna por parte de las potencias hegemónicas en las próximas décadas, como es el espacial. Es en el espacio donde un láser de alta potencia incrementa exponencialmente su rendimiento ya que, debido a la menor concentración de partículas atmosféricas en suspensión, aumenta considerablemente su alcance efectivo. El diseño de un sistema láser montado sobre un satélite en órbita bajaorientado a la destrucción de misiles balísticos en su etapa intermedia o a la neutralización de satélites de alto valor estratégico (ASAT) constituiría un nuevo concepto operativo, cuya implementación reportaría una ventaja importante en el ámbito de la disuasión y permitiría atacar funciones críticas del adversario (redes de comunicación, internet, GPS, 5G, etc..).
Se trataría de una nueva forma de hacer la guerra que implicaría importantes cambios estructurales en las organizaciones militares, puesto que deberían adecuar su organización, medios y doctrina a las especificidades del combate en el dominio espacial, abriendo el debate sobre si podrían constituir el germen de una nueva RMA.
Conclusiones
Tras décadas de desarrollo, los SED están experimentando su transición irreversible del laboratorio al campo de batalla. La madurez tecnológica alcanzada, fruto de la fuerte inversión económica que países como EEUU y China han realizado para su desarrollo, brinda un abanico de nuevas oportunidades en los conflictos de la próxima generación.
En particular, en el contexto de la defensa aérea, los SED se erigen como armas sumamente efectivas para contrarrestar amenazas cuya proliferación es innegable. Es el caso de los drones, misiles balísticos y CRAM. La instantaneidad de su respuesta y la reducción de costes de empleo constituyen la base sobre la que se articula su potencial en este ámbito. Asimismo, la escalabilidad de sus efectos se alinea con la tendencia hacia la minimización de daños colaterales que caracteriza la RMA actual. Queda claro, por tanto, que las capacidades de los SED son potencialmente superiores a las propias de los SAC para combatir las amenazas citadas, verificando totalmente la primera hipótesis planteada en este trabajo.
Por este motivo, los SED tienen mimbres para constituir eficaces sistemas que complementen las actuales capacidades de los SAC e incluso para llegar a reemplazar parcial o totalmente a los sistemas cinéticos en un futuro; siempre y cuando la tecnología muestre un alto rendimiento en acciones reales de combate, lo que dotaría de un alto grado de validez a la segunda hipótesis establecida. Pero para que este escenario tenga lugar será necesario, primeramente, llevar a cabo un adecuado proceso de integración de la tecnología en el seno de las fuerzas armadas. Una integración no sólo material, sino que también contemple la reorganización de su estructura, si fuera necesario, así como de la doctrina de empleo para, de este modo, contribuir a que todo el potencial de los SED revierta en una ventaja militar contundente.
Paralelamente, el dominio del espacio constituye un campo donde los láseres de alta potencia, en particular, se desenvolverían con rendimiento abrumador, lo que otorgaría una capacidad disuasoria sobresaliente y una inestimable ventaja militar a quien logre extraer el máximo provecho de su explotación. Por tanto, tal y como reza la tercera hipótesis de trabajo, los SED constituyen el germen de una innovación disruptiva, al menos en el ámbito espacial. Sin embargo, bien es sabido que los procesos de innovación conllevan varias décadas de desarrollo, por lo que habrá que esperar un tiempo para valorar con más precisión si, finalmente, la energía dirigida acabará desencadenando una verdadera revolución tecnológica militar.
Por último, se significa la importancia de que las Fuerzas Armadas españolas sigan de cerca la evolución de la energía dirigida y valoren la posible adquisición de la tecnología para suplir potenciales carencias en el ámbito de la defensa aérea, así como para reducir la dependencia exterior, como ya ocurre con la industria misilística. Para ello, se antoja fundamental la participación en proyectos nacionales y multinacionales, ya sea a nivel OTAN o específicamente europeo, con los que contribuir al desarrollo y refinamiento de SED que doten a las FAS de nuevas capacidades frente a amenazas emergentes en todos ámbitos de la defensa.
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[2] Más información en: https://www.raytheonmissilesanddefense.com/capabilities/products/phalanx-close-in-weapon-system
[3] Más información: https://www.armscontrol.org/factsheets/missiles
[5] Otros proyectos láser en desarrollo: https://fas.org/sgp/crs/weapons/R45098.pdf páginas 11-13
[6] Documento “China’s National Defense in the New Era” disponible en: http://www.xinhuanet.com/english/2019-07/24/c_138253389.htm
Editado por: Global Strategy. Lugar de edición: Granada (España). ISSN 2695-8937
Rafael Priego
Antiguo alumno del Máster en Estudios Estratégicos y Seguridad Internacional de la Universidad de Granada
https://global-strategy.org/sistemas-de-energia-dirigida-nuevas-posibilidades-para-la-defensa-aerea/
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