Para un salto tecnológico es fundamental la convergencia de tres elementos clave: i) una necesidad o problema real al que es necesario buscar, urgentemente, una solución, ii) una idea innovadora que plantee un enfoque novedoso, y iii) un conjunto de avances tecnológicos que haga viable esa solución. La interacción de estos tres pilares permite pasar de la teoría a una aplicación práctica que genere un cambio significativo en un proceso, sector o en la sociedad en general. En la filosofía marxista, la relación entre cambios cuantitativos y cualitativos se entiende como la acumulación gradual de pequeños cambios cuantitativos, al alcanzar un punto crítico o «nódulo», provoca un cambio brusco y radical, un salto cualitativo, que transforma el objeto o fenómeno en algo esencialmente diferente. Les comentaré mi punto de vista de cómo sucedió con el proyecto NEXRAD.
Necesidad
La necesidad de una nueva red de radares en los Estados Unidos podemos verla en dos sentidos: necesidad tecnológica y necesidad meteorológica. El primero es la obsolescencia tecnológica de la red de radares WSR-57 que tenía el Servicio Meteorológico de los Estados Unidos. Estos radares, desplegados a finales de los años 50 y en la siguiente década, eran radares que usaban tubos de vacío y los tubos de vacío a finales de los años 70 cuando se gestaba el NEXRAD (NEXt Generation RADar) ya casi nadie en el mundo los producía. Ironías del destino, ya en los 80, la única fábrica que producía los tubos de repuestos necesarios para los del WSR-57 era una fábrica en Leningrado, sí, en la Unión Soviética. El mantenimiento de estos radares se tornaba muy difícil por los años de explotación, además, con la vulnerabilidad geopolítica de depender del «enemigo ideológico». Si mi suspicaz lector no me cree lea el artículo (entre otros muchos publicados a principios de los 90) de Associated Press, «U.S. Relies on Russian Parts For Weather Radar System», del 26 de octubre de 1992. No solo que ya los radares eran viejos, sino además que no cubrían adecuadamente el territorio de los EE.UU.
La necesidad de una nueva generación de radares venía no solo por la obsolescencia tecnológica, sino porque los radares antiguos no garantizaban la detección temprana de fenómenos meteorológicos muy destructivos. El súper brote de tornados de abril de 1974 (Super Outbreak), con más de 148 tornados en 13 estados y más de 300 víctimas fatales, evidenció lo limitado de la red de radares analógicos en la detección temprana. El huracán Alicia (1983) que impactó Texas, y algunos otros huracanes de gran intensidad, mostraron la importancia de tener mejores estimaciones de precipitación y seguimiento de la estructura interna de ciclones. Casos de inundaciones urbanas mortales en la década de 1970 y 1980 (como las de Johnstown, Pennsylvania, 1977, o las de Kansas City, 1977) destacaron que los radares existentes no ofrecían buena cuantificación de la precipitación. Los impactos recurrentes del granizo en la agricultura y en zonas urbanas, junto con el aumento de pérdidas aseguradas, fueron usados como argumentos también para procurar sistemas de detección más precisos. En los años 70 y 80 hubo varios accidentes aéreos catastróficos en EE. UU. vinculados a aeroavalanchas (microbursts) y cizalladuras del viento (wind shear), fenómenos de ráfagas descendentes muy intensas asociados a tormentas convectivas. Estos eventos demostraron que los radares convencionales no podían detectarlos a tiempo. Entre ellos: el caso del Eastern Air Lines vuelo 66 (24 de junio de 1975, JFK, Nueva York): 113 muertos, que fue uno de los primeros grandes accidentes atribuidos a la cizalladura del viento; el caso del Delta Air Lines vuelo 191 (2 de agosto de 1985, Dallas/Fort Worth): 137 muertos, este accidente se volvió emblemático; las imágenes de televisión del avión estrellado dieron gran visibilidad al problema. Hubo otros incidentes con pérdidas menores pero que reforzaron la percepción de vulnerabilidad como el de Pan Am 759 en 1982 en Nueva Orleans, con 153 muertos, también vinculado a condiciones de tormenta y aeroavalancha.
Idea
La idea del Doppler no era nueva. El despliegue del NEXRAD no surgió de la nada. Fue el resultado directo de décadas de investigación y desarrollo con radares Doppler experimentales, principalmente en universidades e instituciones científicas. Estos prototipos fueron cruciales para demostrar la viabilidad y el valor incalculable de la tecnología Doppler para la meteorología operativa.
El radar Doppler del NSSL en Norman, Oklahoma, es, sin duda, el antepasado más directo y significativo del NEXRAD. Era un radar Doppler de 10 cm que se utilizó intensivamente para la investigación de tormentas severas. Los datos recopilados aquí fueron fundamentales para desarrollar los algoritmos que luego usaría el NEXRAD para detectar mesociclones (la firma de rotación de un tornado) y aeroavalanchas (microbursts en inglés, reventón para los españoles). Fue el banco de pruebas donde se confirmó que se podía «ver» dentro de la tormenta. Los investigadores del MIT fueron líderes teóricos en el desarrollo del radar Doppler para meteorología. Desarrollaron sofisticados algoritmos y técnicas de procesamiento de datos. Desde inicio de los 60, Lhermitte, Atlas y Battan desarrollan los fundamentos del radar Doppler. En una segunda generación, Doviak y Zrnic, investigadores del NSSL fundamentan toda la teoría de los radares Doppler, que dio origen al NEXRAD.
En el Joint Doppler Operational Project (JDOP, 1976-1979) todo el conocimiento anterior sobre los radares Doppler vino a cristalizar ofreciendo a las autoridades y a la opinión pública una demostración convincente de que los radares Doppler no eran unos meros instrumentos sofisticados para que los científicos estudiaran la física de la atmósfera, sino que podían proporcionar beneficios operativos tangibles al Servicio Meteorológico Nacional (NWS). La detección temprana (hasta con 15-20 minutos de antelación a que el tornado tocara tierra, la detección de aeroavalanchas y cizalladuras del viento. Ya con anterioridad se habían demostrado las habilidades de los radares en la detección de focos de granizo y la estimación cuantitativa de las precipitaciones para la alerta temprana de inundaciones súbitas.
Avances tecnológicos
Por último llegamos a los avances tecnológicos que hicieron posible el surgimiento del NEXRAD. Yo pienso que el toque fundamental de que esta idea del Doppler operativo pudiera ser una realidad fueron los avances en las computación y la electrónica. La teoría del procesamiento de las señales para la extracción de la información de las velocidades Doppler era conocida desde mucho antes (desde principios de los 60 cuando se desarrollaron diversos prototipos de radares Doppler); pero su implementación práctica en tiempo real, solo vino a ser posible en la segunda mitad de los años 80, justo cuando Raytheon y Unisys ponían a prueba sus prototipos. Justamente, yo creo que la balanza se inclinó a favor de Unisys porque previamente Sperry (Unisys era Sperry + Burroughs, ambos fabricantes de computadoras mainframe) había comprado la división de Control Data Corporation (otro fabricante de mainframes) que había participado en JDOP en la materialización de los procesadores de señales y los displays de tiempo real que se usaron en JDOP. Unisys, en su prototipo no usó mainframes de las que ellos producían, sino que apeló a usar minicomputadoras con procesamiento distribuido que permitía correr complejos algoritmos de detección de fenómenos del viento en tiempo real.
La computación avanzaba muy rápido en esos años. La enorme mayoría de radares automatizados en aquella época usaban minicomputadoras como las famosas PDP-11 o sus similares. En el año 1988, nosotros, los ingenieros cubanos que un par de años más tarde pasaríamos a llamarnos LADETEC, logramos la novedad mundial de hacer la primera automatización de un radar usando una «microcomputadora», es decir, una computadora personal. La llamamos Sistema HERMES. Unos meses más tarde, en ese mismo año, la EEC la usó en sus radares y el NEXRAD ya en su implementación seriada también pasó de las minicomputadoras a las PC.
La aparición de procesadores digitales de señales integrados como los de Texas Instruments, también facilitaron el desarrollo del procesamiento de señales Doppler en tiempo real, un avance que no existía antes, por lo que los prototipos de radares Doppler eran solo para investigaciones experimental por el gran volumen que abarcaban.
Disponibilidad financiera
NEXRAD fue un proyecto de miles de millones de dólares estadounidenses. Cualquiera puede pensar que Estados Unidos estaba en años de bonanza económica cuando se decidió a lanzarse a un proyecto de esta envergadura; pero no fue así. Durante las décadas de 1980 y 1990, Estados Unidos enfrentaba déficits presupuestarios federales significativos y una deuda nacional en aumento. Esta realidad creaba un ambiente de escrutinio intenso para cualquier gasto público grande, exigiendo una justificación sólida. La deuda nacional de EE.UU. en 1988 era de 2.6 billones (en español un billón es un millón de millones), en 1997 (cuando se terminó el despliegue del NEXRAD) era de 5.4 billones, en 20024/20025 ya es de 34.4+ billones!!! Solo para que el lector tenga una referencia.
El presupuesto federal de EE.UU. es siempre un campo de batalla entre distintas prioridades (defensa, salud, educación, infraestructura), pienso yo que igual que en cualquier otro país. Un proyecto de miles de millones de dólares para modernizar el servicio meteorológico tenía que competir contra estos otros sectores críticos. El NEXRAD en particular enfrentó sobregastos y demoras, eso hizo que alrededor de 1992 tuviera que enfrentar muy duras críticas en la sociedad y en el congreso. Si mi insaciable lector quiere estudiar más sobre esto (como hice yo hace muchos años) le sugiero que lean el artículo publicado por John J. Fialka en el Washington Post el 4 de agosto de 1992 con el título: «NEXRAD Program Had a Bumpy Start; Weather Service’s Radar Project 2 Years Behind Schedule». Sí, los inversores estaban impacientes. Estos problemas hicieron que el proyecto fuera un blanco fácil para las críticas de quienes abogaban por una mayor austeridad fiscal, obligando a repetidas revisiones y justificaciones ante el Congreso.
A pesar de los pesares..se aprobó y se ejecutó
No obstante lo caro, los retrasos y los inconvenientes, el proyecto NEXRAD fue aprobado y ejecutado, culminando en 1997 el despliegue de los 159 radares Doppler que se denominaron WSR-88D porque os estudios realizados por la NOAA y otras agencias proyectaron que los beneficios económicos del NEXRAD superarían con creces su costo. Se estimó que las mejoras en las alertas meteorológicas salvarían vidas y evitarían entre $300 y $500 millones anuales en daños a la propiedad, la agricultura y la aviación. Una relación beneficio-costo tan positiva (usualmente muy por encima de 3:1 o 4:1) hizo que la inversión fuera casi imposible de rechazar. La mejora de la predicción de tornados y huracanes es una cuestión de seguridad nacional y seguridad pública, un área que tradicionalmente recibe apoyo tanto de demócratas como de republicanos. Los congresistas de las regiones propensas a tornados (el «Tornado Alley») y huracanes (las costas) presionaron activamente para su financiación. La memoria de desastres recientes (arriba mencionados como el Super Outbreak de 1974) mantenía la presión pública alta. Un factor favorable es que el presupuesto no se desembolsó de una sola vez. El programa se extendió por más de una década (desde la financiación de I+D en los 80 hasta el despliegue completo en los 90). Esto significaba que el impacto fiscal anual era manejable dentro de los presupuestos de las agencias responsables (NOAA, FAA y Departamento de Defensa). Se consideró que no modernizar el sistema no era una opción; su colapso total sería catastrófico. La pregunta no era «¿gastamos o no?», sino «¿gastamos ahora en una solución moderna o gastamos mucho más más tarde en parches y en costos por desastres no avisados?».
Estados Unidos se vio condicionado a ejecutar el programa NEXRAD por una confluencia de factores: una tecnología obsoleta y difícil de mantener, la imperiosa necesidad de mejorar la detección de fenómenos mortales como tornados, la presión social tras desastres naturales, y el momento oportuno en el que la investigación y la tecnología hicieron posible materializar el proyecto para crear un sistema de alerta temprana moderno y eficaz.
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Pues sí amable lector, el estudio del proyecto NEXRAD nos permitió sacar experiencias y automatizar nuestra red de radares primero y luego pasar a nuestros radares Doppler, orgullosamente desarrollados e implementados por indicaciones de nuestro Comandante en Jefe Fidel Castro.
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