Antes de la radio, los ejércitos y los gobiernos enviaban mensajes a través de campo abierto con luz. Un heliógrafo de espejo destellaba la luz del sol en código Morse. Las torres de semáforo y las banderas de mano deletreaban letras por la posición de los brazos o de las banderas, y las lámparas transportaban códigos de destellos después de oscurecer. Todos estos sistemas necesitaban una vista despejada entre estaciones, de modo que quienes los construyeron ubicaron las estaciones en terreno alto y las encadenaron, aceptando el retraso y el riesgo que cada relevo añadía. Un administrador de radio que ubica un repetidor (repeater) VHF o un salto de microondas trabaja bajo esas mismas restricciones. Este texto cubre el equipo, en qué se apoyan realmente los alcances reportados, la red del Ejército de Estados Unidos de 1886 en Arizona y Nuevo México, y lo que se traslada a la radio.

Luz del sol y un manipulador: cómo un heliógrafo enviaba Morse

El heliógrafo usaba un espejo plano para reflejar la luz del sol hacia una estación lejana. El operador fragmentaba el haz en destellos largos y cortos, y el operador receptor los leía como código Morse. El diseño más asociado con el uso militar suele atribuirse a Henry Mance, ingeniero británico de telégrafos que trabajaba en la región del golfo Pérsico, y la fecha que se da comúnmente es 1869. La luz solar reflejada ya se había usado a grandes distancias antes de eso. Los agrimensores empleaban el heliotropo, un instrumento que Carl Friedrich Gauss desarrolló a principios del siglo XIX, para hacer visibles puntos lejanos de triangulación, de modo que se sabía que la luz reflejada podía verse a muchas millas antes de que alguien la usara para transportar mensajes. El aporte de Mance fue un instrumento portátil que un soldado podía apuntar con precisión y manipular rápidamente en el campo.

El instrumento de campo se montaba sobre un trípode y tenía un espejo, un dispositivo de puntería y un manipulador. El operador usaba una mira o una varilla para alinear el espejo de modo que el haz reflejado cayera sobre la estación receptora. En algunos modelos, al pulsar el manipulador se inclinaba levemente el espejo y el haz se desviaba de la estación lejana, y en otros una persiana interrumpía el haz. Cuando el sol quedaba detrás del operador, un solo espejo no podía lanzar la luz hacia adelante, así que un segundo espejo rebotaba la luz solar sobre el primero. La estación receptora observaba con un telescopio, y el observador anotaba directamente los puntos y las rayas o los cantaba a alguien que los registraba.

Dos rasgos de la física condicionaron el uso del instrumento. El haz reflejado se abre aproximadamente según el diámetro aparente del sol, cerca de medio grado, de modo que a 30 millas tiene del orden de un cuarto de milla de ancho, lo bastante para apuntarlo a mano y lo bastante estrecho para que un observador muy apartado de la línea entre las dos estaciones no pudiera ver los destellos. El sol además se desplaza por el cielo a cerca de un cuarto de grado por minuto, que es aproximadamente la mitad del ancho del haz, por lo que el operador debía reajustar el espejo durante todo el mensaje o el haz se desviaría de la estación receptora, y como el instrumento era inútil sin sol directo, resultaba mucho más apropiado para el país seco y despejado de Afganistán, Sudáfrica y el suroeste estadounidense que para lugares de nubosidad frecuente.

Brazos, persianas y banderas: el semáforo en torres y en la mano

El semáforo mecánico llegó mucho antes que el heliógrafo. En Francia, en la década de 1790, Claude Chappe y sus hermanos construyeron una cadena de torres, cada una con una viga giratoria con brazos móviles en sus extremos, y un operador en cada torre observaba la siguiente con un telescopio y reproducía la posición que veía. La primera línea, entre París y Lille, suele fecharse en 1794. La historia que se cuenta comúnmente dice que la noticia de la recuperación francesa de Condé frente a las fuerzas austriacas llegó a París por esa línea en cerca de una hora, en agosto de 1794. La recuperación misma está bien documentada, pero yo no he verificado el tiempo de transmisión contra los registros propios de la línea, y los relatos lo enuncian con distintos grados de precisión. La red francesa creció después hasta convertirse en un sistema nacional que funcionó durante décadas, hasta que el telégrafo eléctrico lo desplazó.

A mediados de la década de 1790, el Almirantazgo británico construyó su propia línea desde Londres hasta la costa en Deal, con un bastidor de seis persianas que podían abrirse o cerrarse para formar combinaciones, un diseño asociado con Lord George Murray, y las líneas posteriores del Almirantazgo pasaron a usar brazos de semáforo. En todos estos sistemas la separación entre estaciones dependía del terreno, de la altura de la torre y de los telescopios disponibles, y las estaciones solían estar a varias millas, o a una docena o más, unas de otras. Cada estación necesitaba operadores de turno durante las horas de luz y una vista despejada en ambas direcciones, de manera que la capacidad de toda la línea quedaba determinada por su estación más débil en su peor día de visibilidad.

Las banderas de mano llevaron el mismo principio a los brazos de un soldado. En Estados Unidos, Albert J. Myer, cirujano del Ejército que en 1860 se convirtió en su primer oficial de señales, ideó el sistema wig-wag, en el que una sola bandera agitada a la izquierda o a la derecha de la vertical representaba elementos de un código y las antorchas reemplazaban la bandera de noche. El wig-wag se usó mucho durante la Guerra Civil desde cimas de colinas y torres de señales construidas para ese fin, y el manual de señales de Myer tuvo varias ediciones después de la guerra. El semáforo de dos banderas, en el que el ángulo de cada brazo marca una letra, se volvió estándar en las armadas y más tarde en el escultismo. Las banderas eran baratas y no necesitaban sol, pero su alcance estaba limitado por lo que un telescopio podía resolver, y un enemigo que observara desde un costado podía leerlas tan fácilmente como la estación a la que iban dirigidas.

De noche y bajo las nubes: las lámparas de señales y sus límites

Las lámparas extendieron la señalización visual a la noche y a condiciones que bloqueaban el sol. Una lámpara de señales concentraba su luz con una lente o un reflector y usaba una persiana o un manipulador para producir destellos en Morse, de modo que los mismos operadores y códigos podían trabajar el heliógrafo de día y la lámpara de noche. Los ejércitos usaron lámparas de aceite y luego de acetileno a fines del siglo XIX, y en el siglo XX las armadas adoptaron lámparas eléctricas con persiana, de las cuales la lámpara Aldis es la más conocida por nombre. Las armadas conservaron la señalización luminosa mucho después de la llegada de la radio porque un haz de luz estrecho podía pasar un mensaje entre buques en formación sin producir una emisión de radio que el enemigo pudiera detectar o usar para tomar una marcación.

Una lámpara no dependía del sol, así que funcionaba durante la noche, y un enlace que se apagaba bajo las nubes a veces podía continuar con lámparas, pero su fuente de luz era mucho más débil que la luz solar directa, por lo que sobre el mismo trayecto una lámpara alcanzaba en general una distancia menor que un heliógrafo en un día despejado, y las instrucciones de señalización de la época trataban los alcances de lámpara como más cortos. El combustible, las mechas, los mantos o las baterías había que subirlos hasta una estación en la cima y mantenerlos secos, lo que se sumaba a la carga de suministros que ya llevaba toda estación visual.

Todo tipo de señalización visual fallaba con el mismo clima. La bruma, el polvo, el humo, la lluvia y la niebla acortaban el alcance o detenían un enlace por completo, y el espejismo de calor cerca del suelo podía dificultar la lectura de un destello aun cuando fuera visible. Una ruta que funcionaba a media mañana podía dejar de funcionar con el polvo de la tarde, y los operadores no tenían modo de explicarle a la estación lejana por qué el enlace se había silenciado. Por esa razón, los comandantes que dependían de enlaces visuales mantenían mensajeros montados en servicio junto a ellos para las horas en que las estaciones de señales no podían verse entre sí.

Alcances reportados: qué determinaba la distancia y por qué las cifras no coinciden

Los relatos populares sobre el heliógrafo dan alcances que difieren en un factor de varias veces, y la mayor parte del desacuerdo proviene de mezclar distintos tipos de cifra. Un alcance de trabajo es la distancia a la que una unidad podía esperar señalizar de forma confiable con un instrumento estándar en condiciones normales. Un récord es el enlace más largo que alguien logró en condiciones ideales con sitios cuidadosamente elegidos. Una anécdota es una distancia que alguien recordaba. Un relato que dice que el heliógrafo alcanzaba 50 millas, o 100, o más de 180 puede estar citando cualquiera de ellas sin decir cuál.

La física explica por qué las cifras se dispersan tanto. El brillo del destello en la estación receptora depende sobre todo del área del espejo y disminuye con el cuadrado de la distancia, de modo que duplicar la distancia exige cuatro veces el área del espejo para el mismo brillo aparente, si todo lo demás permanece igual. El aire limpio y seco, un sol alto, un trayecto elevado por encima de la capa polvorienta cercana al suelo, un buen telescopio y un observador hábil extienden el alcance, mientras que la bruma lo acorta más de lo que cualquier aumento práctico del tamaño del espejo puede recuperar. Los instrumentos de campo se construían con espejos pequeños, dimensionados para que los cargara un hombre o una bestia de carga, y los espejos más grandes se reservaban para estaciones fijas o para enlaces deliberadamente largos.

El enlace más largo que se cita usualmente fue una prueba en la década de 1890 entre cimas de montañas en Utah y Colorado, a una distancia de más de 180 millas, que las entradas de enciclopedia y las historias populares atribuyen al Cuerpo de Señales del Ejército de Estados Unidos. No he visto el informe original de esa prueba, por lo que trato la cifra como un récord reportado y no como uno establecido. Aun tomando la cifra al pie de la letra, describe el mejor caso entre dos cimas muy altas en aire excepcionalmente claro y dice poco sobre lo que podía esperar una estación de campo. Los manuales de señales británicos y estadounidenses de la época daban en general alcances de trabajo para sus instrumentos estándar bajo condiciones declaradas, y esas cifras eran mucho más cortas que los récords. No reproduzco aquí números específicos porque los manuales tuvieron muchas ediciones y los instrumentos cambiaron entre ellas, de modo que quien necesite una cifra debe tomarla de una edición identificada de las instrucciones de señalización del Ejército británico o del manual del Cuerpo de Señales de Estados Unidos y citarla junto con la edición y las condiciones que supone.

Arizona y Nuevo México, 1886: la red de heliógrafos contra Gerónimo

El uso estadounidense más conocido del heliógrafo se dio en 1886, durante la campaña final contra Gerónimo y los apaches chiricahuas que lo acompañaban. En marzo de ese año, tras las conversaciones en Cañón de los Embudos, en el norte de México, Gerónimo y un grupo de seguidores se marcharon antes de que se completara la rendición pactada con el general George Crook. Crook pidió que lo relevaran y en abril lo reemplazó el general de brigada Nelson A. Miles, quien asumió el mando del Departamento de Arizona. Una de las primeras medidas de Miles fue una red de estaciones de heliógrafo en cimas del sur de Arizona y el suroeste de Nuevo México.

Las estaciones se ubicaron para vigilar los valles y pasos que usaban los apaches, para reportar avistamientos y para pasar mensajes entre puestos y columnas de campo más rápido de lo que podían cabalgar los correos, y cada estación necesitaba una dotación que supiera operar el instrumento y defenderse, y que en ese terreno además requería agua y raciones llevadas hasta la cima. Los relatos de la red dan distintos conteos de estaciones y distintos totales de mensajes manejados. No los he conciliado con el informe del propio Miles, así que no doy aquí una cifra única. Los informes del departamento de ese año se publicaron junto con el informe anual del Secretario de Guerra, y quien necesite la lista de estaciones y los conteos de mensajes debe buscar allí y no apoyarse en un resumen secundario.

La versión dramática de esta historia, según la cual el heliógrafo dio caza a Gerónimo, es un mito, o en el mejor de los casos una exageración enorme. El teniente Charles Gatewood, acompañado por dos exploradores apaches, Martine y Kayitah, localizó a la banda de Gerónimo en México a fines de agosto y negoció con él. Gerónimo se rindió ante Miles en Skeleton Canyon, Arizona, a comienzos de septiembre de 1886. La columna del capitán Henry Lawton había pasado meses persiguiendo a la banda por terreno difícil en México, y también había fuerzas mexicanas en el campo. Los propios relatos de Miles dieron un lugar destacado a la red de heliógrafos, mientras que los historiadores posteriores han dado en general más peso a los exploradores y a la negociación.

Lo que la red sí demostró fue que una cadena de relevos visuales podía cubrir una extensa franja de montaña y desierto y seguir transportando tráfico a lo largo de muchos saltos durante meses, en un país cuyo clima le convenía, y también mostró los costos. Cada cima debía ocuparse y abastecerse, y una tormenta de polvo o un banco de nubes sobre una sola estación rompía la cadena en ese punto, de modo que la ventaja de velocidad sobre un correo dependía de que los mensajes fueran cortos y de que cada estación de la ruta pudiera ver a sus vecinas en el momento en que se enviaba el mensaje.

Estaciones de relevo: ubicación, personal y el retraso que añadía cada salto

Un enlace visual era una cadena de saltos punto a punto, y planificarlo era casi el mismo problema que enfrenta hoy un ingeniero de microondas. El planificador necesitaba sitios que pudieran ver cada uno al siguiente, con algún margen para que la bruma ordinaria no cerrara el trayecto, y la ruta debía rodear el terreno que bloqueaba la vista. Cada salto adicional significaba otro sitio que ocupar y abastecer, y donde no existía un trayecto directo, una estación intermedia en una cima existía solo para retransmitir, el equivalente visual de un sitio repetidor de microondas construido únicamente para sortear una cresta.

Retransmitir costaba tiempo. Según la práctica habitual, una estación intermedia recibía el mensaje completo y lo anotaba antes de enviarlo, en lugar de pasar cada destello a medida que llegaba, de modo que un mensaje que cruzaba cinco saltos tardaba al menos cinco veces más en transmitirse que sobre un solo enlace, más el tiempo que cada estación dedicaba a conseguir la atención de la siguiente. La manipulación del heliógrafo era lenta en comparación con una línea telegráfica, porque cada destello debía ser lo bastante distinto para leerse a través de un telescopio a distancia, así que los mensajes largos resultaban caros y se entrenaba a los señalizadores para mantenerlos breves.

Retransmitir también multiplicaba las probabilidades de error y de falla total. Cada estación que copiaba y reenviaba un mensaje podía leer mal una letra o perder una palabra, y nada en la cadena corregía un error una vez que se había pasado, y cada estación era además un lugar donde el clima o un operador ausente podía detener el tráfico. La misma aritmética se aplica a una cadena moderna de enlaces troncales (backhaul). Si cada uno de cinco saltos en serie está disponible el 99,9 por ciento del tiempo y sus fallas son independientes, la cadena completa está disponible cerca del 99,5 por ciento del tiempo, lo que equivale aproximadamente a cinco veces el tiempo fuera de servicio de un solo salto. Esas cifras son una ilustración aritmética y no una especificación para ningún sistema real, pero muestran por qué el número de saltos en serie importa tanto como la calidad de cada uno.

Horizonte y zona de Fresnel: dónde la luz y la radio comparten reglas y dónde se separan

La señalización visual y la radio VHF o de microondas comparten una restricción básica, que es que la curvatura de la tierra y el terreno entre dos estaciones pueden bloquear el trayecto. Una estación en terreno bajo ve un horizonte cercano, y la altura es lo que empuja ese horizonte hacia afuera, razón por la cual quienes planificaban los heliógrafos ubicaban sus estaciones en las cimas. Para la radio en condiciones atmosféricas estándar, una regla práctica común da la distancia al horizonte radioeléctrico en millas como la raíz cuadrada del doble de la altura de la antena en pies. Sobre terreno liso, la distancia utilizable entre dos antenas es aproximadamente la suma de sus dos distancias al horizonte, de modo que una antena repetidora a 100 pies de altura y un portátil sostenido a unos 6 pies dan aproximadamente 14 más 3,5 millas, o cerca de 17 a 18 millas sobre terreno plano, y los edificios, los árboles o las colinas lo acortan todavía más.

La luz y la radio se separan en cuanto a cuánto espacio libre necesita el trayecto. La energía de radio no viaja solo a lo largo de la delgada línea entre dos antenas, sino que una parte significativa viaja dentro de una elipse alrededor de esa línea llamada primera zona de Fresnel (Fresnel zone), y una obstrucción que invada la zona lo suficiente debilita la señal aun cuando las dos antenas se vean entre sí. El ancho de la zona depende de la longitud de onda y de la longitud del trayecto. La fórmula estándar, aplicada en el punto medio de un trayecto de 20 millas, da un radio de la primera zona de Fresnel de aproximadamente 400 pies a 150 MHz y de aproximadamente 65 pies a 6 GHz, mientras que para la luz visible el radio es de unas pocas pulgadas. Un haz de heliógrafo podía rozar una cresta y aun así leerse, en tanto que un salto de microondas sobre la misma cresta necesita decenas de pies de despeje, y una regla de diseño citada comúnmente exige que al menos el 60 por ciento de la primera zona de Fresnel esté libre.

La VHF también difiere de la luz en sentido contrario, porque su mayor longitud de onda se curva sobre los obstáculos y alrededor de ellos en un grado que la luz no puede, razón por la cual un portátil VHF funciona a menudo a cierta distancia dentro de una sombra de terreno que ninguna señal visual podría alcanzar, y por la que la cobertura VHF se predice mejor con un modelo de propagación que preguntando si dos puntos pueden verse. En condiciones estándar, la refracción atmosférica curva la radio algo más que la luz. Una estratificación inusual de la atmósfera puede ocasionalmente llevar señales VHF o de microondas mucho más allá de su alcance normal, o desviar un haz de microondas de su objetivo, y la lluvia fuerte absorbe la energía de microondas en las frecuencias más altas, y se vuelve por lo general una preocupación de diseño por encima de aproximadamente 10 GHz. Un señalizador visual al menos podía ver venir la bruma, pero los efectos del clima sobre la radio son invisibles desde la estación y hay que encontrarlos en los estudios de trayecto y en los registros del sistema.

Procedimiento en un enlace con relevos: conteo de palabras, repeticiones y lo que heredó la radio

Los señalizadores desarrollaron procedimientos para proteger los mensajes que tenían que pasar por varias manos. La práctica general, tomada del trabajo telegráfico, daba a cada mensaje un número y un encabezado y contaba sus palabras, de modo que una estación receptora pudiera confirmar que el conteo coincidía y pedir la repetición de la palabra faltante y no del mensaje completo. Las estaciones receptoras acusaban recibo de cada mensaje para que el remitente supiera que había llegado, y los operadores usaban señales de procedimiento breves para llamar, esperar, repetir y terminar, con el fin de manejar la cadena sin conversación en lenguaje claro que habría requerido más destellos que el mensaje mismo.

Buena parte de eso sobrevive en la radio. El formato formal de mensaje de la radioafición, usado en las redes de tráfico de emergencia, todavía lleva un número de mensaje, una precedencia, la estación de origen y una verificación que es el conteo de palabras del texto, y un operador que retransmite un mensaje formal pasa el encabezado sin cambios para que el receptor final pueda comparar el conteo. El procedimiento de radio militar toma palabras de procedimiento (prowords) y reglas de acuse de recibo de la época visual y telegráfica. La radio de voz de seguridad pública abandonó en su mayoría esta formalidad, lo cual es razonable para el tráfico corto de despacho entre dos partes que pueden oírse directamente, pero lo es menos para un mensaje que debe pasar por un operador de relevo en un incidente grande o por una pasarela interconectada (patched gateway), porque cada traspaso puede perder una palabra del mismo modo en que podía hacerlo una estación de relevo de heliógrafo.

La herencia más profunda está en la planificación de sitios. Los oficiales de señales elegían las estaciones a partir de mapas y reconocimiento y luego confirmaban cada enlace probándolo, y un sistema de radio se planifica de la misma manera, con bases de datos de terreno y software de propagación, y se verifica después con pruebas de recorrido y mediciones de trayecto. La era del heliógrafo también estableció que un sitio de relevo solo es tan útil como lo permita su peor día de operación, y que una cadena de saltos necesita una alternativa planificada para la hora en que una estación se apaga, dos puntos que se aplican directamente a la red troncal de microondas y fibra detrás de un sistema multisitio y a los relevos temporales que un líder de la unidad de comunicaciones (Communications Unit Leader, COML) instala en un incidente grande, donde un solo repetidor portátil en una cima puede llevar todos los canales tácticos del incendio.

Qué hacer en su agencia

• El administrador del sistema de radio debe obtener el perfil del trayecto de cada salto de microondas de la red troncal, confirmar que muestre el despeje de la zona de Fresnel según el criterio de diseño y la fecha del último estudio de vegetación o de construcciones a lo largo del trayecto, y enumerar todo salto que no tenga un perfil archivado.
• El administrador del sistema de radio debe redactar una lista de una página con cada sitio que queda en serie entre las consolas de despacho y cada sitio transmisor, marcar cuáles son de solo relevo y entregarla al gerente del centro de comunicaciones con una línea por sitio que indique qué cobertura se pierde si ese sitio falla.
• El director de manejo de emergencias, o quien mantenga el plan de continuidad de las comunicaciones, debe añadir a ese plan un párrafo que nombre la ruta alterna para el tráfico si el sitio de relevo más ocupado sale del aire y que nombre el rol que decide el cambio.
• El jefe del taller de radio debe confirmar, para cada sitio de relevo remoto o de cima, la fecha de la última prueba del generador y de la verificación de combustible y si el acceso en invierno o en tormenta está documentado, y debe registrar cualquier vacío en la bitácora de mantenimiento del sitio.
• El COML o el oficial de capacitación en comunicaciones debe añadir al próximo simulacro programado de comunicaciones o de ARES un ejercicio en el que un mensaje escrito de treinta a cincuenta palabras se retransmita a través de dos estaciones intermedias, y luego comparar el texto recibido y el conteo de palabras con el original y registrar cada error.
• El oficial de capacitación que mantiene el material de historia u orientación debe revisar toda diapositiva que atribuya al heliógrafo la captura de Gerónimo o que dé un único alcance de heliógrafo sin fuente, y corregirla para que nombre la fuente y describa la cifra como un alcance reportado.

Puntos clave

• El heliógrafo enviaba código Morse destellando luz solar reflejada, el diseño de campo suele atribuirse a Henry Mance hacia 1869, y el instrumento dependía por completo del sol directo y de un reapuntado constante a medida que el sol se movía.
• El semáforo de torres de Chappe en Francia en la década de 1790, las líneas de persianas y de semáforo del Almirantazgo británico, el wig-wag de Myer y el semáforo de dos banderas dependían todos de líneas de vista despejadas entre estaciones, con la separación fijada por el terreno y la altura de las torres.
• Las lámparas de señales llevaban los mismos códigos de noche y bajo las nubes, pero en general alcanzaban distancias menores que un heliógrafo a pleno sol, y las armadas las conservaron porque la luz no deja una emisión de radio que el enemigo pueda detectar.
• Las cifras de alcance del heliógrafo en los relatos populares mezclan alcances de trabajo, récords y anécdotas, por lo que toda cifra debe citarse con su fuente, su edición o fecha y las condiciones que supone.
• Miles construyó una red de heliógrafos en el sur de Arizona y Nuevo México en 1886, pero la afirmación de que dio caza a Gerónimo es un mito, porque la rendición llegó mediante la negociación de Gatewood con la ayuda de dos exploradores apaches tras meses de persecución.
• Cada salto de relevo añadía tiempo de transmisión, un sitio que abastecer y una nueva posibilidad de error, y la misma aritmética implica que una cadena de saltos de microondas en serie tiene más tiempo fuera de servicio que cualquiera de sus saltos por separado.
• La luz y la radio comparten el problema del horizonte, pero las microondas además requieren un despeje de la zona de Fresnel de decenas de pies que un heliógrafo nunca necesitó, mientras que la VHF se curva hacia la sombra del terreno donde la luz no llega.
• Los conteos de palabras, los mensajes numerados y los acuses de recibo se desarrollaron para proteger el tráfico visual retransmitido, y sobreviven en el formato formal de mensaje de la radioafición que las agencias pueden usar siempre que el tráfico deba pasar por un operador de relevo.