Keith Lucas murió al instante cuando su biplano BE2 se estrelló con otro que iba pilotado por uno de sus camaradas sobre la llanura de Salisbury, el 5 de octubre de 1916. Como capitán de las Royal Flying Corps, Lucas probablemente sabía que la muerte era una posibilidad muy real si quería apoyar de forma directa a Gran Bretaña durante la guerra.
Pero Lucas no era piloto de vocación, sino un fisiólogo bastante bueno que había sido aceptado como miembro de la prestigiosa organización científica Royal Society en 1913. ¿Qué es lo que hizo que se decidiera a dejar la seguridad de su laboratorio en Cambridge para empezar a volar y acabar muriendo de forma prematura?
Empecé a tener curiosidad sobre la motivación y las circunstancias que hicieron que Lucas acabara en esa cabina cuando hacía un curso sobre un grupo extraordinario de pioneros en aviación: hace poco más de 100 años, un grupo de matemáticos y científicos empezó a interesarse por la Royal Aircraft Factory.
Era un lugar en donde podían ejercer su oficio en el corazón de los intentos británicos para arrancar la aeronáutica de ala fija durante su génesis. Sin embargo, no tardarían en darse cuenta de que si querían completar su misión, tenían que aprender a volar ellos mismos.
La suya es una historia de logros técnicos, flexibilidad e ingenio en un nuevo campo de la ingeniería, a un buen ritmo que estaba impulsado por las necesidades y los incentivos del conflicto. También es una historia marcada por la valentía, el compromiso, la persistencia y la tragedia.
En 2017, podemos usar las matemáticas para predecir el éxito o el fracaso de la estructura de una aeronave introduciendo unos datos en el ordenador desde la comodidad de la silla de la oficina. Pero hace 100 años, las cosas eran muy diferentes: Lucas y sus colegas tuvieron que someterse a cabinas de congelación y se involucraron en versiones aéreas de la ruleta rusa con el fin de ampliar significativamente nuestros conocimientos sobre aeronáutica y muchos de aquellos científicos tuvieron que pagar el precio más alto.
Buscando a Lucas
Después de seis meses tras la pista de estos innovadores de aventura, lo más difícil era encontrar información sobre Lucas. Sabía que había sido llamado a trabajar en el diseño de brújulas en Farnborough, donde estaba la Royal Aircraft Factory, pero los detalles de su participación exacta en las actividades de guerra eran vagos. Después de haber agotado todas las líneas convencionales de investigación, surgió la casualidad.
Mientras veía el tiempo en la BBC me di cuenta de que una buena pista me estaba, literalmente, mirando a la cara. La presentadora era Sarah Keith-Lucas y yo ya sabía que la familia Lucas había cambiado su apellido por el de “Keith-Lucas” como señal de respeto tras el trágico accidente. ¿Había relación?
La verdad es que me emocioné cuando Sarah respondió a mi correo electrónico y me confirmó que era uno de los bisnietos de Lucas. También me enteré de que su tía, Mary Benjamin, era la que guardaba los archivos de la familia y que aún conservaba una gran cantidad de material interesante que estaba dispuesta a compartir conmigo. Lo que es más, el padre de Sarah, Chris, estaba en posesión de una o dos brújulas originales de Lucas. De repente la investigación se había vuelto más interesante que nunca.
Llegué a la hermosa casa de Mary y me encontré con un alijo de tesoros relacionados con Lucas que había preparado para mi investigación, desde libros y artículos a fotografías personales y cartas. Incluso Chris había traído las brújulas de Lucas para mi deleite. Después de unas horas de lectura, toma de notas y conversaciones muy agradables, había había aprendido mucho acerca de Lucas. Sin embargo, todavía una gran parte de su trabajo en Farnborough seguía siendo un misterio y solamente había un fichero que quedaba por abrir.
Mary creía que el fichero solo contenía material relacionado con la fisiología y que no me sería de interés, pero decidimos echarle un vistazo rápido de todos modos. Efectivamente, estaba lleno de reflexiones académicas detalladas sobre músculos y nervios, pero en la parte inferior había un sobre marrón grueso, sin marcar. Rápidamente lo abrí esperando más de lo mismo pero, para mi deleite, era el filón de la aeronáutica: montones de planos y exposiciones experimentales relacionadas que documentaban todo el trabajo de Lucas en Farnborough.
La experiencia fue todo un ejemplo de cómo un archivo inesperado puede aparecer de repente y ayudar a que avance la investigación. Antes de despedirme, me puse a contemplar un artículo en particular, el cuaderno de bitácora de vuelo de Lucas, cuidadosamente mantenido por Mary y que detallaba las aventuras de su abuelo volando sobre la llanura de Salisbury. Tengo una serie de cuadernos similares en los que cada entrada representa una historia corta de mi vida como piloto y me hizo apreciar lo afortunado que he sido hasta ahora. Los registros de Lucas eran muy breves en comparación con los míos.
Todavía estoy asimilando todo este maravilloso material, pero lo que está claro es que Lucas jugó un papel decisivo en el diseño y prueba de una brújula fiable para la aviación. También tuvo un papel protagonista en el desarrollo de equipos de defensa contra bombas.
La primera generación de visores de bombardeo había sido muy poco fiable si el avión cabeceaba de arriba a abajo por alguna perturbación en el aire. Para poder desarrollar un dispositivo de focalización más preciso, era necesario encontrar una forma de registrar la naturaleza y la duración de dichas oscilaciones de cabeceo. La invención de Lucas, el “fotoquimógrafo”, era una pieza de equipo analítico que cumplía este requisito perfectamente y sin duda habría hecho que W Heath Robinson se sintiera orgulloso.
Un héroe anónimo
Sin embargo, Lucas estaba siguiendo la estela de otro hombre, uno que quizás se merece más el título de “héroe anónimo” entre los matemáticos de la Royal Aircraft Factory: Edward Teshmaker Busk. A diferencia de los pioneros de la aviación industrial que pasaron a ser conocidos, hombres como Geoffrey de Havilland o Frederick Handley Page, pocas personas han oído hablar de Busk. Pero si no fuera por él, los pilotos de la Royal Flying Corps puede que hubieran tenido que ir a la guerra en aviones sin estabilidad intrínseca.
Después de graduarse en el King’s College de Cambridge, Busk fue seleccionado para unirse a la Royal Aircraft Factory en 1912 para liderar un equipo que pudiera comprender el rendimiento de los aviones contemporáneos. Los diseñadores de aviones no podían entender por qué los aviones no siempre regresaban a su trayectoria de vuelo original tras haber sido afectados por una perturbación.
La cuestión fundamental era determinar la naturaleza de las oscilaciones que la aeronave experimentaba tras, por ejemplo, un golpe por una fuerte ráfaga de viento. ¿Cómo se podía diseñar un avión para que estas oscilaciones no afectasen a la ruta de vuelo sin que el piloto tuviera que estabilizar la aeronave? A medida que las aeronaves de ala fija se empezaron a considerar como herramientas de reconocimiento, proporcionar una plataforma estable para las observaciones se consideró un elemento clave.
La forma en la que los objetos sólidos giran en el espacio y se mueven a través de un fluido, como el agua o el aire, eran principios que ya estaban bien comprendidos en aquellos momentos. Lo que faltaba en relación con una aeronave era una comprensión completa de cómo el ascenso creado por sus alas en forma de perfil aerodinámico se modificaba con el movimiento. En particular, los diseñadores necesitaban saber cómo afectaba la interrelación entre el balanceo de la aeronave (rotación alrededor del eje longitudinal) y la desviación de la aeronave (rotación alrededor del eje vertical) a la estabilidad después de una perturbación.
La teoría fue establecida en 1911 por George Bryan, profesor de matemáticas en la Universidad de Bangor, en el norte de Gales. Byran fue capaz de resumir en un par de ecuaciones las características y condiciones de diseño necesarias para mantener la estabilidad en los aviones. El problema estaba en que estas ecuaciones no podían resolverse sin conocer ciertos parámetros que dependían de cómo las fuerzas iniciales sobre la superficie de la aeronave alteraban su movimiento alrededor de sus tres ejes.
Por desgracia, solamente se podían comprobar los datos mediante experimentos rudimentarios en túneles de viento con modelos o realizando pruebas de vuelo muy peligrosas (que eran mucho más fiables y representaban los datos a escala real). Aquí es donde todo el talento de Busk adquiría un valor incalculable porque no solo era un piloto entrenado, sino que también podía comprender plenamente las implicaciones y el razonamiento matemático, más bien prolongado y exacto, de Bryan.
Busk diseñó una serie de instrumentos de medición y llevó a cabo numerosas pruebas de vuelo para registrar los valores necesarios para definir las incógnitas en las ecuaciones de Bryan. Los llamados “derivados de resistencia” cuantificaban la orientación, el cabeceo y las desviaciones del avión cuando respondía a perturbaciones en el aire y fueron las piezas claves necesarias para completar el puzzle matemático. Como resultado, Busk fue capaz de desentrañar los misterios de la estabilidad, un esfuerzo que llevó en 1913 a la producción de posiblemente el primer avión inherentemente estable, el RE1.
Lamentablemente, Busk no llegaría a ver la importante contribución que tuvo su trabajo en los esfuerzos de guerra. Durante un vuelo de prueba el 5 de noviembre de 1914, una chispa perdida del motor encendió una piscina de combustible que se había filtrado en la cabina, provocando una explosión y una bola de fuego que envolvió y destruyó completamente la aeronave.
La noticia de su muerte repercutió en todo el mundo de la aviación y amenazó con detener el trabajo de los matemáticos en la Royal Aircraft Factory antes de que realmente hubiera comenzado. No dispuestos a arriesgar la vida de los investigadores con talento, los oficiales superiores de la fábrica suspendieron cualquier experimento que supusiera llevar a cabo pruebas en el aire por ellos mismos.
De vuelta al aire
Si no hubiera sido por la guerra, la historia podía haberse quedado ahí. A medida que el conflicto se prolongaba, los aviones tenían que ser más fuertes, rápidos, fáciles de manejar y versátiles. La moratoria que había sido diseñada para proteger a los académicos (que suponía que las tareas experimentales eran delegadas a los pilotos de pruebas del ejército) comenzó a tener problemas operacionales porque se perdía o se ignoraba información crucial, suponiendo retrasos frustrantes.
En la primavera de 1915, uno de los investigadores no pudo más: con el fin de eludir la moratoria, Geoffrey Ingram Taylor hizo que le despidieran de su puesto académico para unirse a la Royal Flying Corps. No tardó en aprender a volar y en cuanto lo consiguió volvió a solicitar su antiguo puesto de académico.
Geoffrey Taylor había estudiado en el Trinity College de Cambridge y había sido meteorólogo. Se podría describir a este hombre como un genio excéntrico durante los primeros tiempos de la investigación aerodinámica porque se dedicó a investigar de forma exacta los cambios de presión en el aire en las superficies superiores e inferiores de un ala durante el vuelo.
Pero también consiguió formalizar las matemáticas que describen la acción de un paracaídas (después de haber aprendido a usar uno él mismo). Taylor llegó a ser muy influyente en la ciencia y la matemática aplicada, llegando a ser uno de los británicos destinados en los EE.UU. para participar en el Proyecto Manhattan que desarrollaría la primera bomba atómica.
Después de la estratagema de Taylor, otros académicos empezaron a rebelarse contra la obligación de quedarse en tierra y el delegado oficial del movimiento fue el físico Frederick Lindemann, que finalmente negoció un acuerdo para permitir que él y otros tres académicos (Keith Lucas, George Thomson y William Farren) pudieran asistir a la escuela de vuelo.
Frederick Lindemann acabaría siendo el principal asesor científico de Churchill durante la Segunda Guerra Mundial y con el tiempo se convertiría en una de las principales figuras científicas del país. Pero su principal preocupación tras haber realizado el entrenamiento de vuelo era hacer frente a la incertidumbre que rodeaba a un problema que era la causa de muertes y de pérdidas de muchos aviones: la barrena.
Los aviones hacían barrenas (caídas en autorrotación) debido a un mal control de la nave y a la baja velocidad. Todavía no estaba claro qué hacer en una de estas situaciones porque nadie había determinado aún la fórmula matemática de la espiral asociada con el trayecto de la nave en el aire durante una barrena o el estado exacto de la superficie de vuelo y de control.
El valor de Lindemann para realizar las pruebas de vuelo necesarias, junto con la profundización del matemático británico Hermann Glauert, fue lo que produjo el análisis teórico que hacía falta. Las acciones prácticas de rotación de recuperación que fueron el resultado de dicha investigación salvarían posteriormente la vida de innumerables pilotos (incluyendo la mía propia) que han tenido la mala suerte de quedar atrapados en una barrena.
¿Qué era tan notable acerca de la disposición de Lindemann? Exponerse a tal maniobra que amenaza la vida era su completa falta de pilotaje experiencia. Sus cálculos matemáticos indican que la manera de detener el giro era detener la rotación inicialmente usando timón y luego empujar contraintuitivamente el morro hacia abajo en lugar de tirar de él hacia arriba.
Lo más notable del coraje de Lindemann para exponerse a dichas maniobras que podían costarle la vida era el hecho de que no contaba con experiencia como piloto. Según sus cálculos matemáticos había que hacer frente a una barrena parando la rotación con el timón para después, en contra de lo que sería lógico, llevar el morro hacia abajo en vez de hacia arriba.
El punto clave era que no había que devolver al vuelo normal ninguna de las secciones de ala que estaban estancadas. Una vez que está en una inmersión vertical y no en una barrena, un avión puede salir del aprieto utilizando entradas de control normales (suponiendo que no se estrelle primero contra el suelo, por supuesto). Durante esos primeros vuelos de prueba, Lindemann habría estado pisando una línea muy fina entre la valentía extrema y la locura completa. Su larga carrera posterior deja claro que no se equivocaba.
Más avances y tragedias
No todos los miembros del grupo de Farnborough tuvieron tanta suerte como Lindemann. David Hume Pinsent tal vez es más famoso por su relación con el filósofo Ludwig Wittgenstein que por sus méritos académicos, pero fue uno de los mejores matemáticos de Cambridge entre la cohorte que se graduó en 1913 y su trabajo en la aeronáutica no debería ser ignorado. Nunca llegó a cumplirse su aspiración de convertirse en un piloto, pero pasó muchas horas en el aire como observador durante la realización de experimentos, en particular sobre la carga de la cola del avión.
Le solía tocar hacerlo porque era bastante menudo, lo que permitía cargar más equipo técnico a su lado en la cabina. Durante toda su vida escribió un diario que ofrece una visión personal sobre su escuela, la universidad y los entornos y relaciones profesionales.
También he podido leer las cartas originales en las que intenta calmar a su madre, preocupada por la seguridad de sus hazañas en el aire. Moriría el 8 de mayo de 1918, cuando su avión DH4 sufrió un fallo estructural durante una prueba rutinaria en el aire. En agosto del mismo año, el nombre de Hugh Archibald Renwick se añadió a la lista cada vez más larga de bajas académicas. Renwick había sobrevivido a una bala que le atravesó el pecho mientras estaba en el frente durante la primera fase de la guerra.
Los talentos en matemáticas e ingeniería de este académico del Pembroke College de Cambridge tenían demasiado valor como para arriesgarlos volviendo a ponerle en el frente tras su recuperación. Pero finalmente tuvo un final parecido al de Pinsent cuando un ala de su RE8 falló a 2.000 pies de altura durante una prueba similar.
Hay muchos otros académicos que podría mencionar y todos han contribuido de alguna manera al avance de la aeronáutica británica. Sin duda fue un campo emocionante en el que trabajar, pero también estaba lleno de peligros, especialmente para aquellos que se aventuraron hacia el cielo.
Como humilde piloto y matemático de hoy en día, no siento nada más que respeto por las contribuciones y sacrificios de estos sorprendentes pioneros de la aeronáutica de ala fija. A pesar de que en su mayoría tenían antecedentes civiles, el lema de la Royal Air Force se aplica tanto a ellos como a sus homólogos en la batalla: Per ardua ad astra (Hacia las estrellas a través de la adversidad).
Autor: Tony Royle, Doctorado en Historia de las Matemáticas por The Open University.
Este artículo ha sido publicado originalmente en The Conversation. Puedes leer el artículo original aquí.
Traducido por Silvestre Urbón.
