La desgarradora historia de los matemáticos voladores de la I Guerra Mundial

^{En el sentido de las agujas del reloj, desde la esquina superior derecha: Hugh Renwick, F W Aston, Ronald McKinnon Wood, David Pinsent, Herman Glauert, George Thompson, F A Lindemann, Harold Grinsted, William Farren}

Keith Lucas murió instantáneamente cuando su biplano BE2 chocó con el de un colega sobre la llanura de Salisbury (Inglaterra) el 5 de octubre de 1916. Como capitán en el Real Cuerpo Aéreo británico, Lucas sabría que su muerte era un riesgo real en su trabajo apoyando a las fuerzas británicas en la I Guerra Mundial. Pero Lucas no era un piloto de carrera, era un fisiólogo, y era bastante bueno en su trabajo, por lo que había  sido elegido miembro de la prestigiosa organización científica Royal Society en 1913. Así que, ¿qué fue lo que lo llevó de la relativa seguridad de su laboratorio en Cambridge (Inglaterra) a surcar el aire y, finalmente, a su trágico final?

Mi intento de entender completamente la motivación y las circunstancias que se combinaron para poner a Lucas en esa cabina de mando vino como parte del estudio de un conjunto extraordinario de pioneros de la aviación. Hace poco más de 100 años, un grupo de matemáticos y científicos coincidieron en la Royal Aircraft Factory en Farnborough, Hampshire (Inglaterra). Allí, ejercían su oficio en el corazón de los intentos británicos de impulsar la aeronáutica de ala fija [como la de los modernos aviones] durante sus inicios. Pero pronto se dieron cuenta de que si iban a completar su misión, no valdría con sus conocimientos científicos: tendrían que aprender a volar.

La suya es una historia de logros técnicos, flexibilidad e ingenio en el contexto de un nuevo campo de la ingeniería, impulsado por las necesidades e incentivos del conflicto. Pero es también una historia de valentía, compromiso, persistencia y tragedia. En 2017, el uso de las matemáticas para predecir el éxito o el fracaso de una estructura de aeronave implica principalmente tocar teclas en una computadora mientras se está sentado en una cómoda oficina. Pero hace 100 años, las cosas eran muy diferentes. Lucas y sus colegas soportaron congelarse en las cabinas de pilotaje y participaron en versiones aéreas de la ruleta rusa para ampliar significativamente nuestra comprensión de la aeronáutica. Muchos de ellos pagaron el más alto precio.

Seguimiento de Lucas

Después de seis meses siguiendo el rastro de estos aventureros innovadores, encontré que la información sobre Lucas era particularmente elusiva. Sabía que había sido reclutado para trabajar en el diseño de la brújula en Farnborough, pero los detalles de su participación exacta en la guerra eran incompletos. Después de haber agotado todas las líneas de investigación convencionales, intervino la 1: estaba viendo un pronóstico del tiempo de la BBC cuando me di cuenta de que una idea potencial estaba, literalmente, mirándome a la cara. La presentadora era Sarah Keith-Lucas. Ya sabía por mi investigación que la familia Lucas había cambiado su apellido a Keith-Lucas [añadiendo el nombre de pila de su antepasado] como una señal de respeto tras el trágico accidente. Entonces, ¿había una conexión?

Me emocioné cuando Sarah respondió a mi correo electrónico y reveló que era uno de las bisnietas de Lucas. También resultó que su tía, Mary Benjamin, era la archivista de la familia y mantenía un alijo de material potencialmente interesante que estaba dispuesta a compartir conmigo. Además, el padre de Sarah, Chris, estaba en posesión de una o dos brújulas originales de Lucas. De repente, volví a encontrar la senda. 

^{El final inesperado de Keith Lucas. /Mary Benjamin}

Llegué a la hermosa casa de Mary para encontrar una horda de tesoros relacionados con Lucas, presentados para mi lectura, de libros y artículos a fotografías y cartas personales. Incluso Chris tenía las brújulas de Lucas allí para que yo me deleitara. Después de unas cuantas horas de lectura, toma de notas y una conversación encantadora, había aprendido una gran cantidad de cosas sobre el piloto. Sin embargo, gran parte de su trabajo en Farnborough seguía siendo un misterio y solo quedaba sin abrir una caja de archivos.

Mary pensó que esta contenía únicamente material relacionado con la fisiología así que probablemente sería de poco interés para mí, pero decidimos echar un vistazo rápido de todos modos. Efectivamente, estaba lleno de reflexiones académicas detalladas acerca de los músculos y los nervios. En el fondo, sin embargo, había un grueso sobre marrón oscuro. Rápidamente lo abrí esperando más de lo mismo pero, para mi deleite, era la veta madre de la aeronáutica: resmas [una resma es una medida antigua que equivale a 500 pliegos de papel] de planos y exposiciones experimentales que documentaban todo el trabajo de Lucas en Farnborough.

La experiencia fue una ilustración única de cómo un recurso de archivo inesperado puede aparecer repentinamente y ayudar a avanzar la investigación. Antes de mi adiós, pasé un momento contemplando un artículo en particular, el diario de vuelo de Lucas, cuidadosamente guardado por Mary, que detallaba las fugaces aventuras de su abuelo sobre la llanura de Salisbury. Yo mismo tengo un número de cuadernos similares, cada entrada representa un cuento corto en mi propia vida como piloto. Me hizo apreciar lo afortunado que había sido. La historia de Lucas fue breve, muy breve en comparación con la mía.

Todavía estoy absorbiendo este maravilloso archivo de material, pero ya está claro que Lucas fue importate en el diseño y pruebas de una brújula confiable para la aviación. También fue clave en la evolución de equipos más precisos para lanzar bombas. La primera generación de bombarderos era bastante poco fiable si el avión cabeceaba arriba y abajo debido a alguna perturbación en el aire. Para ayudar a desarrollar un dispositivo de orientación más preciso era necesario encontrar una forma de registrar la naturaleza y la duración de tales oscilaciones de tono. 

Héroe anónimo

Sin embargo, Lucas seguía la estela de otro hombre, uno que quizás merece más el título de héroe no reconocido entre los matemáticos de la Royal Aircraft Factory, Edward Teshmaker Busk. A diferencia de los pioneros industriales de la aviación de esa época que se convirtieron en nombres familiares, como Geoffrey de Havilland y Frederick Handley Page, pocas personas han oído hablar de Busk. Pero si no fuera por él, los pilotos británicos podrían haber sido obligados a entrar en la guerra con máquinas desprovistas de estabilidad.

Después de graduarse de King's College, Cambridge, Busk fue escogido para unirse a la Royal Aircraft Factory en 1912. Los diseñadores no podían averiguar por qué los aviones volvían solo a veces a su trayectoria de vuelo original después de haber sido golpeados por una perturbación. La pregunta fundamental era qué determinaba la naturaleza de las oscilaciones que experimentaba una aeronave después, por ejemplo,de  ser golpeada por una fuerte ráfaga de viento. ¿Cómo se podría diseñar un avión de modo que estas oscilaciones no necesiten los ajustes del piloto para estabilizarse? Como los aviones de ala fija en ese momento se consideraban principalmente herramientas de reconocimiento, la provisión de una plataforma estable para observaciones se consideraba esencial.

La forma en 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 se entendían relativamente bien en esa época. Lo que faltaba en relación con los aviones era una comprensión completa de cómo el ascensor creado por sus alas en forma de aerodinámica modificaba el movimiento. En particular, los diseñadores necesitaban conocer cómo afectaba a la estabilidad tras una perturbación la interrelación entre el rodillo de la aeronave (rotación alrededor del eje longitudinal) y la rotación alrededor del eje vertical.

La teoría había sido establecida en 1911 por George Bryan, profesor de matemáticas en la Universidad de Bangor en el norte de Gales (Reino Unido). El matemático fue capaz de resumir en un par de ecuaciones las características de diseño y las condiciones necesarias para mantener un avión estable. El problema era que estas operaciones no podían ser resueltas sin conocer ciertos parámetros que dependían de cómo las fuerzas iniciales que actuaban sobre las superficies de la aeronave alteraban su movimiento alrededor de sus tres ejes.

Desafortunadamente, tales datos solo estaban disponibles a través de experimentos rudimentarios de túnel de viento con modelos o realizando pruebas de vuelo más peligrosas pero mucho más confiables y representativas en aviones a gran escala. Aquí es donde la combinación única de talentos de Busk se hizo inestimable. No solo era un piloto experimentado, sino que también podía comprender plenamente las implicaciones y el argumento de las matemáticas más exigentes de Bryan.

Busk diseñó una serie de instrumentos a medida y llevó a cabo numerosos ensayos de vuelo para obtener los valores necesarios que definian las incógnitas en las ecuaciones de Bryan. Estos llamados derivados de la resistencia que cuantificaban la forma en que los aviones se comportaban en respuesta a las perturbaciones en el aire eran las piezas necesarias para completar el rompecabezas matemático. Como resultado, Busk fue capaz de desentrañar los misterios de la estabilidad, un esfuerzo que llevó en 1913 a la producción del primer avión inherentemente estable, el RE1.

Tristemente, Busk no vería en marcha su contribución al esfuerzo de la guerra. Durante un vuelo de prueba el 5 de noviembre de 1914, una chispa del motor encendió un charco de combustible que se había filtrado en su cabina. Esto causó una explosión y una bola de fuego que engulló y destruyó completamente el avión. Las noticias de su muerte reverberaron en todo el mundo de la aviación. Pero también amenazaron con detener el trabajo de los matemáticos de la Royal Aircraft Factory antes de que realmente hubiera comenzado. No dispuestos a arriesgar la vida de sus talentosos y muy necesarios investigadores, los oficiales superiores suspendieron cualquier permiso para volar y realizar sus propios experimentos aéreos.

^{La brújula de Lucas. /Tony Royle}

De vuelta al aire

Podría haber sido el final de esta historia si no hubiera sido por la continuación de la guerra. A medida que el conflicto avanzaba, la demanda de aviones más fuertes, más rápidos, más maniobrables y versátiles creció rápidamente. La moratoria diseñada para proteger a los académicos de Farnborough significó que las tareas experimentales fueron delegadas a los pilotos de prueba del ejército, y empezaron a tener serios problemas operacionales. La información crucial fue perdida o pasada por alto, resultando en frustrantes retrasos en el avance.

En la primavera de 1915, con el fin de eludir el dictámen, el investigador Geoffrey Ingram Taylor organizó astutamente el modo de ser despedido de su puesto académico, lo que le permitió unirse a la Royal Flying Corps. Rápidamente aprendió a volar, solo para luego volver a postularse de inmediato y ser reelegido a su antigua posición en Farnborough. Este antiguo meteorólogo podría mejor describirse como el cerebro de la investigación aerodinámica temprana. Estudió cómo cambia la presión a medida que el aire fluye a través de las superficies superior e inferior de un ala en vuelo, pero también formalizó las matemáticas describiendo la acción de un paracaídas (habiendo aprendido a usar uno él mismo). Acabó forjando una carrera muy influyente en ciencias aplicadas y matemáticas, para con el tiempo convertirse en uno de los británicos enviados a los EE.UU. para participar en el Proyecto Manhattan con el fin de desarrollar la primera bomba atómica.

Después de la estratagema de Taylor, la rebelión académica contra la normativa ganó impulso. El líder no oficial del movimiento fue el físico Frederick Lindemann, quien finalmente negoció un acuerdo para permitirle a él ya otros tres (Keith Lucas, George Thomson y William Farren) asistir a una escuela de vuelo. Posteriormente, pasaría a actuar como el principal asesor científico de Churchill durante la Segunda Guerra Mundial. Pero la preocupación inmediata de Lindemann, después de su entrenamiento de vuelo, fue abordar la incertidumbre que rodea a un problema responsable de decenas de muertes: las aeronaves se desestabilizaban y giraban generalmente debido al mal manejo a baja velocidad, y las acciones necesarias para una recuperación segura no estaban claras. Nadie había determinado aún la descripción matemática de la espiral asociada con la trayectoria de un avión a través del aire durante un giro, o el estado exacto de sus superficies de vuelo y control.

Lindemann tuvo el coraje de llevar a cabo las pruebas de vuelo necesarias, junto con la comprensión más profunda del matemático británico Hermann Glauert, para producir el análisis teórico completo necesario. Las acciones prácticas de recuperación de giros que proporcionó este trabajo, salvaron las vidas de innumerables pilotos que tuvieron la desgracia de quedarse atrapados en un giro.

Lo que destacaba de la voluntad de Lindemann de exponerse a una maniobra tan peligrosa era su completa falta de experiencia en el manejo. Sus cálculos matemáticos indicaron que la forma de detener el giro era detener inicialmente la rotación con el timón y luego, contraintuitivamente empujar la parte de adelante hacia abajo en lugar de tirar hacia arriba. El punto clave era que cualquier sección de ala detenida tenía que ser devuelta a un vuelo normal. Durante esos vuelos de prueba iniciales, Lindemann debiá de pisar una línea muy fina entre el valor extremo y la completa locura. Claramente, su larga carrera después de Farnborough muestra que la pisó muy bien.

Nuevos avances y tragedia

No todo el conjunto de Farnborough fue tan afortunado como Lindemann. David Hume Pinsent es quizás más famoso por su relación con el filósofo Ludwig Wittgenstein que por sus proezas académicas. Pero fue uno de los mejores matemáticos de Cambridge de la promoción de 1913 y su trabajo en aeronáutica no debe ser ignorado. Su aspiración de convertirse en un piloto nunca se realizó, pero pasó muchas horas en el aire como observador realizando experimentos. Era una opción a tener en cuenta para este papel debido a su pequeña figura, lo que permitía que una gran cantidad de equipo técnico fuera escondido en la cabina junto a él. Escribió un diario durante su vida que ofrece su visión sobre la escuela, la universidad y sus relaciones personales y profesionales.

^{William Farren y David Pinsent. /Archivo de la familia Pinsent}

También he celebrado y leído las cartas desgarradoras en las que tranquiliza a su madre preocupada por la seguridad de sus hazañas aéreas. Pinsent murió el 8 de mayo de 1918, cuando su avión DH4 sufrió un fallo estructural durante una prueba de aire de rutina. En agosto del mismo año, el nombre de Hugh Archibald Renwick se agregó a la creciente lista de víctimas académicas. Renwick había sobrevivido a una bala que pasó limpia a través de su pecho mientras que estaba en el frente durante la fase temprana de la guerra. Su vida terminó de manera similar a la de Pinsent, cuando un ala de su RE8 falló a algo más de 600 metros de altura durante una prueba de aire similar.

Hay muchos otros académicos que podría mencionar, todos los cuales contribuyeron de alguna manera al avance de la aeronáutica británica. Ciertamente, era un campo emocionante en el que trabajar, pero también uno lleno de peligros, sobre todo para aquellos que se aventuraron hacia el cielo.

Como humilde piloto moderno y matemático, no siento 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 eran civiles, el lema del Real Cuerpo Aéreo británico se aplica tanto a ellos como sus homólogos luchadores: Por ardua ad astra. A través de la adversidad, a las estrellas.

Tony Royle, doctorando en Historia de las Matemáticas, Universidad Abierta del Reino Unido. Este artículo se publicó originalmente en The Conversation.

Traducido por Beatriz de Vera
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