Vájmistrov comenzó a diseñar “aviones portaaviones” ya en 1931. La idea principal era dar así escolta a los bombarderos y protegerlos en los combates aéreos. Al principio, el diseñador colocó dos cazas I-4 en las alas de un bombardero TB-1 bimotor. El sistema se denominó Zveno-1 y se probó con éxito durante 1931.
Continuando con el desarrollo del diseño original, Vájmistrov desarrolló varias variantes de portaaviones voladores basados en el bombardero cuatrimotor pesado TB-3. Estos sistemas fueron designados “Zveno-2,-3,-4,-5” y se probaron con éxito durante varios años en diversas combinaciones de cazas I-5 e I-Z.
En 1934 apareció el desarrollo más exitoso de la combinación TB-3 con dos cazas I-16, que recibió la designación inicial de “Zveno-6”. Al mismo tiempo, cada I-16 maniobraba independientemente bajo el ala del bombardero, justo debajo de los mecanismos de suspensión. Los cazas se aseguraban con tres cerrojos, dos de los cuales estaban situados en las alas y el tercero, de fijación, se encontraba en la “cruz” del fuselaje, detrás de la cabeza del piloto. Tras el bloqueo, los pilotos del I-16 replegaban el tren de aterrizaje y estaban listos para el despegue conjunto. El “Zveno-6” se probó durante dos años y cumplió plenamente las expectativas del diseñador: ¡los resultados fueron excelentes!
En 1935, Vájmistrov llevó a cabo un nuevo desarrollo, acoplando cinco cazas al TB-3: dos I-5, dos I-16 y un I-Z, ¡con el I-Z haciendo la conexión con el avión portador en el aire! Vájmistrov llamó a esta compleja estructura “Aviamatka” y sugirió que en el futuro se suspendieran hasta ocho I-16 bajo el TB-3. La idea era colocar dos cazas encima y seis I-16 en las alas. Tres I-16 se colocarían bajo el TB-3 por turnos y se alimentarían del depósito de combustible. Todo este “circo volante” estaba destinado a la defensa aérea, la duración de las patrullas aéreas debía ser de 6,5 horas. Sin embargo, en la realidad nunca hubo más de dos I-16 suspendidos bajo el TB-3, y en cuanto al enganche de cazas en el aire, el trabajo no progresó más allá de unos pocos experimentos exitosos.
El I-16 disponía de un dispositivo de enganche apropiado, parecido a un retén con cerradura. El enganche tenía lugar a 155-160 km/h, después de lo cual la tripulación del bombardero acercaba el caza a unos soportes especiales situados en la superficie inferior de las alas. En el verano de 1938 se realizaron varios ensayos con éxito. Volaron los mejores pilotos de pruebas del Instituto de Investigación Científica de las Fuerzas Aéreas, Stepán Suprun y Piotr Stefanovski. Se consideró que el sistema era bastante viable y merecía seguir desarrollándose. También hubo opositores, cuya opinión al parecer influyó en el hecho de que no se siguiera financiando este magnífico trabajo.
En 1938, Vájmistrov reorientó los objetivos de los cazas suspendidos: ahora proponía utilizarlos como bombarderos en picado. Cada I-16 podía llevar dos bombas FAB-250, y el alcance de los cazas se incrementó en un 80%, ya que los cazas se alimentaban del combustible del avión portador en vuelo. Para ello, los depósitos exteriores de las alas del TB-3 podían llenarse con combustible. El alcance máximo de todo el sistema podía ser de hasta 2500 km. Al acercarse a un objetivo, el comandante del TB-3 daba la señal de zafarrancho, para lo cual se encendía un panel luminoso especial bajo el ala del portador, y en los cazas la señal de zafarrancho se duplicaba con una sirena. Los pilotos de los I-16 soltaban los bloqueos de cola de sus aparatos y tomaban el control aumentando el ángulo de ataque y abriéndose automáticamente los bloqueos de las alas cuando el avión giraba 3°30'. Tras desacoplarse, los pilotos de picado se dirigían al objetivo. Con dos bombas de 250 kg, después de lanzarlas, el I-16 seguía siendo un caza de pleno derecho, capaz de combate aéreo.
La ventaja indiscutible del método concebido era la utilización más eficaz de los obsoletos bombarderos TB-3, de los que el Ejército del Aire tenía varios centenares en servicio. En el verano de 1938, el sistema, denominado “Zveno-SPB”, fue probado con éxito. El mariscal Voroshilov y el comisario del pueblo para la Marina Frinovski abogaron por la introducción de los “aviones portaaviones” en las tropas. Ya en octubre apareció un decreto del Comité de Defensa de la URSS, firmado por el segundo hombre del gobierno, Mólotov. El decreto decía literalmente lo siguiente:
- Aceptar el Zveno-SPB en el servicio de las Fuerzas Aéreas del Ejército Rojo y de la Aviación Naval del Ejército Rojo.
- Obligar al Comisariado del Pueblo para la Industria de Defensa a equipar antes del 1 de febrero de 1939 las instalaciones de hangares de aviones según el método del camarada Vájmistrov:
- 20 aviones TB-3 AM-34RN serían para las Fuerzas Aéreas del Ejército Rojo y 20 aviones TB-3 AM-34RN para la aviación naval
- 40 aviones I-16 adaptados se enviarían a las Fuerzas Aéreas del Ejército Rojo mientras que 40 aviones I-16 serían recibidos por la aviación naval
Vájmistrov fue invitado a presentar su plan de trabajo al gobierno. El diseñador, inspirado por su éxito, propuso una serie de desarrollos interesantes, que incluían el uso del último bombardero TB-7, el caza I-16 con una bomba de 500 kg, y el caza I-180.
Sin embargo, los trabajos de introducción del sistema Zveno-SPB, ya probado, no despegaron a lo largo de 1939. El pedido inicial de 40 equipos se redujo a 12, e incluso ese número las fábricas de aviones, abrumadas por un enorme plan de producción de aeroplanos, se negaron a cumplirlo. En cuanto a los desarrollos posteriores, los escépticos de la dirección de la industria aeronáutica y del ejército volvieron a imponerse: primero el Departamento General de Abastecimiento del Ejército Rojo (GUSKA) no incluyó los trabajos de Vájmistrov en el plan de 1940, luego el Comisariado Popular de la Industria Aeronáutica (NKAP) se negó a financiar estos trabajos y privó a la Oficina de Diseño de aviones suspendidos de su base de producción. La dirección militar, inicialmente más favorable a Vájmistrov y sus ideas, también dejó de pagar todos los nuevos desarrollos.
1940 fue un año de grandes éxitos para la aviación alemana en Europa, atribuyéndose los mayores éxitos al uso por parte del ejército alemán de bombarderos en picado. La Unión Soviética no disponía entonces de un avión de este tipo en toda regla. Pero el deseo de tener un bombardero en picado propio, lo antes posible, era grande. Los intentos de adaptar los aviones SB y DB-3 existentes para este fin fueron sólo una medida paliativa, con poco éxito. Esta situación puede haber contribuido a la reanudación de los trabajos sobre los sistemas Zveno-SPB encargados en 1938. En junio de 1940 comenzó a probar la unidad de cabeza fabricada en la Planta de Fabricación de Aviones No.207 cerca de Moscú. Utilizaba I-16 tipo 24 con motores M-63. En total, cinco aparatos “Zveno-SPB” fueron equipados y puestos en servicio del 2º escuadrón especial, 32º Regimiento de Aviación de Caza, 62ª Brigada Aérea de la Fuerza Aérea de la Flota del Mar Negro, con base en Eupatoria. Hasta finales de año la escuadrilla había estado practicando activamente las tácticas de las nuevas armas, siendo los buques de guerra los objetivos principales.
En enero de 1941, sin embargo, el Mando de la Flota se enfrió ante esta inusual formación, llamada aquí por el nombre del comandante del escuadrón “Circo Shubikov” y ordenó el desmantelamiento de las unidades. No volvieron a ellas hasta el verano de 1941, cuando la guerra ya estaba en pleno apogeo. Con el comienzo de la guerra la aviación de la Flota del mar Negro bombardeó repetidamente el territorio de Rumanía, simultáneamente con el ataque de Alemania a la Unión Soviética. Uno de los objetivos más importantes de la aviación de bombardeo fue el puente ferroviario sobre el río Danubio, cerca de la estación de Cernavoda, a 60 km al oeste de Constanza. El puente tenía una longitud total era de 1662 metros y su punto más alto de 75 metros. El oleoducto Ploiesti - Constanza pasaba por debajo del tablero inferior del puente. La destrucción del puente paralizó todo el transporte ferroviario entre Bucarest y los demás centros industriales, cortó la principal conexión de transporte con el puerto de Constanza y debilitó el abastecimiento de las tropas rumanas.
Los repetidos intentos de la 63ª Brigada de Bombarderos de la Flota del mar Negro de destruir el puente con bombarderos SB y DB-3 fueron infructuosos. Se decidió restaurar urgentemente los diseños de Vájmistrov para su futuro uso en combate. El 22 de julio se acató la orden de Moscú para su uso en combate, y el primer vuelo de combate tuvo lugar ya el 26 de julio. El primer ataque fue contra las instalaciones portuarias de Constanza. A plena luz del día, un par de TB-3 se acercó a la orilla del mar rumano y, a una distancia de 40 km, soltaron a los cuatro I-16. El comandante del grupo, el capitán Shubikov, se acercó a la ciudad y silenciosamente dio dos vueltas sobre el objetivo (una refinería de petróleo) a la vista de los cazas Messerschmidt que volaban a lo lejos. Los impactos en los gigantescos tanques de almacenamiento de petróleo fueron certeros. Todo el cuarteto abandonó el lugar del impacto sano y salvo y partió a mayor velocidad. Realizaron un aterrizaje intermedio en Odesa y, tras repostar, volaron a Eupatoria.
Tres conjuntos de portaaviones ya estaban equipados para el ataque al puente de Cernavoda, y los I-16 fueron dotados de depósitos de gasolina adicionales bajo el fuselaje de 95 litros de capacidad, lo que les permitió permanecer en el aire 35 minutos más. El vuelo tuvo lugar el 10 de agosto a las 3 de la madrugada. Los tres TB-3 preparados despegaron, pero uno regresó a la base a mitad de camino debido a una avería. Los cazas en picado entraron en el objetivo, que fue recibido por un intenso fuego antiaéreo. Abriéndose paso a través del fuego, el cuarteto giró desde una altura de 1800 m y lanzó sus bombas desde 300 m, luego huyó sin pérdidas. Ya a las 6.40 de la mañana, los I-16 volaban alrededor del aeródromo de Odesa.
El 13 de agosto el puente fue asaltado de nuevo. Los pilotos anotaron cinco impactos directos, una parte del puente fue completamente destruida. En el camino de regreso los seis asaltaron a la infantería enemiga cerca de Sulina, y aterrizaron en Odesa. A continuación repostaron y volaron a Eupatoria.
El éxito obtenido renovó el interés de la Armada por el sistema Zveno-SPB y elevó el número de portaaviones a cinco, pero el reequipamiento posterior se vio limitado por el número insuficiente de aviones TB-3 con motores M-34RN (los aviones TB-3 de ediciones anteriores y especialmente con motores M-17 estaban para entonces seriamente desgastados, lo que dio lugar a la necesidad de limitar el peso en vuelo). De los 12 aparatos de la flota, cinco fueron reconvertidos y los siete restantes se conservaron para operaciones de transporte. El 16 de agosto, el almirante Kuznetsov, comandante de la Armada, solicitó a Stalin que recibiera 10 de estos bombarderos de las Fuerzas Aéreas del Ejército Rojo. Sin embargo, las pérdidas de estos gigantes lentos en los primeros meses de la guerra fueron tan grandes que nunca se asignaron.
Se continuó utilizando los aparatos existentes. El 17 de agosto 6 I-16 bombardearon con éxito el dique flotante de Constanza. A finales de mes se utilizaron para destruir los pasos sobre el río Dniéper. La importancia de la misión residía en la importancia estratégica de estos cruces y en la posibilidad de frenar significativamente la ofensiva alemana. El 28 de agosto, dos TB-3 despegaron del aeródromo de Evpatoria y se dirigieron a Zaporiya. Al amanecer, a treinta kilómetros de la ciudad, se desprendieron los I-16. La incursión fue repentina y precisa, se saldó sin pérdidas. El 8 de septiembre, "Zveno-SPB" en cooperación con cazas de escolta de Yak-1 destruyó el cruce en la zona de Berislav. Un Yak-1 y un I-16 no regresaron. Al día siguiente, después de un bombardeo exitoso, cuatro I-16 derribaron 2 Bf.109 en combate aéreo.
Las posteriores operaciones de combate de los Zveno tuvieron lugar en un entorno de combate cada vez más deteriorado para los soviéticos. A finales de septiembre, las fuerzas alemanas comenzaron a avanzar hacia el norte de Crimea. Para disuadir al enemigo se utilizaron todas las fuerzas de aviación disponibles, incluso las diseñadas para lanzar ataques de alta precisión tras las líneas enemigas. Los TB-3 a menudo se utilizaban ahora sólo para elevar bombas pesadas. En estas difíciles condiciones de combate las bajas se hicieron más frecuentes. El 1 de octubre de 1941 en uncombate aéreo murió el comandante de la escuadrilla de aviones suspendidos Arseni Shubikov. El uso posterior de los I-16 suspendidos se hizo episódico, y los informes de combate son más raros. Sólo se sabe que los cazas suspendidos I-16 fueron utilizados en 1942. En total se realizaron más de 30 salidas de combate, que por su alta eficiencia se convirtieron en una de las operaciones militares más exitosas de la aviación soviética.
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