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La vulnerabilidad de los procedimientos GPS

01 lunes Sep 2025

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Últimamente yo me solía quejar de que estaba un poco falto de ideas para publicar y por eso tenía el blog algo abandonado. Pues mira tú por dónde, ayer me enteré de algo que me dará para un artículo; pero de momento os dejaré con las ganas de leerlo porque ¡hoy mismo me ha surgido tema para otro! Resulta que se ha sabido que el avión en el que ayer viajaba Ursula Von der Leyen con destino a Bulgaria sufrió interferencias en el GPS. Basta con buscar en Google las palabras Leyen y GPS y salen multitud de artículos sobre este hecho. Incluyo, a modo de ejemplo  un enlace al artículo del Financial Times porque según parece fue el primero en dar la noticia. Aun así, saber exactamente qué ocurrió es bastante difícil.

Según la prensa toda la zona alrededor del aeropuerto de Plovdiv dejó de recibir señal GPS y los pilotos tuvieron que utilizar mapas de papel (sic) para la aproximación. No tengo ni idea de qué quieren decir los que han escrito esto, pero puedo asegurar que los pilotos no sacaron un mapa Michelin, ni la guía Campsa para saber dónde estaban. Lo que probablemente ocurrió fue que se produjo una interferencia intencionada que dejó inoperativo el GPS y que por ello los pilotos no pudieron realizar una aproximación RNP, que era la que debían de tener planeada y a la que los controladores les habían autorizado, o pensaban autorizarles. Por consiguiente, debieron de tener que preparar otra aproximación diferente: ILS, VOR… o incluso una aproximación visual. Eso les llevaría a consultar la ficha del aeropuerto, quizás en formato papel, pero más probablemente en formato electrónico. No es ningún drama tener que consultar una aproximación: forzosamente tuvieron que hacerlo desde un principio para repasar los detalles de la aproximación RNP planeada inicialmente y el procedimiento a seguir en caso de frustrada.

Si doy por sentado que la aproximación que pensaban hacer era RNP es porque este tipo de aproximaciones tienen como referencia puntos definidos por coordenadas para utilizar con el GPS. Ciertamente son aproximaciones más flexibles que las tradicionales ILS, que definen una trayectoria única que pone al avión en la pista (para más detalles ver este artículo en el que describo el ILS). Sin embargo, el ILS es más robusto porque no usa coordenadas como referencia: simplemente indica si el avión está por encima o por debajo de la trayectoria ideal y si está a la izquierda o a la derecha de dicha trayectoria. Consultando la página del aeropuerto, sabemos que Plovdiv tiene ILS para la pista 30, pero no para la 12. Lo ideal para saber más sería consultar la publicación oficial de aeropuertos de Bulgaria, pero como es necesario registrarse, me conformo con ver una página no oficial en donde se especifica que tanto para la pista 12 como para la 30 hay  aproximaciones RNP y VOR. Para la pista 30 además hay ILS. Estos datos nos serán útiles un poco más adelante, porque ahora vamos a dejar momentáneamente los detalles sobre Plovdiv para discutir qué pasó con el GPS.

El problema de las interferencias intencionadas que afectan al GPS va en aumento, sobre todo desde el inicio de la guerra de Ucrania. Para hacernos una idea de hasta qué punto es acuciante el problema basta con ver la página gpsjam.org en donde se muestra un mapa con los «puntos calientes» en los que se están produciendo interferencias. Éstas pueden ser de dos tipos: jamming y spoofing. En el primer caso, jamming, nos referimos a la existencia de una señal potente que enmascara la del GPS. Esto es bastante sencillo de lograr porque todos los satélites GPS utilizan las mismas frecuencias y sólo se distinguen entre sí por el código binario emitido. La señal de los satélites es además bastante débil así que si alguien emite una señal potente en la frecuencia del GPS, el receptor no consigue extraer la información que envían los satélites y deja de dar la posición hasta que cesa la emisión de la señal espuria o se sale de la zona en la que ésta actúa.

El spoofing es un tipo de ataque mucho más sofisticado: consiste en emitir una señal falsa con el mismo formato de la señal del GPS, de manera que el receptor se encuentra con mensajes de satélites inexistentes que envían parámetros erróneos. En este caso el receptor calcula posiciones incorrectas, absurdas o no consigue ni siquiera establecer la hora exacta, para lo que necesita recibir una señal GPS correcta, puesto que depende del reloj atómico, extraordinariamente preciso, que llevan los satélites. En este caso es posible que el receptor no vuelva a funcionar adecuadamente hasta que se reinicie por completo y en un avión es probable que esto no se pueda realizar hasta estar en tierra. Las consecuencias son potencialmente muy graves: no se puede calcular la posición correcta y por eso no se puede volar con precisión (de ahí que no se puedan usar aproximaciones RNP). También puede verse afectado el control aéreo si utiliza ADS-B, un sistema que presenta en la pantalla la posición que envía el avión según su sistema de navegación, en lugar de la posición obtenida por el radar. Tampoco funciona el sistema de comunicación digital CPDLC entre controlador y piloto, que se usa como complemento a la tradicional radio, puesto que los mensajes tienen una marca de tiempo para verificar su validez, y naturalmente la referencia temporal se basa en los relojes atómicos del GPS. Hay más efectos, pero creo que con esto basta para hacerse una idea.

En el mapa de gpsjam que enlacé antes se puede ver cómo están muy afectadas zonas como la costa oeste del Mar Negro, la zona del Báltico, etc. También se ven zonas en el interior de Rusia, que posiblemente coinciden con áreas estratégicas, ya que estas interferencias se emplean a menudo como defensa contra misiles guiados por GPS. El efecto de dichas interferencias en instalaciones civiles puede ser devastador. A modo de ejemplo, el año pasado Finnair tuvo que suspender sus vuelos al aeropuerto de Tartu, en Estonia, debido a la imposibilidad de realizar aproximaciones basadas en GPS.

Y ahora volvamos al avión de Von der Leyen. Por los datos que vimos antes sobre el aeropuerto de Plovdiv, sabemos que la pista preferente en ese aeropuerto es la 30. ¿Por qué lo sabemos? Porque es la que tiene el tradicional sistema ILS, que ha sido durante décadas el sistema por excelencia de aproximación. El ILS se pone en la pista que más se emplea y, si las circunstancias lo hacen aconsejable, se instala otro para emplear la pista en el sentido opuesto. Además sabemos que las interferencias no permitieron emplear la aproximación prevista, que tenía que ser RNP para verse afectada por un fallo de GPS. Esto indica que o bien el viento obligaba a utilizar la pista 12 en Plovdiv, o allí se emplea con preferencia la aproximación RNP incluso cuando está en servicio la pista 30. ¿Pero por qué alguien renunciaría a utilizar un sistema tan preciso y fiable como el ILS en beneficio del RNP?

Ahí está el quid de la cuestión. La tendencia es utilizar el GPS para todo porque sale más barato. Ya hemos visto que en lugar de radar se puede emplear un sistema ADS-B, que es más económico, pero que obliga a depender del GPS. Y como referencia de tiempo se emplea siempre la de los relojes del GPS. Y en el caso de las aproximaciones instrumentales, se quiere jubilar el ILS, porque es caro de instalar y mantener, para utilizar en su lugar un sistema más flexible, pero que no da más precisión y es más vulnerable. Y recordemos: un avión que haya pasado por una zona de spoofing puede verse afectado hasta el aterrizaje, con lo que es posible que no pueda completar una aproximación RNP aunque el aeropuerto en sí esté a salvo de interferencias.

Es posible que el incidente de Von der Leyen tenga un lado positivo: quizás ahora la Unión Europea decida que se deben mantener determinadas ayudas a la navegación basadas en tierra, aunque sea como un complemento, y reconsidere la tendencia a depender exclusivamente de sistemas basados en satélites. No podrán decir que no conocen las posibles consecuencias de primera mano.

La genialidad de Juan de la Cierva

21 miércoles Jul 2021

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No es ningún secreto que mi perfil profesional comienza con el título de ingeniero aeronáutico, aunque las vueltas que da la vida han hecho que nunca haya tenido ocasión de ejercer como tal. No sé si habría resultado ser un ingeniero mediocre o brillante, pero si el destino me hubiese llevado por otros derroteros no me habrían faltado modelos para inspirarme, ya que España ha dado un puñado de excelentes ingenieros. Veamos algunos ejemplos: los teleféricos que construyó Leonardo Torres Quevedo eran maravillas en su época, siendo el más famoso el que cruza el rio Niágara; los trenes diseñados por Alejandro Goicoechea han seguido evolucionando hasta la actualidad bajo el nombre TALGO (la G del acrónimo viene del apellido del ingeniero: Talgo significa Tren Articulado Ligero Goicoechea Oriol); la historia del submarino está unida al nombre de Isaac Peral y los helicópteros no habrían existido sin la aportación de Juan de la Cierva.

De la Cierva resolvió un problema sin cuya solución habría sido imposible crear una aeronave que obtenga sustentación, la fuerza que mantiene los aviones en el aire, utilizando un ala giratoria en lugar de un ala fija. Recomiendo revisar el artículo sobre el AF447 en el que expliqué cómo un perfil genera sustentación. Tiene especial importancia la siguiente imagen, puesto que la sustentación depende de varios parámetros que aparecen en ella. En concreto nos interesa la velocidad del aire con respecto al perfil (a mayor velocidad mayor sustentación) y el ángulo de ataque (en principio, la sustentación aumenta cuando crece dicho ángulo).

Y ahora vamos con el problema que resolvió Juan de la Cierva. Consideremos una aeronave de ala rotatoria en vuelo estacionario. Para ello imaginemos un helicóptero, como el de la figura, quieto en el aire en un día en el que no se mueve absolutamente nada de viento.

Lo que necesitamos es fijarnos en el rotor principal, así que olvidaremos el resto del helicóptero y dejaremos solamente el rotor. En su giro, la parte externa del rotor, la más alejada del eje, se mueve con una velocidad lineal superior a la de la parte interna, de manera que alguien que observara el helicóptero desde arriba, vería que el rotor se mueve de la siguiente manera:

Las flechas azules indican la velocidad de cada sección del rotor. Pero en lugar de mirar el rotor desde fuera y verlo girar, ahora nos subiremos imaginariamente a él, por lo que lo veremos inmóvil, mientras el resto del mundo gira como loco. Es lo mismo que pasa cuando subimos a un tren: desde fuera se ve un tren en movimiento, pero cuando estamos en su interior el tren parece inmóvil y es el resto del mundo el que se desplaza. Si en lugar de un tren fuese un coche descapotable sentiríamos además el viento. Nos da igual que el aire esté en calma: desde fuera el coche se mueve contra el aire, pero para los ocupantes es como si soplara un fuerte viento en contra. En nuestro caso nos interesa saber cómo se desplaza el aire con respecto al rotor y el resultado es, como era de esperar, el siguiente:

Las flechas rojas muestran la velocidad aparente del aire con respecto a las palas en cada sección. Como las palas del rotor tienen un perfil aerodinámico, la corriente de aire genera sustentación, es decir una fuerza que tira hacia arriba. La fuerza es mayor en las puntas de las palas que en el centro, pero es perfectamente simétrica: el extremo de la pala derecha se mueve a la misma velocidad que el extremo de la pala izquierda y por tanto generan la misma fuerza. La zona central de las palas genera una sustentación menor, por la menor velocidad del aire, pero es la misma en los dos lados y así para cada sección de las palas. La conclusión es que nuestro helicóptero se queda flotando graciosamente en el aire.

Pero, ¡ay! nosotros no queremos quedarnos quietos sino desplazarnos. Así que avanzamos y en ese momento todo se complica porque ahora nuestro helicóptero tiene una velocidad propia con respecto al aire. En la imagen he representado esa velocidad de avance del helicóptero con una flecha verde. Ese avance hace que el helicóptero encuentre un viento de cara, al igual que ocurría en el descapotable. Y este viento de cara es igual para todo el helicóptero, de manera que todas las secciones de la pala lo sufren por igual, pero como un lado de la pala avanza mientras el otro retrocede, la combinación del viento producido por el avance (flechas verdes) sumado al del giro del rotor (flechas rojas) estropea la simetría.

El resultado final es el de las flechas color magenta: el lado derecho del rotor tiene más velocidad con respecto al aire que el lado izquierdo y por tanto la sustentación en ese lado es mayor. El helicóptero tiene más fuerza ascendente por un lado que por otro y el efecto final es el del llamado par de vuelco. Nuestro helicóptero tiende a volcar, como se ve en la figura de abajo. Mientras no se encontrase solución a este problema no se podría construir un aparato de ala rotatoria.

La primera solución que intentó de la Cierva fue utilizar dos rotores, uno sobre otro, que girasen en sentidos opuestos, pero el prototipo no funcionó bien y decidió cambiar el enfoque. Si el problema es que en un lado hay más sustentación que en otro, ¿por qué no variar el ángulo de ataque de las palas dependiendo de su posición? Las palas del lado derecho de la figura de antes tendrían que tener un ángulo de ataque menor que las del lado izquierdo para compensar la diferencia de velocidad. Eso significa cambiar la inclinación de cada pala independientemente, según la posición que ocupen y la velocidad de avance. Un problema complicado, pero que una vez resuelto hizo posible la construcción de aeronaves de ala giratoria. Ahora ya sabemos por qué cuando en una película vemos un primer plano de la cabeza del rotor su mecánica parece tan complicada, con un complejo juego de varillas y articulaciones.

Las aeronaves que construyó de la Cierva no eran helicópteros sino autogiros. La diferencia es que las palas del rotor de un autogiro no van unidas al motor sino que se mueven por efecto aerodinámico. A cambio no es posible el despegue puramente vertical, ya que hace falta una velocidad de avance para mantener el giro del rotor. Sí es posible aterrizar en espacios impensables para un avión de ala fija y también volar a velocidades extraordinariamente lentas. Esta última peculiaridad fue muy útil a la hora de calibrar los primeros radares en Gran Bretaña.

La exportación del autogiro tuvo bastante éxito. Se construyeron aparatos bajo licencia, especialmente del modelo C.30, en Reino Unido, Alemania, Francia… En la imagen adjunta he incluido varios ejemplos de un modelo británico, uno español, uno alemán y uno sueco. El modelo sueco tiene truco: fue construido en Gran Bretaña. Yo habría preferido incluir una foto de un modelo construido en Francia, pero no he encontrado ninguna buena imagen.

 

Es curioso que de la Cierva no llegase a dar el siguiente paso lógico: mover las palas directamente con un motor. Esto supone resolver otro problema, puesto que la conservación del momento cinético hace que la aeronave tienda a girar en sentido opuesto a las palas. Una forma teórica de arreglarlo sería con dos rotores superpuestos girando en sentidos diferentes, solución que a buen seguro de la Cierva no quería volver a probar. En la actualidad este problema se resuelve con el rotor de cola, que quizás habría ensayado el ingeniero español de no ser porque murió demasiado pronto, en diciembre de 1936, cuando el avión en el que viajaba se estrelló mientras despegaba de un aeropuerto británico envuelto en niebla. De la Cierva tenía apenas 41 años, por lo que teóricamente estaba apenas a la mitad de su carrera profesional y podría aún haber hecho importantes aportaciones a la aeronáutica. Ironías del destino: el accidente en el que murió probablemente nunca se habría producido en un autogiro.

Tecnología, misiles y Top Gun

06 jueves Feb 2020

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Mis lectores habituales saben que si no escribo con más regularidad es en buena medida porque siempre estoy involucrado en algo, y el año pasado fue realmente movido para mí con todo tipo de eventos y proyectos. Ya estamos en 2020 y me temo que promete traer tanto ajetreo como el 2019. Claro que por prometer, hasta promete traer la segunda parte de Top Gun, con sus aviones, sus misiles y… un momento, un momento. Aviones, misiles, Top Gun, proyectos en los que estoy involucrado… si esto no da para un artículo, cierro el blog. A ver si sale:

Decía que estoy metido en mil proyectos y más de uno está relacionado con novedades tecnológicas que prometen cambiar la forma en que se lleva a cabo mi trabajo, el control aéreo. Siempre pasa igual con la nueva tecnología. A principios de los años 70, por ejemplo, se desarrolló el Concorde y todo el mundo estaba convencido de que el futuro del transporte aéreo estaba en el vuelo supersónico. Y todo el mundo se equivocaba: 50 años después el transporte aéreo comercial sigue siendo subsónico, con algunos proyectos para retomar los vuelos a velocidad superior a la del sonido. De momento no hay ni un solo prototipo, que yo sepa, así que va para largo.

Hay muchos más casos: el libro electrónico sigue sin desplazar al papel, los coches con caja de cambios manual siguen siendo mayoría, al menos fuera de América, y las videollamadas son técnicamente posibles, pero siguen sin ser la primera opción en comunicación. El autor del dibujo adjunto acertó al representar a dos personas sentadas a la misma mesa que mantienen conversaciones separadas en sus teléfonos portátiles sin hablar entre ellas, pero ¿quién le iba a decir que en el futuro esas personas preferirían enviar mensajes de texto con un teclado diminuto?

El futuro de la telefonía visto en los años 30. No he sido capaz de encontrar el autor.

Hay quien ha estudiado el fenómeno de la aparición de una nueva tecnología y lo ha representado en la siguiente gráfica, en la que se ve que al surgir una novedad el interés crece exponencialmente, parece que va a servir para todo, no deja de hablarse de ella… y de pronto cae en el olvido con tanta rapidez como surgió. ¿Olvido he dicho? En realidad, no es para tanto. Simplemente, la burbuja de las expectativas exageradas pincha, desaparece el entusiasmo y llega la hora del realismo: la nueva tecnología no es la panacea que se esperaba, pero sí tiene utilidad. Vuelve el crecimiento, aunque más gradual y al final se estabiliza en forma de tecnología consolidada.

Imagen tomada de Wikipedia

¿Y qué tiene todo esto que ver con los misiles aire-aire? Había prometido hablar de ellos, ¿verdad? Bueno, pues también ellos tuvieron su momento de expectativas exageradas. Recordemos que en el origen de la guerra aérea el problema era el de disparar muchas veces para aumentar la probabilidad de dar en el blanco, lo que favoreció el uso de la ametralladora, pero ya Guynemer había hecho el experimento de instalar un cañón de 37 mm en su avión. El mayor calibre y el uso de un proyectil explosivo facilitaban el derribo incluso con un único impacto. Durante la Segunda Guerra Mundial los cañones (normalmente de 20 o 30 mm) convivieron con las ametralladoras. Los cohetes también se emplearon en ocasiones, pero sin ningún sistema de dirección.

Esto seguía siendo así a principios de la década de los 50, durante la guerra de Corea, en la que los aviones de caza a reacción, como el F86 Sabre norteamericano y el MiG 15 soviético, relegaron definitivamente a los de hélice. Los motores eran diferentes, sí, pero en cuanto a armamento seguían utilizando los mismos cañones y ametralladoras que se empleaban en la Segunda Guerra Mundial. No obstante, antes de que terminara la década aparecerían los primeros misiles.

Un Sabre y un MiG 15

En general los misiles aire-aire suelen utilizar un guiado por infrarrojos o radar de tipo semiactivo. En el primer caso, el misil busca una fuente de calor (la tobera del avión enemigo) y en el segundo tiene un receptor de radar, pero depende de la emisión del avión atacante, que se refleja en el blanco y es captada por el misil. Los primeros misiles no eran demasiado fiables: los que buscaban el calor de la tobera se despistaban con el sol, por ejemplo. Y sin embargo, eran el futuro. ¿Quién iba a montar un anticuado cañón de tiro rápido en un avión pudiendo usar el último grito de la técnica? Por eso, las primeras versiones de un avión mítico, como el F4 Phantom II, incluían misiles en su armamento, pero no cañones.

Pero durante la guerra de Vietnam resultó que los pilotos americanos y sus misiles se veían en dificultades ante sus adversarios, que los misiles no eran fiables y que el combate aéreo siempre tenía lugar a corta distancia porque se requería identificación visual del adversario para evitar errores. En esas circunstancias un cañón era la solución perfecta para complementar a los misiles, pero el Phantom sólo podía llevarlo montado en un soporte externo, lo que llevaba a poca precisión y mayor esfuerzo en la estructura del avión. La solución fue montar un cañón interno de 20 mm en la versión F4E.

El viejo y fiable sistema tenía que volver a utilizarse cuando ya había sido desechado. ¡Las vueltas que da la vida! Hoy en día los misiles son mucho más fiables, pero los aviones de combate siguen empleando cañones. Las especificaciones de los últimos modelos, como el F35 o el F22 así lo demuestran. El producto nuevo ha alcanzado su madurez, pero no ha llegado a desplazar completamente al sistema anterior.

Prometí hablar de tecnologías novedosas, de misiles y de Top Gun y dije que si no conseguía meterlo todo en un artículo cerraría el blog. He cumplido casi todo, pero ¿qué pinta Top Gun aquí? Pues bien: cuando la experiencia en Vietnam demostró que en el combate aéreo seguía siendo primordial la maniobrabilidad y la técnica de pilotaje, la marina norteamericana decidió hacer un curso para formar a sus pilotos en las técnicas de combate a corta distancia. Se fundó así la Fighter Weapons School, pero el curso pasó a ser conocido popularmente como Top Gun. Años después, este curso dio título a una película en la que el argumento era excusa para ver aviones y muchos años más tarde me vendría de perlas para darle un título a este artículo. ¡Prueba superada! Tenemos Gelves para rato.