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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.

 

Volando a ciegas (III): el inercial y el ILS

17 Martes Mar 2015

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Lo malo de iniciar una serie de artículos sobre un mismo tema es que estás obligado a seguir con ella, aunque en este caso la obligación será corta porque éste es el último de los que se refieren a navegación aérea. Vamos a hablar de dos sistemas que utilizan los pilotos en fases del vuelo muy diferentes. El primero de ellos, el navegador inercial, es el sistema perfecto para su uso sobre el océano, porque es totalmente autónomo, es decir que no necesita de ningún equipo externo a la aeronave. El segundo, el ILS, es el que se emplea para realizar el guiado a una pista en condiciones de baja visibilidad.

Entender el inercial es muy sencillo. Empezaremos con un ejemplo: supongamos que viajamos en coche de Madrid a Barcelona (ciudades entre las que hay unos 600 Km) y tras tres horas de viaje nos preguntamos dónde estamos aproximadamente. Sabiendo que nuestra velocidad media es de unos 100 Km/h y que llevamos 3 horas de viaje es fácil suponer que estamos a 300 Km de Madrid, esto es a mitad de camino. La respuesta por tanto es: “debemos de estar llegando a Zaragoza”. Quien no haya hecho alguna vez un cálculo similar es que nunca ha viajado en coche.

En la navegación marítima se utiliza desde siempre un sistema parecido: conocido nuestro rumbo y la velocidad aproximada podemos calcular nuestro posición “a estima”, que es el nombre que tiene este método. Pero en aviación no usamos la velocidad directamente. En su lugar utilizamos la aceleración para calcular la velocidad y a partir de ahí la posición. Me explico con otro ejemplo: todos hemos visto algún teléfono provisto de acelerómetros, que sirven por ejemplo para girar automáticamente una foto cuando se cambia la posición del teléfono. Supongamos que colgamos un aparato así del techo de un avión. Al acelerar en carrera de despegue veríamos cómo el teléfono va hacia atrás, y con el acelerómetro podríamos saber cuánto aceleramos y qué velocidad alcanzamos. Dejando el teléfono colgado durante todo el vuelo estaríamos midiendo aceleraciones continuamente y calculando velocidades a partir de ellas. Con la velocidad podemos obtener nuestra posición de la misma manera que hacíamos en el coche.

El navegador inercial de los aviones es algo más complicado técnicamente, claro, pero la esencia es la que acabo de explicar. Tienen un problema: que los errores de posición se incrementan con el cuadrado del tiempo transcurrido, por lo que conviene actualizar la posición con frecuencia usando ayudas externas. Es fácil de comprender: un error pequeño nos da una aceleración ligeramente equivocada, por lo que calculamos una velocidad un poco errónea, que nos lleva a una posición que no es del todo correcta. Cuando sigamos calculando, tomaremos esa posición como punto de partida y los nuevos errores se acumularán.

Esto es un inconveniente, pero cuando no hay posibilidad de usar sistemas externos (por ejemplo sobre el océano, donde no hay dónde instalar las ayudas que vimos en artículos anteriores: VOR, DME o NDB) el inercial es lo mejor que tenemos… a excepción de los sistemas de navegación por satélite. Pero hasta que se generalizó el uso del GPS, allá por los años 90, el inercial era el único instrumento que permitía saber la posición en los vuelos transoceánicos.

Ya que mencionamos el GPS, hay que reconocer que los sistemas por satélite han revolucionado la navegación aérea. En la actualidad se emplean junto con todos los sistemas descritos en esta serie de artículos. Pero hay un sistema de navegación del que aún no hemos hablado y que seguirá en uso durante mucho tiempo, a pesar de que las primeras instalaciones datan de la década de 1930. Me refiero al sistema instrumental de ayuda al aterrizaje (Instrument Landing System), más conocido como ILS.

Hasta ahora hemos visto sistemas que permiten saber por dónde volamos, aunque no veamos el mundo exterior, pero ahora se trata de llevar el avión hasta la pista y aunque el GPS tiene excelentes características, no permite esta maniobra, al menos sin equipos auxiliares. El sistema más utilizado para volar hacia la pista sin visibilidad, el ILS, emite una señal que viene modulada de forma distinta según el lugar en el que estemos. Para que sea más fácil de comprender veamos la siguiente imagen, que he tomado, como es costumbre, de Wikipedia.

LLZ

Aquí se ve claro: a la izquierda de la pista recibiremos una señal de 90 Hz mientras que a la derecha captaremos una de 150 Hz. Esto es como si nos pusiéramos unos auriculares y oyéramos un sonido grave si estamos a la izquierda y uno agudo si estamos a la derecha. Cuando los dos sonidos tienen igual intensidad estamos en el centro. El llamado localizador del ILS hace lo mismo, pero electrónicamente, y así sabemos si estamos centrados o no con la pista, y hacia dónde hay que corregir, pero sin necesidad de auriculares ni de sonidos molestos.

Si nos sentáramos en el suelo junto a la pista veríamos algo como lo siguiente:

GSEs la misma idea de antes, exactamente igual, pero ahora las señales nos indican si estamos por encima o por debajo de la llamada senda de planeo. Con los dos subsistemas (localizador y senda) podemos ajustar la trayectoria del avión hasta llegar al punto de contacto con el suelo. Hay además unas balizas para indicar la distancia a la pista, pero creo que no es necesario entrar en más detalle.

El ILS tiene tres distintas categorías. Así, un ILS de categoría I (CAT I) permite descender hasta los 200 pies de altura (unos 60 metros), momento en el que el piloto debe frustrar la aproximación si aún no ve la pista. La CAT II permite descender hasta 100 pies (30 metros) y en cuanto a la CAT III, tiene varias subcategorías y podría llegar a permitir el aterrizaje aun sin ver la pista en ningún momento.

Hay un detalle importante: el ILS instalado en el aeropuerto es de una categoría determinada, pero el equipo del avión puede ser de otra diferente y el piloto por su parte tiene que tener la calificación correspondiente a una categoría que puede o no coincidir con las anteriores. Así, si en un aeropuerto se instala un ILS CAT III, pero nuestro avión sólo está certificado para CAT I el piloto tendrá que frustrar al llegar a los 200 pies de altura. Y si el avión también está certificado para CAT III, pero el piloto sólo tiene CAT I, estaremos en el mismo caso.

Gracias al ILS se puede intentar el aterrizaje con poca visibilidad, aunque sólo hasta cierto límite. En cualquier caso, condiciones de baja visibilidad implican demoras aunque tengamos el mejor ILS, los aviones más equipados y los pilotos más entrenados del mundo porque una vez en tierra el avión tiene que encontrar su camino entre la niebla y eso puede hacerle rodar más despacio, por lo que hay que guardar más distancia entre un avión y el siguiente. La seguridad manda, y aunque podamos volar casi a ciegas aún falta mucho para eliminar el casi.

Volando a ciegas (II): VOR y DME

26 Lunes Ene 2015

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En el anterior artículo sobre sistemas de navegación, expliqué cómo funciona un NDB. Es un tipo de radioayuda muy antiguo, que el artículo comparaba con poner una luz en un lugar oscuro. Si tuviéramos un mapa en el que apareciese marcado el lugar de ese punto luminoso podríamos ir de una luz a otra, pero el sistema por sí mismo no ofrece ninguna pista de dónde estamos y necesitaríamos ayudarnos de una brújula para tener una idea de nuestra posición con respecto al punto de referencia. ¿Se podría mejorar esto?

Sí se puede, claro, y se hizo a finales de los años 40 mediante una radioayuda que además es más precisa y menos susceptible a interferencias. Emite en frecuencias más altas que las del NDB, en concreto entre 108 y 111,975 MHz, que corresponden a la banda de VHF, y por eso se conoce como radiofaro omnidireccional de VHF o VOR, acrónimo de VHF Omnidirectional Radio Range. En cuanto a su funcionamiento lo intentaré explicar de forma que sea sencillo de comprender. Técnicamente se trata de medir la diferencia de fase entre dos señales de 30 Hz, una que sirve de referencia y otra obtenida por modulación espacial… pero así no se entiende nada. Vamos con una comparación.

Si el NDB es como una luz fija, el VOR es como un faro cuyo haz vemos girar. La luz se va acercando y durante un instante apunta directamente hacia nosotros, luego se aleja y pasado un rato vuelve a acercarse, nos ilumina de nuevo, se aleja y así sucesivamente. Supongamos que tarda exactamente un minuto en dar una vuelta completa y que el faro está construido de tal manera que cuando el foco apunta hacia el norte se lanza un destello naranja en todas direcciones, que será nuestra señal de referencia. Ahora la cosa es tan fácil como tener un cronómetro a mano. Si vemos el destello naranja en el mismo momento en el que nos ilumina el faro querrá decir que estamos al norte de su posición, mientras que si hay 30 segundos entre el destello y el haz giratorio estaremos al sur, 45 segundos querrá decir que estamos al oeste, etc.

El VOR hace básicamente esto mismo sólo que con señales de radio en lugar de con luz visible. Y además lo hace muy deprisa: nuestro faro imaginario da una vuelta cada minuto, pero un VOR gira nada menos que 30 veces por segundo (1.800 revoluciones por minuto). Si tuviéramos un mapa con la posición del VOR marcada, podríamos saber con precisión en qué dirección estamos con respecto a él. Sólo que saber que nos encontramos al nor-noroeste del VOR es una ayuda, pero no nos da nuestra posición exacta. Volvemos a necesitar más de una radioayuda para conocerla y aunque el VOR tenga algunas ventajas sobre el NDB su uso en la práctica es similar: el avión se dedica a volar de una estación a la siguiente. Pero si usamos el VOR en combinación con el sistema llamado DME la cosa cambia.

DME significa Distance Measurement Equipment, es decir, sistema medidor de distancia. Quien haya leído el artículo que publiqué sobre sistemas de vigilancia y recuerde el funcionamiento de un radar secundario, lo sabe casi todo sobre el DME, porque éste no es más que un radar secundario que funciona al revés: el avión emite una señal (interrogación) y la estación de tierra responde con otra (respuesta). Midiendo el tiempo entre la emisión de la interrogación y la recepción de la respuesta sabemos a qué distancia está el avión del equipo de tierra. Igual que el radar, sólo que en éste la interrogación se emite desde tierra y la respuesta la envía el avión.

Los DME suelen colocarse asociados a un VOR y así ya podemos saber con precisión dónde estamos con respecto a un único punto: el VOR nos da la dirección y el DME la distancia. Los DME funcionan en la banda de UHF, en concreto entre los 960 y los 1215 MHz, pero en los mapas no suele venir este detalle porque cuando el DME está asociado a un VOR existe una tabla que relaciona las frecuencias de ambos. Por ejemplo, a un VOR que emita en 117,1 MHz le corresponde un DME funcionando en 1.142 MHz.

VOREn la imagen vemos como ejemplo un trozo de un mapa de radionavegación en el que aparecen, además del NDB de Valladolid, el VOR/DME del aeropuerto de Villanubla, y el VOR/DME de Zamora, por el que pasan un montón de aerovías. Quienes vivan en Zamora estarán acostumbrados a ver multitud de estelas de aviones en todas direcciones y este mapa explica por qué: es el equivalente a un cruce de varias carreteras, pero en el cielo. Tantos rutas coincidiendo en el mismo punto me han hecho pasar algún que otro momento de apuro cuando he tenido que ejercer como controlador en el sector correspondiente a esta zona del mapa en un día de mucho tráfico.D-VOR_PEK

Imagen de un VOR/DME tomada de Wikipedia

Es apropiado mencionar aquí el TACAN. Es un sistema muy similar al VOR/DME, pero diseñado para uso militar. No obstante, se puede emplear por usuarios civiles, y de hecho en países como Estados Unidos las aerovías suelen estar definidas por un VOR y un TACAN combinados formando lo que se llama un VORTAC. En España sin embargo el TACAN sólo se utiliza en aeródromos militares.

Con todas estas radioayudas ya tenemos una primera idea de cómo se orienta un avión sin ayuda de la vista mientras está en vuelo de crucero, pero ¿y si estamos en mitad del Océano Atlántico? Allí no hay donde instalar una radioayuda; pero para eso hay otros sistemas, de los que ya hablaremos en el próximo artículo de esta serie.