NAVEGACIÓN AÉREA
La navegación aérea, se puede definir como el conjunto de técnicas y procedimientos, que permiten conducir eficientemente una aeronave de un lugar geográfico a otro, a través de una ruta establecida y monitorizando su posición a lo largo de la misma, asegurando la integridad de los tripulantes, pasajeros, carga y a su vez de los que están en tierra. La navegación aérea se basa en la observación del cielo, del terreno, y de los datos aportados por los instrumentos de vuelo.
VÍDEO. Como crear una ruta autónoma para un Dron
La navegación aérea se podría dividir en dos tipos (dependiendo si la aeronave necesita de instalaciones exteriores para poder guiarse)
Navegación aérea autónoma.
Navegación aérea no autónoma
La navegación aérea autónoma es aquella que no necesita de ninguna infraestructura o información exterior para poder completar con éxito el vuelo.
A su vez, ésta se divide en:
Navegación observada: se basa en la observación directa de las referencias necesarias en la superficie terrestre y reconociéndolas sobre la carta parte del navegante o piloto. Estas referencias usualmente corresponden a los aspectos más relevantes del terreno (ríos, carreteras, lagos, vías de ferrocarril, etc.), con tal de conocer la posición de la aeronave.
Navegación a estima: el navegante o piloto calculando el tiempo transcurrido volando en una determinada dirección y la velocidad respecto al suelo (tiempo y distancia), «estima» la posición actual y calcula la dirección a seguir.
Navegación por fijación de la posición: ésta a su vez se subdivide en navegación aérea astronómica, navegación aérea Doppler, navegación aérea inercial (INS).
La navegación aérea no autónoma, al contrario, sí necesita de instalaciones exteriores para poder realizar el vuelo, ya que por sí sola la aeronave no es capaz de navegar. Las instalaciones necesarias para su guiado durante el vuelo reciben el nombre de ayudas a la navegación. Estas ayudas se pueden dividir a su vez dependiendo del tipo de información que transmiten, así como del canal a través del cual lo hacen.
Así, las radioayudas pueden ser:
Navegación por satélite, (GPS, Inmarsat, etc)
Ayudas visuales al aterrizaje, (como instalaciones que proporcionan señales visuales durante la etapa de aterrizaje de la aeronave).
Radioayudas, (las cuales son señales radioeléctricas recibidas a bordo, generalmente emitidas en instalaciones terrestres como VOR).
Dependiendo de las condiciones de visibilidad, la distancia de las nubes, y del tipo de espacio aéreo atravesado, existen dos conjuntos de reglas de obligado cumplimiento, estas se llaman reglas de vuelo visual o VFR (Visual Flight Rules por sus siglas en inglés) y las reglas de vuelo instrumental o IFR (Instrument Flight Rules por sus siglas en inglés).
Si las condiciones de visibilidad y distancia de las nubes son iguales o superiores a los mínimos establecidos por el Reglamento de Circulación Aérea, estaremos en condiciones VMC (Visual Meteorological Conditions) y se puede volar indistintamente en VFR o IFR.
Por otro lado, si esas condiciones mínimas no se cumplen, estaremos en condiciones IMC (Instrument Meteorological Conditions) y el vuelo ha de ser obligatoriamente IFR.
Un ejemplo de esto último, son los aviones de línea, los cuales por razones de seguridad, operan solamente bajo las reglas de vuelo instrumental (IFR), independientemente de las condiciones meteorológicas. El elemento en tierra, responsable de la navegación aérea, es el control de tráfico aéreo, apoyado en la información proporcionada por los pilotos, sistemas de radar y sistemas meteorológicos.
Cartas aeronáuticas
Una carta aeronáutica, se define como la representación de una porción de la tierra, su relieve y construcciones, diseñada especialmente para satisfacer los requisitos de la navegación aérea. Se trata de un mapa en el que se reflejan las rutas que deben seguir las aeronaves, y se facilitan las ayudas, los procedimientos y otros datos imprescindibles para el piloto.
Las cartas aeronáuticas, contienen muchísima información de muy diversa complejidad y aplicación. Se integran abreviaturas derivadas del idioma inglés, se emplea simbología de uso internacional, indicadores de lugares, designadores de zona, rutas de vuelo, limitaciones de altura (alta y baja), datos de aeródromos, tipos de proyección, migración de aves, se aplica el uso de diferentes unidades de medida, etc.
Tipos de Cartas de Navegación Aérea
Cartas de aeródromo
Son las cartas aeronáuticas que nos proporcionan información exclusiva de cada aeródromo, y pueden dividirse en:
Plano de aeródromo/helipuerto – OACI. Plano de aeródromo para movimientos de tierra – OACI. Plano de estacionamiento y atraque de aeronaves – OACI Plano de obstáculos de aeródromo – OACI. Carta topográfica para aproximaciones de precisión – OACI.
Cartas visuales
Son aquellas cartas necesarias para poder operar en condiciones de vuelo visual o VMC. Este tipo de carta deberá proporcionar información que satisfaga las necesidades de la navegación aérea visual en vuelos a baja velocidad, a distancias cortas y medias, y a altitudes bajas e intermedias y tenemos y pueden ser con escala 1:1.000.000 a escala 1:1.500.000.
Cartas instrumentales
Son las utilizadas para poder volar en condiciones instrumentales o IMC, normalmente indican líneas de costa delas áreas de mar abierto, grandes lagos y ríos y emplean escalas 1:2.000.000 y pueden ser: Carta de radionavegación. Carta aérea. Cartas de salida-llegada normalizada – vuelo por instrumentos – SID/STAR – OACI. Carta de aproximación por instrumentos.
Otras cartas
Un ejemplo de este tipo de cartas, son las cartas para guía vectorial radial
En el caso en particular de pequeños drones de escasa altura de vuelo, lo más importante es entender (entre otras cosas), los designadores de zona de dichas cartas. Entre estos designadores, tenemos lo que se llama zonas prohibidas, zonas restringidas y zonas peligrosas. También tenemos zonas de maniobras e instrucción militar, zonas de vuelo recreativo para parapentes, paramotores, ala delta, paracaidismo, etc.
También tenemos rutas de vuelo y corredores migratorios de aves, así como zonas y áreas de fauna sensible.
Zona prohibida (P)
Es el espacio aéreo de dimensiones definidas sobre el territorio o las aguas jurisdiccionales adyacentes de un Estado, dentro del cual está prohibido el vuelo de las aeronaves.
Esta expresión, se usa únicamente cuando el vuelo de las aeronaves civiles dentro del espacio aéreo designado no se permite en ningún momento en circunstancia alguna.
Zona restringida (R)
Es el espacio aéreo de dimensiones definidas sobre el territorio o las aguas jurisdiccionales adyacentes de un Estado dentro del cual está restringido el vuelo de las aeronaves, de acuerdo con determinadas condiciones especificadas.
Se usa esta expresión cuando el vuelo de una aeronave civil dentro del Espacio Aéreo designado no está absolutamente prohibido pero se puede llevar a cabo únicamente si se cumple con determinadas condiciones.
Zona peligrosa (D)
Es el espacio aéreo de dimensiones definidas sobre el territorio o las aguas jurisdiccionales adyacentes de un Estado, en el cual pueden desplegarse en determinado momento actividades peligrosas para el vuelo de las aeronaves. Se usa esta expresión únicamente cuando el peligro potencial para la aeronave no ha llevado a la designación del espacio aéreo como restringido o prohibido. El objeto de crear una zona peligrosa es la de advertir a los operadores, o pilotos de las aeronaves de que es necesario que evalúen los peligros en relación con sus responsabilidades respecto a la seguridad de sus aeronaves.
Cada zona está numerada y se usa una serie única de números para todas las zonas independientemente de su tipo, a fin de asegurar que nunca se duplique un número, cada zona es tan pequeña como sea posible y está contenida dentro de límites geográficos sencillos.El tipo de zona en cuestión, se indica en las cartas mediante el uso de la letra correspondiente al idioma inglés. Es así que la letra P se usa para indicar zona prohibida, la letra R para zona restringida y la letra D para zona peligrosa, precedida siempre por las letras de la nacionalidad.
RUMBOS, RUTAS, TECHOS, COORDENADAS, ETC.
Rumbo. En navegación, se define el rumbo como el ángulo medido en el plano horizontal entre el Norte y la dirección de avance de la aeronave, medido en círculo, es decir, de 0o a 360o. El rumbo se expresa siempre con tres dígitos y, si es necesario, se añaden ceros a la izquierda.
De esta manera, al decir «rumbo 028o» se evitan errores de interpretación, evitando la confusión con rumbo 128o o 228o.
Ruta. En aviación, una ruta, ruta aérea, o aerovía, es por donde circulan las aeronaves comprendiendo una ruta nominal y un área de protección. Podemos entonces decir que es el camino virtual predefinido (tanto en altura como en trazado, que sigue una aeronave que sale desde un punto A hasta un punto B. Es la sucesión de puntos de escala regular o auxiliar, comprendidos en la ruta aérea. Pueden ser de baja o alta altitud, tienen una determinada altura de vuelo y se llaman por un conjunto de letras y números.
Techo. En aeronáutica, el techo de vuelo es la altitud máxima que una aeronave pueden alcanzar en un conjunto de condiciones, ya sean técnicas o administrativas. Un ejemplo es el techo absoluto, el cual es la mayor altitud a la que un avión puede mantener el vuelo nivelado, o la altura sobre la que el sistema de presurización de la cabina ya no puede mantener un nivel suficiente de oxígeno para los pasajeros y tripulantes, y donde la diferencia de presión es tan grande como para poner a gran presión la cabina presurizada de la aeronave. La mayoría de los aviones comerciales tienen un techo que ronda los 12.800 metros (42.000 pies) mientras que algunos jets particulares pueden alcanzar los 15.850 metros (52.000 pies).
Coordenadas. Las coordenadas geográficas son un sistema de referencia que utiliza las dos coordenadas angulares, latitud (Norte y Sur) y longitud (Este y Oeste) y sirve para determinar los laterales de la superficie terrestre. La latitud mide el ángulo entre cualquier punto y el ecuador. Las líneas de latitud se denominan paralelos. La latitud es el ángulo que existe entre un punto cualquiera y el Ecuador, medida sobre el meridiano que pasa por dicho punto. La longitud mide el ángulo a lo largo del Ecuador desde cualquier punto de la Tierra. Se acepta que Greenwich en Londres es la longitud 0 en la mayoría de las sociedades modernas. Las líneas de longitud son círculos máximos que pasan por los polos y se llaman meridianos.
Combinando estos dos ángulos, se puede expresar la posición de cualquier punto sobre la superficie de la Tierra.
SISTEMAS DE POSICIONAMIENTO Y NAVEGACIÓN VÍA SATÉLITE
Un sistema global de navegación por satélite (o GNSS por sus siglas en inglés), consiste en una constelación de satélites que transmite señales que son utilizadas para el posicionamiento y localización en cualquier parte del globo terrestre, ya sea en tierra, mar o aire.
Un sistema de navegación basado en satélites artificiales, puede proporcionar a los usuarios información sobre la posición y la hora (cuatro dimensiones X Y Z + T), con una gran exactitud, en cualquier parte del mundo, las 24 horas del día y en todas las condiciones climatológicas, ya sea para fines de navegación, transporte, geodésicos, hidrográficos, agrícolas, u otras actividades afines.
La radionavegación vía satélite, se basa en el cálculo de una posición sobre la superficie terrestre, midiendo las distancias de un mínimo de tres satélites de posición conocida, y un cuarto satélite, aportará además, la altitud. La precisión de las mediciones de distancia, determina la exactitud de la ubicación final.
En la práctica, un receptor capta las señales de sincronización emitida por los satélites, la cual contiene la posición del satélite y el tiempo exacto en que ésta fue transmitida. La posición del satélite se transmite en un mensaje de datos que se superpone en un código que sirve como referencia de la sincronización.
La precisión de esta posición, depende de la exactitud de la información de tiempo, (sólo los relojes atómicos disponen de esta precisión del orden de nanosegundos). Es por esto, que los satélites utilizan un reloj atómico para estar sincronizado con todos los satélites en la constelación. El receptor compara el tiempo de la difusión, que está codificada en la transmisión, con el tiempo de la recepción, medida por un reloj interno, de forma que se mide el «tiempo de vuelo» de la señal desde el satélite. Estos cronómetros, constituyen un elemento tecnológico fundamental a bordo de los satélites que conforman las constelaciones GNSS, y pueden contribuir a definir patrones de tiempo internacionales.
La sincronización se mejorará con la suma de la señal emitida por un cuarto satélite. En el diseño de la constelación de satélites se presta atención especial a la selección del número de estos y a sus órbitas, para que siempre estén visibles en cantidad suficiente desde cualquier lugar del mundo y así asegurar la disponibilidad de señal y la precisión. Es por esto que es necesario estar en lugares despejados y con buena vista del cielo para obtener mejores señales. Actualmente tenemos sistemas operativos, cuasi operativos y en desarrollo.
Cuasi operativos y en desarrollo:
Galileo, el cual es un sistema global de navegación por satélite (GNSS) desarrollado por la Unión Europea (UE), con el objeto de evitar la dependencia de los sistemas GPS y GLONASS. Al contrario de estos dos, será de uso civil y se espera poner en marcha en 2020, después de sufrir una serie de reveses técnicos y políticos para su puesta en marcha.
Beidou, el cual es un proyecto desarrollado por la República Popular de China para obtener un sistema de navegación por satélite. La primera generación ya está operativa desde el 2000 y es un sistema de posicionamiento por satélite local dando servicio a China y a sus países vecinos. La segunda generación, también llamada Compass o BeiDou-2, será un sistema de posicionamiento global con un funcionamiento similar al GPS, ofrecerá dos tipos de servicios, uno abierto con un margen de 10 mts y 0,2 m/s de velocidad y 0,000005 segundos de tiempo, y otro para determinados clientes y ofrecerá servicios más precisos y con mayores medidas de seguridad.
Operativos
NAVSTAR-GPS (NAVigation System and Ranging – Global Position System), conocido simplemente como GPS, operado para el Gobierno de los Estados Unidos.
GLONASS (Sistema Mundial de Navegación por Satélites), operado por el Ministerio de Defensa de la Federación Rusa, el cual sido utilizado como reserva por algunos receptores comerciales de GPS.
GPS. El sistema está formado por una constelación de 24 a 27 satélites, que se mueven en una órbita de 20.000 km de altura aproximadamente, alrededor de seis planos con una inclinación de 55 grados y tarda aproximadamente 11 horas y 58 minutos en completar una órbita. El número de satélites varía en función de los que se reemplazan cuando ha transcurrido su vida útil. Posee un error nominal en el cálculo de la posición de aproximadamente 15 m, el cual los receptores actuales mejoran utilizando corrección diferencial.
GLONASS Este sistema proporciona determinaciones tridimensionales de posición y velocidad basadas en las mediciones del tiempo de tránsito y de desviación Doppler de las señales de radio frecuencia (RF) transmitidas por los satélites.
Consta de una constelación de 31 satélites (24 activos, 3 de repuesto, 2 en mantenimiento, uno en servicio y otro en pruebas), situados en tres planos orbitales con 8 satélites cada uno y siguiendo una órbita inclinada de 64,8° y un radio de 25.510 km a una altitud de 19.100 km (algo más bajo que el GPS) y tarda aproximadamente 11 horas y 15 minutos en completar una órbita.
Vulnerabilidades
La vulnerabilidad más notable de los GNSS es la posibilidad de que la señal sea interferida, esto se debe a la potencia relativamente baja de la señal recibida, pues provienen de satélites y cada señal cubre una fracción significativamente grande de la superficie terrestre. La interferencia existe en todas las bandas de radio y puede ser intencional o involuntaria.
Dentro de las interferencias involuntarias tenemos las fuentes terrestres que incluyen las comunicaciones móviles y fijas, enlaces de radio punto a punto en la banda de frecuencias GNSS, armónicas de estaciones de televisión, ciertos sistemas de radar, sistemas de comunicaciones móviles por satélite y sistemas militares. Las grandes ciudades también pueden ser fuentes considerables de interferencia de radiofrecuencias (RF), los sitios industriales por ejemplo, son más propensos a la interferencia involuntaria que las regiones remotas, donde esta interferencia es muy poco factible.
as intencionales se aprovechan de su escasa potencia, ya que las señales de los GNSS pueden bloquearse con transmisores de baja potencia. Otro tipo de interferencia intencional es la simulación de señales (spoofing), la cual consiste en la corrupción intencional de señales de navegación, para que la aeronave se desvíe y siga una trayectoria de vuelo falsa.
Otro tipo de vulnerabilidad, viene dado por los efectos atmosféricos como las precipitaciones fuertes, que en teoría sólo deberían atenuar las señales de satélite GNSS una pequeña fracción y no afectar las operaciones. Las tormentas geomagnéticas, también pueden afectar los receptores e interferir las señales de estos satélites.
Por último, hay que tener en cuenta que estos servicios pueden ser suspendidos sin previo aviso por pate de cada país operador, como puede ser en caso de emergencias, guerras, etc.
LIMITACIONES DE VUELO
La distancia entre la aeronave no pilotada y su operador, puede variar entre decenas de metros hasta cientos de kilómetros.
Internacionalmente se aplican 3 tipos de distancia de vuelo para aeronaves no tripuladas: VLOS (Visual Line Of Sight), o vuelo de línea visual.
EVLOS (Extended Visual Line Of Sight), o línea de vuelo visual extendida. BVLOS (Beyond Visual Line Of Sight), vuelo más allá de la línea de vista.
VLOS o línea de vuelo visual. La aeronave tiene que estar siempre a la vista del operador. No se puede volar a través de nieblas, nubes, detrás de árboles o edificios. No se pueden emplear telescopios, binoculares o cualquier otro equipo que incremente el rango visual del operador. La distancia máxima vertical es de 120 m AGL (Above Ground Level), o sobre el nivel de tierra. La distancia máxima horizontal es de 500 m.
EVLOS o línea de vuelo extendida. La aeronave puede estar o no a la vista del operador. Al no estar a la vista del operador, este puede ayudarse por la vista de terceras personas en todo momento. Cada tercera persona no puede estar alejada del otro más de 1000 m. Estas personas informarán en todo momento al operador de la situación de la aeronave vía radio. La distancia máxima vertical es de 120 m AGL (Above Ground Level), o sobre el nivel de tierra. Sólo vuelos sobre terreno despoblado y sin riesgo de impacto contra personas. Sólo se puede volar cuando no haya tráfico aéreo de ningún tipo en la zona prevista para el vuelo.
BVLOS o vuelo más allá de la línea de vista. La aeronave puede estar o no a la vista del operador. Al no estar a la vista del operador, este no necesita de terceras personas. Debe volar por instrumentos desde una estación remota o RPS, (Remote Pilot Station). Normalmente, estos pilotos (u operadores), requieren de gran calificación y experiencia para efectuar esta clase de vuelo. Con permisos especiales, pueden volar sobre los 120 m de altura AGL.
Usualmente se emplean en istemas de FPV, (First Person View).
