La observación del vuelo cernido de un pequeño ave nos conduce a unas reflexiones y nos introduce en el mundo de los UNMANNED AERIAL VEHICLES, UAV, o más conocidos como "DRONES". El Salón de las Tecnologías de la Seguridad y Defensa HOMSEC13, nos permite conocer algunos de estos aparatos y sistemas
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| Figura 1. UAV “Diana” desarrollado por INTA (dibujo del autor) |
Observando el vuelo cernido
Cuando conducimos por las carreteras no es raro observar una pequeña ave, algo menor que una paloma, batiendo las alas, cernido en el mismo punto y vigilando atentamente las hierbas del suelo. Posiblemente se encuentre en una altura entre ocho o quince metros. Si tenemos oportunidad, merece la pena detener el vehículo y observar, (Figura 2). Esta ave moteada con colores rojizo y gris es un cernícalo, el cernícalo vulgar. Esta especie es más frecuente puesto que el cernícalo primilla, la otra especie peninsular, es muy escasa, estando al borde de la extinción en muchos lugares y está incluida en la lista roja de aves.
Esta forma de caza en los pequeños falcónidos es muy habitual. Posiblemente esté advirtiendo entre la hierba seca los movimientos de una esquiva lagartija o un corpulento escarabajo. En el momento oportuno se lanzará a capturar la presa.
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| Figura 2. El vuelo cernido del cernícalo. (dibujo del autor) |
La observación del ave y la comprensión de su anatomía siempre inspira interpretaciones plásticas (Figura 3A y 3B).
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Figura 3A. Aguada. (dibujo del
autor)
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Figura 3B. Grabado al aguafuerte,
cerámica, papel Lokta. (Obra del autor)
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Los UAV o Drones
Estas reflexiones sobre el vuelo de las aves nos llevan a conocer unas tecnologías en pleno auge, cobrando cada vez más importancia en el ámbito civil. Vamos a conocer los UAV, los vehículos aéreos sin piloto, y veremos algunos modelos que se presentaron en el Salón Internacional de Tecnologías de Seguridad y Defensa, HOMSEC13 en Madrid.
Pilotando desde tierra
El intento de dotar a los aviones de un pilotaje automático es tan antiguo como la incorporación de los aparatos de radio embarcados: se pretendía guiar a las aeronaves con radiocontrol. Sus orígenes experimentales se remontan a finales de Primera Guerra Mundial pero no es hasta los años 60 cuando realizan las primeras misiones con éxito en operaciones bélicas: la toma de fotografías, la identificación de blancos, el lanzamiento de señuelos para confundir los radares (jamming) , la verificación de los resultados de las acciones militares, entre otras.
Descripción del Unmanned Aircraft System UAS
El vuelo de un vehículo sin piloto está formado por el conjunto de aparatos, aplicaciones, procedimientos y personal denominado Unmanned Aircraft System, UAS. El sistema está constituido por un segmento o tramo aéreo, Aerial Segment y un segmento terrestre, Land Segment.
Es segmento de aéreo está constituido, además por el conocido Unmanned Aerial Vehicle, UAV, por los siguientes elementos:
- La plataforma de vuelo UAV: avión, helicóptero, planeador, globo u otros ingenios.
- La carga útil para la misión: cámaras fotográficas, infrarrojos, pequeños radares, medios de guerra electrónica, armas, sensores, etc.
- El sistema de comunicación con la base de tierra, conocido como Data Link, DL. Son las señales para el control de vuelo transmitidas a través de canales de banda estrecha.
- El sistemas de comunicación para el control de la carga útil, payload, y de la información obtenida para ésta (por ejemplo, las fotografías) que son el objetivo de la misión. Esta información se transmite por canales de banda ancha.
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| Figura 4. Clases de UAV según la clasificación de la OTAN |
El segmento terrestre está constituido por:
- El equipo de comunicaciones para el control de vuelo.
- El equipo de comunicaciones para el control de la carga.
- El equipo para la distribución de los datos obtenidos por la carga. Esta información, dependiendo del tipo y objetivo de la misión se envía a clientes que han contratado el servicio o a entidades de mando y control de las operaciones (tanto civiles como militares).
- Los datos de vuelo también se envían a otros centros de Control de Tráfico Aéreo, ATC, si fuese necesario.
- Los medios de lanzamiento y recuperación del UAV o plataforma para volver a ser reutilizada: Launch and Recovey System, LRS. Estos sistemas dependen del tipo de plataforma.
El lanzamiento puede ser impulsado con la mano, mediante ballestas de gomas o un despegue rodando en una pista. Respecto al sistema de recuperación, éste puede ser con la captura en redes, la detención con paracaídas, el aterrizaje con ruedas o amerizaje.
Actualmente están en fase de prueba las comunicaciones con UAV a través de enlaces satelitales o en combinación con otros aviones tripulados. Éste data link se conoce como Beyond Line of Sight, BLOS, mientras que el enlace directo desde tierra se denomina Line of Sight, LOS (Ver Figura 4).
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Cuadro 1: UAV “Centauro” de Tekplus AerospaceEl Centauro es un UAV de despegue y aterrizaje vertical. Diseño robusto y control redundante, apto para volar en condiciones meteorológicas difíciles. La carga útil puede ser cámaras de visión en tiempo real. |
Clasificación de UAS
La primera clasificación que podemos establecer de los UAV se basa en el tamaño de vehículo. Según este criterio tenemos un gran número de plataformas de reducido tamaño agrupadas en Pequeñas, Mini y Micro, y otras de mayores dimensiones. El parámetro utilizado es el peso máximo de despegue (en inglés MTOW, Maximum Take-Off Weight) consistente en la suma del peso de la aeronave en vacío, la máxima carga (payload) transportable y el máximo combustible. El tamaño está directamente relacionado con la capacidad de vuelo, la altura y el alcance. La Figura 4 nos muestra gráficamente la clasificación de la OTAN en tres clases. Los UAV con mayor peso y autonomía de vuelo se agrupan con las denominaciones MALE Medium-Altitude Long-Endurance y HALE High-Altitude Long-Endurance.
Otras clasificaciones que podemos encontrar hacen referencia en los mecanismos de despegue:
- Despegue vertical: alas rotatorias (helicópteros, quatricópteros), autosustentados (globos), alas batientes.
- Despegue no vertical: alas fijas (aeroplanos), alas flexibles.
Según el tipo de motor, así como la potencia de éstos: Explosión, Eléctrico o Turbojet
La OTAN también establece una clasificación por categorías según la utilización y los objetivos del sistema.
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Cuadro 2: UAV “Fulmar” de Thales
& AerovisiónEl Fulmar es un producto desarrollado por la empresa española Aerovisión y comercializado conjuntamente con Thales. El Fulmar es un ejemplo de despegue por catapulta de gomas y recuperación por red o en tierra. Características técnicas UAV Fulmar de Thales |
Problemas de los UAS en ámbito civil
Los UAV se están utilizando en escenarios civiles donde tienen un amplio desarrollo. Pero a su vez, están creando una serie de problemas que afectan a su utilización en espacio aéreo, las normas y la seguridad. Incluso para las misiones militares, debido al gran alcance en vuelo, las grandes plataformas pueden atravesar el espacio aéreo de otros países alterando la gestión del tráfico aéreo. Podemos resumir en los siguientes puntos los temas que preocupan a los responsables del espacio aéreo respecto al uso de los UAV:
- La integración con el tráfico aéreo. Imponiendo niveles de seguridad en las operaciones similar a la aviación convencional. Desarrollando o ampliando normas de vuelo.
- La tecnología en las comunicaciones. Creación de nuevos protocolos y estándares de comunicación.
- La gestión de las comunicaciones. Asignación de frecuencias, anchos de banda y certificación de equipos por autoridades competentes.
- Las certificaciones y aeronavegabilidad de las plataformas y sistemas para que sean seguros para volar, fiables y robustos.
- La cualificación de operadores y personal de mantenimiento con las aptitudes adecuadas.
Actualmente se están debatiendo propuestas entre los diversos grupos de trabajo de las organizaciones, tanto civiles como militares, para encontrar soluciones a los problemas planteados. Unas iniciativas proponen modificar normas existentes otras crear unas nuevas, las resoluciones finales estarán en los próximos años.
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Cuadro 3: UAV
“Mantis” de Indra
El Mantis es un ejemplo
de pequeño avión táctico de Indra, reducido peso, bajo coste y altas
prestaciones. Características técnicas: UAV Mantis de Indra
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La utilización del espacio aéreo
El uso de UAV en actividades civiles obliga a que se adapten y armonicen los reglamentos de gestión del espacio aéreo. El espacio aéreo se divide en clases (Clases A, B, C, D, E y F) para su utilización. Cada una tiene sus propios requisitos de equipamiento tanto embarcados como terrestres (torres de control, radares, radiobalizas, cartas de navegación, etc.) y sus procedimientos de operación de circulación aérea (reglas de vuelo instrumental, Instrumental Flight Rules -IFR, reglas de vuelo visual Visual Flight Rules-VFR, protocolos de comunicaciones, control aéreo, aerovías, etc). Este Espacio Aéreo Regulado está sujeto a leyes y normativas que deben ser cumplidas. Los modelos de aviones están diseñados y equipados para volar en las diversas clases de espacio y los pilotos cualificados para manejar las aeronaves en ellos.
El espacio aéreo segregado, la Clase G, es aquel que no está incluido en ninguno de los anteriores y es el utilizado por vuelos deportivos y UAV. Actualmente se está intentando integrar los UAV en el espacio aéreo regulado como se ha expuesto en el apartado anterior. En Europa, en el Espacio Europeo Único. Está previsto que para 2016 las agencias Eurocontrol y European Defence Agency, EDA, lleguen a un acuerdo y los UAV puedan compartir cielo europeo con los aviones convencionales según se estipule en la regulación.
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Cuadro 4: UAV
“Diana” de INTA
El más sofisticado de
los UAV descritos en este artículo. Destaca su forma y el motor turborreactor.
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Certificaciones de aeronavegabilidad de UAV
El certificado de aeronavegabilidad es un documento que identifica técnicamente a la aeronave, especifica sus características, expresa las condiciones de uso y acredita que cumple con las medidas de seguridad. Para que la aeronave consiga el certificado también debe incluir los programas de mantenimiento del fabricante y los manuales de vuelo. Los UAV son diferentes en muchos aspectos, presentan variedad de diseños no existiendo unas normativas tal como tienen los aviones convencionales. Esto dificulta la aplicación de un criterio común en la certificación y la integración en espacio aéreo controlado. La armonización de normativa pretende que se exijan a los UAV los mismos requerimientos técnicos y los niveles de seguridad que las aeronaves tripuladas y que se adecuarán a los procedimientos de Gestión de Tráfico Aéreo, (Air Traffic Management, ATM).
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| Figura 5. UAV “Raven” del Ejército de Tierra, desarrollado por AV (Dibujo del autor) |
Vuelo en un espacio aéreo compartido
Uno de los aspectos más preocupantes para los técnicos y diseñadores de aparatos de vuelo sin piloto es dotar a los aviones de sensores para la detección de obstáculos y los mecanismos para evitarlos de una forma precisa y segura sin riesgo para la navegación. En aviones convencionales es el piloto el que observa y vigila su entorno desde la cabina adecuando el pilotaje a imprevistos de una forma muy rápida. En los aviones no tripulados, el piloto recibe información del entorno de vuelo através de imágenes de cámaras que se muestran pantallas. El distanciamiento en la experiencia de
vuelo hace que las respuestas a situaciones complejas no sean tan rápidas y precisas como sería deseable. La creación de nuevos entornos de pilotaje y el adecuado entrenamiento solventarán muchos de éstos problemas.
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| Figura 6. UAV “Searcher” del Ejército de Tierra, desarrollado por IAI. (Dibujo del autor) |
Formación y entrenamiento de operadores de UAS
Las certificaciones de aeronavegabilidad no conciernen sólo a los aparatos sino a la capacitación de los operadores. Las peculiaridades de estas aeronaves obligan a un aprendizaje de forma especial.
En 2012 se inauguró la Escuela de Sistemas Aéreos No Tripulados en el Grupo de Escuelas de Matacán, GRUEMA, en Salamanca, donde se puede obtener el título especial de Operador de Sistemas Aéreos No Tripulados. Es el primero de Europa de estas características. El centro está equipado con modernos simuladores y plataformas de diversas clases como el pequeño “RQ-11B Raven” (Figura 5) y los UAV Tácticos “Searcher” (Figura 6) y “Atlante” (Ver Cuadro 5).
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| Cuadro 5: UAV “ATLANTE” de Cassidian | ||||
| El Avión Táctico de Largo Alcance No Tripulado Español, ATLANTE, es un avión táctico de 150 kg de peso, (la foto es una maqueta). Está diseñado para actividades militares, en labores de vigilancia y reconocimiento. Dotado de ruedas, utiliza pistas para despegue y aterrizaje. Características técnicas UAV ATLANTE |
Los pequeños UAV de Clase I
Hemos visto someramente la situación de los grandes UAV (MALE y HALE). Pasamos a mundo completamente diferente, revisar los pequeños UAV.
Distinto proceder ocurre con las naves pequeñas de la Clase I: los Small, Mini y Micro UAV (SUAV, MUAV y µUAV respectivamente). Debido a su tamaño no es necesaria la certificación de aeronavegabilidad ni someterse a los reglamentos de navegación aérea, aunque existe una regulación, (proveniente de los aviones de aeromodelismo). No obstante, el debate sobre la regulación de su uso está en pleno debate debido a la presión de la industria y a la proliferación de su utilización en actividades civiles.
Esta clase ofrece una amplia variedad de modelos de aparatos, muchos de ellos son diseñados con fines didácticos, lúdicos o experimentales. Llaman la atención los mecanismos de vuelo que imitan la naturaleza, el batir de alas de aves, murciélagos o insectos. Hay una plétora de artilugios denominados “Entomópteros”, “Libélulas”, “Aracnocópteros” u “Ornitópteros” que hacen referencia al mundo animal que tratan de emular con mejor o peor éxito, aunque muchos son sólo una denominación comercial. La investigación a través de los mecanismos de vuelo está contribuyendo a comprender la fisiología animal. En cuanto a los aparatos de alas rotatorias, el conocido modelo helicóptero, existe en el mercado una amplia variedad, destacando los “Quadcópteros” o “Quatricópteros” (Figura 7), “Hexacópteros”, “Octocópteros”, de cuatro, seis u ocho hélices respectivamente.
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| Figura 7. UAV “Air Robot”. (Dibujo del autor) |
A pesar de su pequeño tamaño, son capaces de portar diversos equipos electrónicos para el propio control: acelerómetros, GPS, ultrasonidos, marcadores láser, servos, entre otros; como una amplia variedad de cargas destinadas a los objetivos de la misión: cámaras de video, infrarrojos, radares, etc. Ofertas muy económicas permiten realizar películas aéreas originales para montar anuncios publicitarios o videoclip musicales. En otras disciplinas científicas como la arqueología, la toma imágenes desde cierta altura ayuda a reconocer las formas de posibles construcciones por la alteración de la superficie del terreno, dando un nuevo impulso a las investigaciones.
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Cuadro 6: UAV “Surveycopter” de
Survey Copter
Survey Copter es una empresa que diseña pequeños
helicópteros para vigilancia y control. Más información: Surveycopter
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Vigilancia y privacidad
La utilización de estos ingenios como herramienta de vigilancia, dotados de cámaras y sensores, abre un problema: conseguir una regulación para su uso, tanto por entidades públicas o privadas, que respete la privacidad de los ciudadanos. Es fácil imaginar un aparato dotado con cámara y micrófono, guiado por las manos de un "paparazzi" hacia la residencia de una estrella de cine, como ya ha ocurrido; o portando dispositivos para capturar información, desde la azotea de un edificio de negocios.
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Cuadro 7: UAV “Skywalker” y “Benzine” de Airelectronics
En la imagen vemos los productos de la jovencísima
empresa Airelectronics. El avión Skywalker y el helicóptero Benzine.
Mas información: Avión Skywalker , Skywalker observation , Helicóptero Benzine |
El Salón HOMSEC13 en Madrid
En el mes de marzo se celebró en Madrid HOMSEC13, el 4º Salón Internacional de Tecnologías de Seguridad y Defensa organizado por el Grupo Atenea. Lugar de encuentro de empresas y profesionales para conocer el desarrollo de los avances técnicos y las necesidades en seguridad. El evento fue un éxito logrando un gran número visitantes. Fueron una decena de empresas las que presentaron productos en plataformas UAV. Destacar el surgimiento de pequeñas empresas con modelos SUAV y MUAV para uso civil. Las grandes empresas aeronáuticas también contribuyen con proyectos complejos, diseñando UAV tácticos. HOMSEC es un interesante escaparate y merece la visita.
Los pequeños UAS están destinados para:
- Vigilancia fronteriza y costera.
- Vigilancia perimetral de edificios y espacios abiertos.
- Prevención y detección de incendios.
- Supervisión de extensiones agrícolas. Estado de los cultivos, sistemas de riego, invernaderos, etc.
- Supervisión de extensiones marítimas. Embarcaciones, contaminación, costas de difícil acceso.
- Acceso a lugares difíciles: torres de alta tensión, depósitos, edificios históricos, etc.
- Visión y exploración en entornos peligrosos o tóxicos.
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| Cuadro 8: UAV “Quadcopter”
Ixion Industry and Aerospace S. L. La propuesta de IXION es el uso conjunto del UAV Quadcopter y el UGV, (Unmanned Ground Vehicle), equipados con diferentes cámaras y sensores, ofreciendo un entorno operativo con una visión desde el aire y desde el nivel del suelo. Un sistema más complejo al que normalmente estamos acostumbrados en este tipo de sistemas. Características UGV de IXION , UAV de IXION |
Conclusión
La proliferación de UAV en el entorno civil trae nuevos retos:
- La incorporación de grandes UAV en espacios aéreos regulados nacionales e internacionales.
- El desarrollo y ampliación del marco legislativo y reglamentario para las actividades de vigilancia y seguridad.
- La invención de sistemas que imitan la dinámica del vuelo animal aportando experiencias para la comprensión del vuelo.
- La creación de “enjambres” de minúsculos robots voladores capaces de realizar tareas en conjunto.anunciado el próximo Salón para el 2015.
Con los planteamientos expuestos en el panorama de los UAV, qué nuevas sorpresas nos deparará. No cabe duda que es una tecnología todavía con mucho potencial y que podremos conocer de primera mano dentro de un par de años.
Referencias
Adiestramiento, gestión y empleo operativo de UAS Madrid 2009. Cátedra Alfredo Kindelán XIX Seminario Internacional. Ministerio de Defensa.
Los Sistemas No Tripulados Documentos de Seguridad y Defensa nº 47. Marzo 2012. Centro Superior de Estudios de la Defensa Nacional.
Tecnologías asociadas a sistemas de enjambres de µUAV. Documentos de Seguridad y Defensa nº 49. Abril 2012. Centro Superior de Estudios de la Defensa Nacional.
UAS “Unmanned Aircraft System” Sobre su integración en el espacio aéreo no segregado. Monografías del SOPT nº 1. Sistema de Observación y Prospectiva Tecnológica. Ministerio de Defensa.
EXPÓSITO, J. L. “La nueva Escuela de Sistemas Aéreos No Tripulados imparte los primeros cursos para operadores de vuelo en las Fuerzas Armadas”. Revista Española de Defensa, nº 289, Noviembre 2012.
ÉXPÓSITO, J. L.. “Nueva aptitud aeronáutica. Defensa crea el título de Operador de Sistemas Aéreos no Tripulados”. Revista Española de Defensa, nº 284, mayo 2012.
LABORIE Iglesias, Mario. “La era de los drones”. Atenea, nº 41 Noviembre 2012.
MULERO, Manuel. “Los orígenes de los sistemas aéreos no tripulados en España”. Revista Española de Defensa, nº 284, mayo 2012.
SÁNCHEZ Gómez, Rafael Emilio. “Sistemas aéreos no tripulados y espacio aéreo en Europa. Una combinación estratégica”. IEEE.ES Instituto Español de Estudios Estratégicos. 14 diciembre 2011.
URL de interés
Información y memoria del Salón HOMSEC 2013
http://www.homsec.es/inicio-homsec-2013_80.html
Info UAS, blog creado y mantenido por profesores y alumnos de la Escuela de Aeronáutica y del Espacio de la Universidad Politécnica de Madrid.
InfoUAS
Association for Unmanned Vehicle Systems International, AUVSI. Asociación que aglutina empresas, centros de enseñanza e investigación, organismos públicos para la promoción y desarrollo de UAS.
AUVSI
Otros
The UAVUnmanned Aerial Systems
Luis Fernando Real Martín
Este artículo se publicó en la Revista Antena nº 189, pág 14-21. Noviembre 2013. Editada por Colegio Oficial de Ingenieros Técnicos de Telecomunicación
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