En abril de 1915 el Capitán J. M. Furnival, en Inglaterra, escuchó la voz del Mayor Prince desde su avión: “Si me oyes ahora, será la primera vez que unas palabras se han comunicado a un avión en vuelo”. Furnival las escuchó y los aviones empezaron a recibir señales desde tierra gracias a la radio.
Después
de la I Guerra Mundial los aviones solían transportar correo y se orientaban
con las líneas de ferrocarril, carreteras y la orografía. Muy pronto se
empezaron a dibujar marcas en las terrazas o sobre los tejados de algunas casas
con flechas que indicaban la dirección y distancia a determinados lugares o el
nombre del emplazamiento. En los Estados Unidos, en 1926, el Congreso encargó a
varias organizaciones el despliegue de marcas para ayudar a los navegantes aéreos
de todo el país, con el objetivo de que, al menos, cada quince millas hubiera
alguna señalización. Cuando estalló la II Guerra Mundial la nación contaba con
unas trece mil marcas.
El
correo aéreo se transportaba de día y de noche. En marzo de 1926, cuatro aviones
D.H.4 del servicio postal cruzaron los Estados Unidos de Nueva York a San
Francisco en 33 horas y 20 minutos. Para facilitar los vuelos nocturnos los
aeródromos se señalizaban con hogueras alineadas en los lados de la pista de
aterrizaje y las rutas se marcaban con fuegos espaciados cierta distancia a lo
largo del trayecto. Estos fuegos se sustituirían por faros rotatorios,
separados unas diez millas, más próximos en zonas de montaña y más alejados en
las llanuras. Las pistas de aterrizaje se iluminaron con luces. Sin embargo, la
lluvia y las nubes impedían que los pilotos pudieran orientarse con las luces y
la falta de visibilidad dejaba con demasiada frecuencia las sacas de correo en
tierra.
A
finales de los años 1920 empezaron a utilizarse radiobalizas omnidireccionales:
simples estaciones de radio que emitían señales de baja o media frecuencia en
todas las direcciones, en inglés estaciones NDB (Non directional beacon). Desde
el avión podían detectarse con un receptor de radio sencillo y mediante un instrumento
relativamente simple, ADF (Automatic Directional Finder), era posible
determinar la dirección de la que procedían. Con un poco de viento lateral,
navegar exclusivamente con estas ayudas era peligroso porque, aunque el morro
del avión apuntara siempre a la radiobaliza, la aeronave describía una
trayectoria curva con el consiguiente peligro de entrar en una zona montañosa o
en la que hubiera otros obstáculos.
En Gran
Bretaña, el Gobierno estableció en 1922 los procedimientos para determinar la
posición de las aeronaves, desde tierra, con el empleo de radiogoniómetros.
Consiguieron hacerlo con una exactitud de un par de millas, tardaban menos de
dos minutos y el Gobierno decidió, a partir de esa fecha, organizar el control
del tráfico aéreo de esta forma.
Con los
radiofaros resultaba difícil seguir una trayectoria y cuando la empresa
automovilística Ford decidió fabricar aviones y lanzó al mercado su legendario
trimotor metálico, en 1927, empezó a utilizar un revolucionario sistema de
guiado para las aeronaves. El invento era originalmente alemán, pero el
ingeniero de Ford, Eugene S. Donovan, lo perfeccionó. En un principio
funcionaba con dos antenas girada una, noventa grados con respecto a la otra,
ambas con diagramas de radiación en forma de ocho. Una antena transmitía en
morse la letra A (punto y raya) y la otra la letra N (raya y punto). Cuando la
aeronave volaba hacia las antenas por un radial equidistante a las dos, el
piloto recibía ambas señales a la vez de forma que escuchaba una raya continua:
un tono. Si se desviaba a un lado solamente escuchaba una letra, la A o la N.
El piloto, con un simple receptor y unos auriculares, era capaz de mantenerse
en la ruta corrigiendo el rumbo del avión para oír el tono; las letras le
indicaban el sentido de la rectificación. Si el volumen de la señal aumentaba
el piloto sabía que iba hacia la estación, de lo contrario, se alejaba. Los dos
primeros equipos se instalaron en los aeropuertos de Lansing en Chicago y
Dearborn en Michigan.
La Ford
efectuó numerosos vuelos cargueros entre los dos aeródromos y el sistema
funcionó bien. En los Estados Unidos, el Bureau of Air Commerce perfeccionó el
invento con cuatro antenas, que transmitían haces frontales de unos 90 grados
de apertura, situadas en los vértices de un cuadrado y llegó a desplegar unas
400 instalaciones denominadas Radio Range, o Four Course Radio Ranges, en todo
el país. Las estaciones transmitían en código morse, cada 30 segundos, dos
letras a modo de identificador. Cada estación definía cuatro aerovías que
podían enlazarse con otras estaciones para formar así los caminos por los que
circulaban las aeronaves.
Durante
el periodo de entre guerras los cielos se cubrieron de aerovías invisibles
señalizadas con equipos radioeléctricos que facilitaron el desarrollo del
transporte aéreo comercial. El uso de estos sistemas se extendió por todo el
mundo y no empezó a decaer hasta después de la II Guerra Mundial y
desaparecieron por completo en 1970. Con el Radio Range nació el vuelo
instrumental que, a diferencia del vuelo visual, se caracteriza porque la
navegación se hace gracias al uso de un conjunto de dispositivos que permiten
volar sin visibilidad.
Además
de las radioayudas terrestres para el trazado de aerovías, el vuelo
instrumental requiere de un equipamiento a bordo capaz de indicarle al piloto
cual es la actitud del avión en todo momento. Sin referencias visuales fijas en
tierra, el piloto no puede discernir si la aeronave está inclinada hacia un
lado, desciende o sube, con el morro apuntando a tierra o al cielo. Los
instrumentos giroscópicos, con sus discos que giran a unas siete mil
revoluciones por minuto y tienden a mantener fijo el plano de rotación,
permiten establecer una referencia con respecto a la cual es posible medir las
desviaciones.
El
estadounidense Lawrence Sperry desempeñó un papel fundamental como introductor
de mecanismos de pilotaje automático en las aeronaves. Su padre, Elmer, fue
junto con el alemán Anschütz Kaempfe el autor del compás giroscópico y está
considerado como el principal inventor de los sistemas giroscópicos de
navegación automática en vehículos móviles. Lawrence aplicó las ideas de su
progenitor a los aviones y tan pronto como en 1914 ganó el Concours de la
Securité en Aéroplane que se celebró en París, en el que demostró cómo sus
aparatos controlaban un avión que volaba a baja altura sobre el río Sena
delante de los jueces, mientras su ayudante, el mecánico francés Chacin, y él,
se paseaban por las alas.
A
finales de la década de los años 1920 la tecnología de instrumentación y ayudas
a la navegación permitía que las aeronaves pudiesen volar razonablemente bien
sin apenas visibilidad, aunque no todas las aeronaves de entonces estaban
equipadas para hacerlo, ni sus pilotos poseían la cualificación necesaria y
tanto los instrumentos de a bordo como los equipos terrestres adolecían de
importantes deficiencias. En particular, las tormentas eléctricas afectaban
mucho al Radio Range. Y había una gran disparidad de equipamiento a bordo de
las aeronaves.
En
1929, la ciudad de St. Louis contrató a un piloto y mecánico, Archie W. League,
para que controlara el creciente tráfico aéreo de su aeropuerto. Se instaló en
el aeródromo con una silla y protegido con un parasol utilizaba dos banderas
para informar a los aviones: una roja para que esperasen y otra a cuadros para
que entraran. Al año siguiente, en 1930, el aeropuerto de Cleveland fue el
primero en abrir una sala con equipos de radio para comunicarse con los aviones
y en los cinco años siguientes unas veinte ciudades estadounidenses hicieron lo
mismo.
A
finales de 1935, un consorcio formado por las principales aerolíneas
norteamericanas, para evitar que se produjeran colisiones entre aeronaves en
vuelo, organizó el primer centro de control de tráfico, para las aerovías
definidas por los Radio Range, que se instaló en Newark (Nueva Jersey). A este
centro, donde se marcaba la posición de cada avión sobre un mapa o en una
pizarra, se añadieron otros dos más, en Cleveland y Chicago. Desde los mismos,
los controladores no se comunicaban directamente con las aeronaves, sino que
pasaban, vía telefónica, a las torres de control o a las estaciones Radio
Range, las instrucciones para que estas las transmitieran por radio a los
aviones. En 1936, el Departamento de Comercio de Estados Unidos se hizo cargo
de los tres centros de control.
En
vuelos transoceánicos de larga duración las aeronaves no podían contar con
estaciones radioeléctricas terrestres, a lo largo de la mayor parte de la ruta,
y los pilotos se vieron obligados a utilizar otros recursos. El más simple era
la navegación a la estima: a partir de una posición inicial conocida y
manteniendo el rumbo se mide el tiempo, la velocidad y la deriva de la
aeronave, para determinar la nueva posición.
Existían
aparatos para evaluar la deriva, el ángulo que forma la velocidad real del
avión con respecto al rumbo que sigue (derivómetros), y otros incluso para
determinar la velocidad del avión con respecto a tierra, pero todos ellos eran
difíciles de manejar y no excesivamente precisos. Los aviadores en sus vuelos
oceánicos, a partir de la década de los años 1930 y hasta después de la II
Guerra Mundial se situarían igual que los marinos, con los astros. Para ello
utilizaban sextantes, denominados de precisión, porque desde una cierta
elevación es difícil determinar la línea del horizonte, imprescindible para
medir la altura de un astro con el sextante.
El
portugués Gago Coutinho fue el inventor de este tipo de sextante de precisión,
que utilizaba una burbuja como referente en vez de la línea del horizonte, y
que probó con éxito en su vuelo a través del Atlántico Sur con Sacadura Cabral,
en 1922. El piloto español, Ramón Franco fue el primero en cruzar este océano,
en 1926, y también llevaba a bordo un sextante, aunque fue el radiogoniómetro
la ayuda que le permitió culminar con éxito el vuelo.
Durante
la II Guerra Mundial se desarrollaron los sistemas de navegación y radioayudas
que permitieron a la aviación comercial extender una amplia red de aerovías a
nivel global y navegar con seguridad por todos los cielos del planeta durante
un largo periodo tiempo, hasta mediados de la década de 1990 cuando se inició
la navegación por satélite.
La
navegación inercial, las radioayudas para la navegación VOR y DME, los sistemas
de ayuda al aterrizaje ILS, los sistemas de navegación hiperbólica como el
LORAN, el RADAR primario y el radar secundario junto con nuevos equipos de
comunicación de voz en las frecuencias VHF y HF, formaron el núcleo del
equipamiento con el que se organizó la navegación aérea de los aviones
comerciales desde el final de la II Guerra Mundial hasta el año 1994. A lo
largo de esos años, la gestión global del tráfico aéreo se organizó mediante
centros de control en tierra que asumieron la responsabilidad de garantizar la
separación entre aeronaves y modular la secuencia de llegadas y salidas a los
aeropuertos para evitar la congestión del espacio aéreo.
A
partir de 1970, con la irrupción de la electrónica digital y los ordenadores,
los sistemas de comunicaciones de datos con las aeronaves como el Aircraft
Communications Addressing and Reporting System” (ACARS) y entre los centros de
control a través de la red Aeronautical Fixed Telecommunication Network (AFTN),
el proceso de la información de los planes de vuelo de las aeronaves y la
facilidad de acceso a la información necesaria para el vuelo y su distribución,
permitieron la implantación de un robusto sistema de apoyo a la aviación
comercial, en la década de los años 1980, que se extendió por todo el mundo. El
espacio aéreo global se parceló en pequeños sectores, con la salvedad de la
navegación oceánica donde se mantuvo el concepto de rutas, a los que se le
asignaron controladores para ordenar el tráfico y garantizar la separación
entre aeronaves. La tecnología desarrollada durante la guerra, perfeccionada en
la era digital, alumbró el sistema de comunicaciones, navegación y vigilancia
(CNS) que hizo posible el espectacular crecimiento del tráfico aéreo durante la
segunda mitad del siglo XX.
El
equipo de Von Braun en Alemania, durante la II Guerra Mundial y en los Estados
Unidos el Instrumentation Laboratory del MIT, Northrop, y Autonetics
financiados por la Fuerza Aérea, a partir de 1940, desarrollaron dispositivos
con giróscopos y acelerómetros para determinar la posición de misiles. Esta
tecnología de navegación inercial, durante mucho tiempo se restringió al ámbito
militar, pero a finales de los años 1960 se incorporó a la navegación espacial
y a la aviación comercial: los aviones Boeing 747 y Vickers VC-10 fueron los
primeros en utilizarla.
Las
radioayudas con las que se ha construido la extensa red de aerovías por la que
navegan los aviones en nuestro planeta son el VOR (Very High Frequency
Omnidirectional Range, que empezó a desarrollarse en el Washington Institute of
Technology en 1937) y el DME (Distance Measuring Equipment, inventado en
Australia por James Gerrand de la Commonwealth Scientific and Industrial
Research Organization).
El VOR
permite volar hacia o desde el equipo por un radial y el DME facilita la
distancia de la aeronave a la radioayuda. Con un VOR y un DME, juntos, en un
conjunto de emplazamientos clave, se forman nodos que enlazan aerovías por las
que los aviones circulan y siguiéndolas son capaces de volar instrumentalmente
entre dos aeropuertos cualesquiera, siempre y cuando las distancias entre nodos
no sean muy grandes ya que el alcance de éstas radioayudas está limitado en la
práctica a unas 130 millas, lo que impide su uso en la navegación oceánica. Los
VOR y los DME sustituyeron a los Radio Range.
Si el
DME y el VOR desempeñaron un papel muy importante en el diseño de aerovías y la
navegación aérea instrumental durante la segunda mitad del siglo XX y los radares
en la organización del control de tráfico aéreo, la aproximación a los
aeropuertos y el aterrizaje final, sin visibilidad, fue posible gracias a otra
radio ayuda: el ILS (Instrumental Landing System). Esta radioayuda empezó a
desarrollarse en 1929, pero la primera vez que un avión de pasajeros de un
vuelo regular aterrizó auxiliado de un ILS fue el 26 de enero de 1938, en
Pittsburgh, cuando un Boeing 247-D de Pennsylvania-Central Airlines tomó tierra
con una impresionante nevada.
La OACI
homologó los ILS en 1949. Del ILS existen tres categorías con subcategorías en
la categoría III en función de la precisión del aparato, y si está certificado
para la máxima (Categoría IIIc) el piloto puede aterrizar sin visibilidad,
mientras que en las inferiores se requiere cierta visibilidad. Es habitual que
la indicación del ILS de la trayectoria que debe seguir el piloto, durante la
aproximación, se presente en el horizonte artificial: dos barras
perpendiculares que se cruzan en el centro del instrumento cuando el avión
sigue la senda de descenso.
También
hubo otros sistemas radioeléctricos de navegación hiperbólica que permitían a
la aeronave determinar su posición a partir de las diferencias de fase de la
señal que recibía de, al menos, dos estaciones. Estos equipos, como el LORAN y
el DECCA o el CHAYKA de la Unión Soviética, se introdujeron también después de
la II Guerra Mundial. El LORAN se desarrolló durante la II Guerra Mundial en los
Estados Unidos a partir del sistema británico GEE inventado por Robert Dippy,
que trabajaba en el laboratorio de Robert Watson-Watts, para facilitar la
navegación nocturna. Con la producción masiva de semiconductores a mediados de
la década de 1970 los receptores del tipo LORAN se abarataron y el uso de esta
ayuda se extendió mucho, sobre todo en las zonas donde no existía cobertura
VOR/DME. A partir de los años 1990, con la introducción del GPS, la navegación
hiperbólica dejó de utilizarse de forma progresiva, primero en 2010 en los Estados
Unidos y en 2015 se cerraron las últimas estaciones que daban cobertura en
Europa.
El
RADAR primario (Radio Detection and Ranging) lo desarrolló con gran secreto en
el Reino Unido Robert Watson-Watts a lo largo de 1935. En 1937 se montaron tres
estaciones en Inglaterra, a las que se añadirían diecisiete más, en el sur y el
este de la costa (Chain Home) para detectar aviones enemigos y dirigir a los
propios en sus misiones. El radar primario determina la posición de un avión
midiendo el tiempo que tarda la señal en alcanzarlo y regresar después de
reflejarse en el blanco. El radar secundario inicialmente surgió para
determinar si un avión era amigo o enemigo (IFF).
Las
primeras patentes de este tipo de radar pertenecen también a Robert
Watson-Watts. En 1940, otro ingeniero británico, Freddie Williams, sugirió que
este radar secundario utilizara una frecuencia distinta al primario. Los
sistemas de radar secundario que se emplean en el control de tráfico aéreo
civil transmiten pulsos, en frecuencias distintas a las del radar primario
(interrogaciones), y el avión responde con otros pulsos que contienen
información útil para los controladores. Mientras que el radar primario indica
la presencia de una aeronave en el espacio aéreo, en el lugar donde se
encuentra y no necesita que el avión lleve ningún equipamiento especial, el
radar secundario aporta, además de la posición, información específica
transmitida por la aeronave y sí requiere que el avión esté dotado con un
equipo denominado transpondedor.
En los Estados
Unidos el uso de los radares secundarios para el control de tráfico aéreo civil
se empezó a extender en 1960, poco después de que se creara la Federal Aviation
Administration (FAA) y a raíz de un accidente sobre la ciudad de Nueva York, en
1960. Con el radar secundario los controladores podían identificar las
aeronaves a las que se les asignaba un código. Se adoptaron códigos para
situaciones de emergencia e incluso se reservó uno para que el piloto
notificara un secuestro (3100 inicialmente); además el radar secundario también
permite la transmisión de la altitud del avión (modo C) y posteriormente se
definió el modo S, para que la comunicación del radar secundario se pudiese
hacer selectiva (el equipo de tierra interroga a una aeronave) y el ADS-B, para
que los aviones retransmitieran su posición (GPS).
El 16
de febrero de 1994, la FAA certificó el Garmin GPS 155 para su uso en vuelo sin
visibilidad (IFR). Ese día la empresa de Gary Burrell y Min Kao (Garmin) marcó
un importante hito en la historia de la navegación aérea. Los satélites del
Global Positioning System (GPS) de los Estados Unidos se desplegaron con el
objetivo prioritario de atender las necesidades de las Fuerzas Armadas del país
y la señal civil se alteraba de forma intencionada, para reducir la precisión
con la que los receptores comerciales se situaban mediante la triangulación de
satélites de la constelación GPS. Además, el Gobierno de los Estados Unidos se
reservaba el derecho de interrumpir el servicio, sin previo aviso y en
cualquier momento.
Para
facilitar el uso del GPS en aplicaciones de navegación aérea, se introdujo, en
1994, el Wide Area Augmentation System (WAAS). Este sistema de aumentación
envía, también desde un satélite, señales de corrección para los receptores
terrestres y de aviso de falta de disponibilidad del GPS, en caso necesario. En
principio el ámbito geográfico de operación del WAAS se limitaba a los Estados
Unidos, aunque posteriormente ha incrementado el área de cobertura a Canadá y
México. Gracias al sistema de aumentación, a partir de 1994, los receptores
baratos GPS permitieron, sobre todo a las pequeñas aeronaves comerciales,
navegar y efectuar en los aeródromos aproximaciones, con un nivel de precisión
similar al que ofrece el ILS de Categoria I, en los Estados Unidos.
La
revolución que representó la navegación aérea por satélite se extendió por todo
el mundo. En 2011 OACI certificó el sistema de aumentación por satélite europeo
European Geostationary Navigation Overlay System (EGNOS) que, inicialmente a
partir de la señal GPS, con satélites geoestacionarios cubre el continente europeo
y proporciona servicios similares al WAAS en la región europea. EGNOS ha
firmado acuerdos para extender sus servicios en otras áreas geográficas y en
diferentes partes del planeta han aparecido y se están desplegando nuevos
sistemas de aumentación.
Además
del GPS estadounidense, las naciones han desplegado otros sistemas globales de
navegación por satélite —Navigation Satellite System (GNSS). El ruso GLONASS,
el europeo GALILEO y el chino BeiDou, estos tres con cobertura global y también
hay otros que tan solo tienen cobertura regional (India y Japón). Existen
acuerdos entre los propietarios de los sistemas, tanto de navegación por
satélite como de aumentación, para facilitar la navegación aérea en las
distintas partes del mundo con receptores compatibles.
El
proyecto para la construcción de GALILEO se lanzó oficialmente en el año 2003,
aunque las conversaciones entre los promotores empezaron en 1999, y la
constelación inició las operaciones en 2016. Desde el principio la Unión
Europea planteó que el sistema sería de libre acceso para el uso civil, con una
señal de gran precisión y un servicio garantizado. Los Estados Unidos cambió la
política con respecto a GPS, en el año 2000 se dejó de perturbar la señal civil
y a partir de 2007 los nuevos satélites de la constelación ya no incluían esa
capacidad. En el futuro, GPS III y GALILEO serán interoperables, facilitarán la
redundancia y mejorarán la precisión.
En
cualquier caso, el modo tradicional de navegación aérea por las aerovías, de un
punto de la carta señalizado con la presencia de radioayudas, a otro análogo,
se ha sustituido en muchos casos por una navegación directa entre dos puntos,
lo que permite acortar distancias o agilizar el tráfico aéreo. Esto se conoce
como Navegación de Área (RNAV). Hay varios tipos de navegación de área, en
función de la precisión (RNAV-10, por ejemplo, implica una precisión de 10
millas en la posición de la aeronave, el 95% de las veces). Pero la precisión
no es el único elemento importante, sino también la capacidad del sistema para
advertir al navegante de si funciona correctamente o no el equipo, así como la
fiabilidad, de modo que el concepto de navegación RNAV se revisó para incluir
estos otros parámetros en lo que se denomina navegación de precisión RNP.
Cualquier persona que se interese un poco por estos aspectos de la navegación
aérea, debe disponerse a ingerir una auténtica ensalada de acrónimos que por lo
general suelen añadir más confusión que claridad al asunto.
En
realidad, lo que ocurre es que la navegación aérea, cada vez más, se apoya en
instrumentos que toman señales de múltiples ayudas, espaciales o terrestres,
que a su vez colaboran entre ellas y que permiten a la aeronave volar una
trayectoria en cuatro dimensiones (posición y tiempo) con un nivel de precisión
y fiabilidad prestablecido. Al navegante, la complejidad tecnológica le aporta
una extraordinaria simplicidad para ejecutar el vuelo.
Vistas
las cosas desde esta perspectiva, a lo largo del siglo XXI la navegación aérea
por satélite podría desplazar por completo el viejo sistema cuya tecnología
nació en la II Guerra Mundial, pero quizá no sea exactamente así. Las señales
de los satélites son débiles, se pueden interferir fácilmente y son muy
sensibles a cambios en las condiciones de la ionosfera, además la tecnología
actual dispone de otras alternativas.
Fuente:
https://elsecretodelospajaros.net
