La gestión del riesgo en operaciones de drones fuera de línea visual (BVLOS) no depende exclusivamente del sistema aéreo no tripulado (UAS, por sus siglas en inglés), sino que está estrechamente vinculada a las capacidades del operador y del equipo remoto. En este sentido, un operador altamente cualificado puede aplicar un Plan de Respuesta a Emergencias (ERP) con alta integridad, lo que permite una reducción en el nivel de riesgo de colisión en tierra (GRC, Ground Collision Risk) hasta valores de 0 o −1.

El concepto operativo desarrollado en ALAADy para vuelos BVLOS sobre entornos poco poblados, aplicando todas las mitigaciones posibles, permite reducir el GRC en un máximo de dos niveles, alcanzando un GRC final de 4. Esta misma reducción es aplicable para vuelos sobre entornos poblados, aunque el GRC final en este caso sería de 8, un valor que excede la categoría específica permitida para tales operaciones. Por tanto, el concepto ALAADy limita las operaciones BVLOS a ambientes poco poblados a menos que exista certificación tanto del operador como del UAS para operar en entornos poblados.

Para evaluar el riesgo aéreo, se determina la Clase de Riesgo Aéreo (ARC), que depende de la densidad del tráfico aéreo en el espacio donde se realizará la operación. Las categorías van desde ARC-a, para espacios atípicos sin tráfico, hasta ARC-d, que corresponde a espacios de alta densidad, como aeropuertos o espacios controlados de clase C o D. En el marco de ALAADy, las operaciones se realizan a unos 150 metros sobre el nivel del suelo (AGL), generalmente en espacios no controlados sobre zonas rurales, con ARC iniciales que pueden variar entre b, c o d según el escenario específico.

Al igual que el GRC, el ARC puede ser reducido mediante mitigaciones estratégicas. Estas mitigaciones pueden ser restricciones operacionales que limiten el tiempo o volumen del espacio aéreo utilizado para disminuir la densidad del tráfico, o el uso de estructuras y reglas propias del manejo del espacio aéreo que minimicen conflictos, tales como procedimientos estandarizados y servicios de gestión del tráfico no tripulado (UTM/U-space). Sin embargo, estas mitigaciones solo pueden reducir el ARC hasta un nivel mínimo de ARC-b. Para alcanzar un ARC-a, el operador debe demostrar que el volumen de operación cumple con los requisitos para espacios segregados o atípicos, según los criterios aún en desarrollo del SORA (Specific Operations Risk Assessment).

Además de las mitigaciones estratégicas, existen mitigaciones tácticas que buscan reducir el riesgo residual de colisión con tráfico tripulado, enfocándose en funciones críticas del control de UAS: detección, decisión, comando, ejecución y retroalimentación. Estas mitigaciones tienen niveles de rendimiento diferentes, ajustados a la severidad del ARC residual, siendo más exigentes para ARC-d.

La combinación del GRC y el ARC determina el Nivel de Aseguramiento e Integridad Específico (SAIL), el cual establece los requisitos de seguridad para la operación. En el concepto ALAADy, un SAIL III o IV es el resultado más común para GRC 4 y ARC-b o c, aunque mitigaciones específicas pueden elevar el SAIL hasta VI, con lo que aumentan las exigencias en las medidas de seguridad y operación.

Además, es fundamental considerar los requisitos de contención para las áreas y espacios aledaños a la operación. El objetivo principal es minimizar el riesgo para personas en zonas adyacentes en caso de pérdida de control del UAS. El principio básico es que ninguna falla probable del UAS o de sistemas externos debe permitir que la operación salga del volumen operacional. Para cumplir con esto, se deben implementar medidas de diseño e instalación que incluyen independencia, separación y redundancia, junto con evaluaciones de riesgos particulares asociados a las condiciones ambientales, como granizo o nieve. En casos donde las áreas adyacentes contengan concentraciones de personas o se trate de espacios ARC-d, los requisitos son más estrictos: la probabilidad de que la operación salga del volumen debe ser menor a 10⁻⁴ por hora de vuelo, y ningún fallo único puede causar que la operación traspase la zona de buffer de riesgo en tierra.

Este nivel de exigencia abarca también el desarrollo de software y hardware electrónico embarcado, donde errores pueden comprometer la seguridad del vuelo y el cumplimiento de los límites operacionales.

Es importante que el lector entienda que la gestión del riesgo en operaciones BVLOS no se limita a la tecnología del UAS, sino que es un proceso integral donde la calificación del operador, el diseño del sistema, la planificación de la misión y las mitigaciones aplicadas juegan roles decisivos. La seguridad en el espacio aéreo depende tanto de la capacidad para evaluar y reducir los riesgos en tierra como del control del entorno aéreo y las interacciones con el tráfico tripulado. La normativa y los procedimientos están evolucionando para incorporar herramientas como UTM/U-space, que facilitarán la integración segura de los drones en el espacio aéreo. Además, el cumplimiento de los requisitos de contención es vital para proteger a terceros y asegurar que las operaciones se mantengan dentro de los límites autorizados, evitando impactos externos en caso de fallo.

¿Cómo se perfilan los modelos operativos para la entrega automatizada de carga aérea en baja altitud?

El proyecto Automated Low Altitude Air Delivery (ALAADy) está destinado a revolucionar el sector del transporte aéreo mediante drones capaces de transportar una tonelada de carga a distancias de hasta 600 km con una velocidad de crucero de 200 km/h. Este tipo de aeronaves tiene como objetivo operar bajo una categoría de certificación recién establecida, la "Categoría Específica" de la EASA, que busca hacer que la certificación sea menos restrictiva, permitiendo operaciones más asequibles sin comprometer la seguridad.

Uno de los principales problemas del transporte aéreo tradicional es la alta complejidad y costo de la certificación y la operación, lo que limita el uso de aeronaves no tripuladas para el transporte de carga. El modelo ALAADy, al usar combustibles tradicionales en lugar de baterías eléctricas, logra un rango de vuelo más largo y optimiza los costos operativos. De esta manera, el diseño de la aeronave se aleja de la necesidad de sistemas altamente redundantes y costosos, utilizando soluciones más simples y baratas para asegurar su funcionamiento en el aire.

A pesar de los avances tecnológicos en miniaturización de sistemas, baterías de litio y estabilización computarizada del vuelo, el uso de drones para transporte aéreo de carga todavía está en una fase incipiente, principalmente debido a los problemas relacionados con la capacidad energética de las baterías, la falta de un historial de seguridad probado y la falta de modelos de negocio viables. El proyecto ALAADy ha sido concebido precisamente para resolver estos problemas y establecer un modelo operativo viable, no solo desde el punto de vista técnico, sino también económico.

Uno de los usos previstos para este tipo de aeronaves es la entrega de repuestos agrícolas en Europa. Este es un sector que requiere una alta eficiencia y fiabilidad en la entrega de materiales específicos, y el uso de drones podría representar una solución más rápida y económica para las zonas rurales, donde el acceso por medios tradicionales de transporte puede ser costoso o incluso inalcanzable. Para evaluar la viabilidad de este modelo, se han desarrollado estudios de costos y se han propuesto horarios de vuelo y trayectorias de misión, los cuales permitirán analizar en detalle la eficiencia operativa del sistema.

En cuanto a los costos operativos, este es un factor clave para determinar la viabilidad de cualquier sistema de transporte. Los costos operativos en el caso de un drone de carga como el ALAADy se calculan a partir de diversos elementos como el mantenimiento de la aeronave, los costos de los sistemas de control de vuelo y la utilización de combustibles. Dado que la aeronave está diseñada para funcionar durante unas 10,000 horas de vuelo, se prevé un mantenimiento menos costoso que el de las aeronaves convencionales, lo que genera ahorros sustanciales en el largo plazo.

Por otro lado, la entrega de ayuda humanitaria en zonas de desastre es otro de los escenarios en los que se prevé la aplicación de los drones de carga. En situaciones de emergencia, como en áreas afectadas por inundaciones, el acceso a ciertas zonas puede ser extremadamente limitado, y las aeronaves no tripuladas pueden ser una solución eficaz para entregar suministros médicos, alimentos y otros recursos esenciales. El uso de drones en estas misiones no solo puede acelerar el proceso de ayuda, sino que también puede reducir significativamente los costos logísticos asociados con el transporte tradicional por helicópteros o camiones.

Ambos casos, la entrega de repuestos agrícolas y la ayuda humanitaria, son ejemplos de cómo los drones pueden optimizar el transporte de carga. Sin embargo, para que el modelo sea exitoso, es esencial entender que el éxito de estos proyectos no depende únicamente de la tecnología, sino también de la integración de los drones en los sistemas logísticos existentes. La transición de un modelo de transporte tradicional a uno basado en drones de carga requerirá una reconfiguración completa de la infraestructura logística y una revisión de las normativas de vuelo, lo que podría implicar desafíos regulatorios, económicos y operacionales que deberán ser abordados.

Además de los costos operativos, las trayectorias de vuelo y la planificación de las misiones son cruciales para el éxito de estos modelos. El diseño adecuado de rutas y horarios, basado en una evaluación cuidadosa de las necesidades del mercado, la densidad de tráfico aéreo y las restricciones geográficas, puede marcar la diferencia entre un sistema rentable y uno que fracase. La operación eficiente de drones de carga requerirá de una optimización continua de estos elementos, y las herramientas tecnológicas actuales, como la simulación de trayectorias y la inteligencia artificial, jugarán un papel clave en la mejora de las operaciones.

Es fundamental comprender que el futuro de los drones de carga automatizados no solo dependerá de los avances tecnológicos, sino también de la capacidad de adaptarse a los diferentes contextos operativos, tanto comerciales como humanitarios. El éxito de este modelo no está garantizado, y la industria debe abordar con seriedad tanto los desafíos técnicos como los económicos para que la transición hacia el transporte aéreo autónomo de carga sea sostenible y viable a largo plazo.

¿Cómo influyen los componentes aerodinámicos y los propulsores en el comportamiento de un aeroplano no tripulado?

El diseño de un vehículo aéreo no tripulado, como el ACG2, involucra la optimización de cada uno de sus elementos para garantizar la estabilidad y la eficiencia en las fases críticas del vuelo, como el despegue y el aterrizaje. En este contexto, uno de los principales desafíos es mejorar el comportamiento de la aeronave en cuanto a la estabilidad en guiñada, la reducción de la resistencia aerodinámica y la minimización de momentos de pitching inesperados causados por los cambios en el empuje de los propulsores. Cada componente, desde el estabilizador horizontal hasta los propulsores en ralentí, juega un papel clave en la definición de la capacidad de maniobra y la seguridad del vuelo.

El sistema de guiñada de la aeronave fue inicialmente mejorado con un timón adicional para aumentar el control de guiñada, especialmente en fases de vuelo a baja velocidad, como en el aterrizaje. A bajas velocidades, los propulsores en ralentí también contribuyen a reducir la presión dinámica sobre el estabilizador vertical. Esta mejora en la estabilidad de guiñada no solo reduce los ángulos de deslizamiento en las maniobras, sino que también ayuda a disminuir la tendencia a un alabeo indeseado hacia la dirección del giro, al reducir el ángulo de deslizamiento. Así, el vehículo puede mantener un control más preciso y predecible durante las maniobras.

Un aspecto adicional de esta investigación se centró en la aerodinámica del cubo del rotor. Se probaron varios diseños de carenados para evaluar si podían reducir la resistencia a la que se somete esta parte crítica del rotor. Sin embargo, los experimentos revelaron que el diseño propuesto no contribuyó significativamente a la reducción de la resistencia, por lo que se decidió eliminarlo del vehículo para ahorrar peso y simplificar la construcción técnica.

La influencia de la rotación de los propulsores sobre los momentos de pitching también se analizó detenidamente. En el caso del ACG2, la línea de empuje de los propulsores se encuentra ligeramente por debajo del centro de gravedad, lo que provoca un momento de pitch ascendente cuando el empuje aumenta. En los primeros enfoques de diseño, los propulsores giraban en sentido contrario: el propulsor derecho giraba en sentido antihorario y el izquierdo en sentido horario, lo que resultaba en un aumento del momento de pitching positivo. Para mitigar estos efectos y reducir al máximo el acoplamiento entre el empuje y el pitching, se cambió el sentido de rotación de los propulsores, logrando un mejor equilibrio y comportamiento general.

El estabilizador horizontal, ajustado a un ángulo de incidencia de -0,5°, también fue clave en la configuración de la aeronave. Las pruebas experimentales demostraron que el momento de pitching absoluto del fuselaje, incluyendo estabilizadores y alas, estaba equilibrado con el momento de pitching producido por el rotor a velocidades de vuelo de crucero, aproximadamente entre 70 y 100 km/h. A través de las pruebas en túnel de viento, se exploró la configuración del ACG2 y se investigaron las fuerzas y momentos aerodinámicos generados por cada uno de sus componentes, como el ala, los engranajes y los propulsores.

En particular, se profundizó en el impacto de los propulsores en ralentí sobre la sustentación, la resistencia y el momento de pitching. Dado que la línea de empuje de los propulsores está ubicada por debajo del centro de gravedad, las variaciones de empuje en combinación con un brazo de palanca vertical de 45 mm provocan momentos de pitching. Durante las pruebas en el túnel de viento, se evaluaron los efectos de los propulsores en ralentí, así como de los propulsores en posición de freno, con el fin de predecir los momentos de pitching esperados en condiciones de empuje reducido, como en las fases de aterrizaje o despegue.

Los resultados de estas pruebas mostraron que los propulsores en ralentí contribuyen a un comportamiento más favorable en cuanto a la resistencia aerodinámica. La resistencia del ACG2, que en condiciones normales sin propulsores es relativamente baja, aumenta notablemente con los propulsores en marcha, especialmente cuando estos giran en régimen de "windmilling" (giro libre). Sin embargo, al frenar los propulsores en una posición predefinida, la resistencia se reduce significativamente, lo que mejora la eficiencia general del vehículo.

Además, los propulsores en ralentí tienen un impacto positivo en el comportamiento de la aeronave durante el stall. El stall, o pérdida de sustentación, se produce a ángulos de ataque más altos y de manera más gradual cuando los propulsores están inactivos. Este cambio en el comportamiento de la aeronave ayuda a evitar situaciones de pérdida brusca, lo que es crucial para la seguridad durante el vuelo.

Una de las conclusiones importantes de estas pruebas es que, en la fase de aterrizaje y despegue, el control del momento de pitching se vuelve crucial para evitar interferencias con las entradas de control del piloto o del sistema de control de vuelo. Por tanto, se debe anticipar el acoplamiento entre empuje y pitching para diseñar un control de vuelo efectivo que permita gestionar estas variaciones con precisión.

En cuanto a las pruebas de vuelo, una vez realizadas las mediciones en túnel de viento y conocidas las características aerodinámicas y de masa de la aeronave, se pasó a la fase de prueba en vuelo para evaluar la controlabilidad del ACG2 y su idoneidad para tareas de carga. La instalación de dispositivos de medición, como una unidad de medición inercial (IMU) y sensores de presión, permitió registrar parámetros clave del vuelo, como la velocidad, la altitud y los comandos de control, para validar las predicciones realizadas a partir de los datos experimentales previos.

Además de estos aspectos, es fundamental que los diseñadores de aeronaves no tripuladas comprendan la interacción entre los diferentes componentes aerodinámicos, no solo en condiciones de vuelo estacionario, sino también durante las fases transitorias, como el despegue, el aterrizaje y las maniobras en vuelos a baja velocidad. La relación entre el empuje de los propulsores y los momentos de pitching es especialmente crítica, ya que pequeñas variaciones en el empuje pueden tener un gran impacto en la estabilidad y la respuesta del vehículo. Por lo tanto, un enfoque integral que considere tanto la aerodinámica como la dinámica de vuelo en diferentes condiciones es esencial para el diseño de aeronaves no tripuladas más seguras y eficientes.

¿Cómo afectan los sistemas de enlace de datos a la operación segura de aeronaves no tripuladas en el transporte de carga?

Los sistemas de aeronaves no tripuladas (UAS, por sus siglas en inglés) presentan un sinfín de oportunidades para el transporte de carga, especialmente en vuelos de baja altitud, por debajo de los 150 metros. Sin embargo, la automatización de estos sistemas, aunque avanzada, requiere de interfaces de control y comando por parte de pilotos remotos. Este tipo de operación depende en gran medida de un sistema de enlace de datos digital, el cual permite a los operadores supervisar y controlar las aeronaves a distancia.

La Agencia Europea de Seguridad Aérea (EASA) ha introducido un enfoque basado en el riesgo operativo para la certificación de UAS dentro de la categoría específica. Este enfoque exige que los sistemas de enlace de datos cumplan con objetivos de seguridad específicos, los cuales deben ser alcanzados para garantizar que los vuelos de UAS se realicen de manera segura. La seguridad operativa en estos sistemas no solo depende de la tecnología de comunicación, sino también de la calidad y fiabilidad del enlace de datos utilizado para la transmisión de comandos y datos entre el piloto remoto y la aeronave.

En este contexto, los sistemas de enlace de datos deben cumplir con los requisitos de seguridad derivados de una Evaluación de Riesgo Operacional Específica (SORA, por sus siglas en inglés), un proceso que evalúa los riesgos inherentes a las operaciones de los UAS y determina las medidas necesarias para mitigarlos. La certificación en función de este riesgo operativo asegura que los sistemas de enlace sean lo suficientemente robustos para soportar las

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