En los últimos años, el Centro de Investigación sobre la Epidemiología de Desastres (CRED 2020) ha registrado entre 332 y 523 desastres naturales al año, siendo los más frecuentes los desastres hidrológicos y meteorológicos. El número de personas afectadas, incluyendo el número de víctimas fatales, ha variado entre 84 y 660 millones. Los años 2002 y 2015 se destacaron por la gravedad de los desastres en China e India, donde inundaciones y sequías devastaron grandes áreas. Esta cifra incluye solo aquellos desastres que causaron al menos 10 muertes, afectaron a más de 100 personas, o que provocaron la declaración de emergencia o la solicitud de ayuda internacional, lo que hace que las cifras sean significativamente más altas de lo que se percibe comúnmente.

En cuanto a la logística humanitaria, la distinción entre desastres naturales y provocados por el hombre no es de relevancia según Apte (2009). Es más útil clasificar los desastres según la rapidez de su inicio y su extensión geográfica. Dependiendo de esta combinación, los desafíos para la logística humanitaria varían considerablemente. Algunos desastres comienzan de forma lenta y afectan a áreas limitadas, como la hambruna en Sudán del Sur, que ha durado varios años. En este tipo de situaciones, los requisitos logísticos son relativamente bajos, ya que existe tiempo para la preparación y distribución de suministros antes de que se alcance el pico de la crisis. La presión de tiempo es menor que en los desastres de inicio repentino.

Sin embargo, los desastres de inicio rápido, como el huracán Katrina de 2005, presentan una serie de desafíos adicionales. Estos desastres suelen ser impredecibles en cuanto a su tiempo, ubicación y magnitud, lo que los convierte en situaciones de alto riesgo y complejidad logística. En estos casos, la respuesta humanitaria debe organizarse de manera más eficiente para garantizar el transporte de suministros críticos en el menor tiempo posible.

La respuesta ante un desastre se refiere a la ayuda inmediata que se proporciona durante o poco después del inicio del desastre. El objetivo principal de estas operaciones es identificar y localizar a los sobrevivientes, y asegurar el suministro básico de agua, alimentos, refugio y atención médica. Un problema recurrente en estas situaciones es la falta de información precisa sobre las necesidades reales, mientras que el tiempo se convierte en el factor crucial para el éxito de la ayuda. Inmediatamente después del desastre, la situación suele ser caótica, con responsabilidades poco claras y recursos limitados. Las circunstancias políticas inestables, como relaciones de poder difusas o desconfianza hacia los trabajadores humanitarios, también pueden complicar las operaciones de ayuda.

Los suministros de ayuda se dividen en dos grupos según las necesidades: los bienes de tipo 1, que se necesitan de manera inmediata y generalmente solo una vez, como tiendas de campaña, mantas, lonas, y bidones; y los bienes de tipo 2, que son necesarios durante todo el período de la operación de ayuda, como alimentos y kits de higiene. Al principio de la respuesta a un desastre, se presenta una fuerte demanda de suministros, lo que se debe gestionar con las infraestructuras dañadas y un suministro incierto.

El transporte de suministros es una parte integral de la respuesta ante desastres. La dificultad aumenta cuando la infraestructura está dañada, la capacidad de transporte disponible es insuficiente, o las condiciones geográficas lo dificultan. Por ejemplo, en áreas montañosas afectadas por terremotos como en Nepal en 2015, o en islas dispersas afectadas por tsunamis como en 2004, las operaciones logísticas se complican aún más. La fase más difícil de la cadena de suministro es la distribución final, conocida como "el último kilómetro", que se refiere a la entrega de ayuda a las personas afectadas en áreas específicas.

El transporte aéreo de ayuda, aunque costoso, puede ser la única opción viable en situaciones donde el acceso por tierra es imposible debido a infraestructuras dañadas, inundaciones o situaciones de inseguridad. En estos casos, se utilizan helicópteros de carga pesada, como el Mi-8, que puede transportar hasta 4 toneladas, o el Chinook CH-47, con una capacidad de hasta 12,7 toneladas. Aunque esta opción es costosa, se considera como un recurso esencial en casos de emergencia.

La respuesta a desastres también puede incluir lanzamientos aéreos de suministros, es decir, el uso de aviones para arrojar artículos de ayuda desde el aire. Aunque esta práctica se lleva a cabo, es una opción poco deseada debido a los altos costos, el riesgo de mal manejo de los suministros, y las dificultades para garantizar que lleguen a las personas necesitadas de manera efectiva.

En las primeras etapas de la respuesta ante desastres, la rapidez y eficiencia del transporte de suministros son cruciales. Sin embargo, la planificación debe considerar factores impredecibles como las condiciones del terreno, la infraestructura local, la seguridad de las rutas y la capacidad de los actores locales y las fuerzas militares para apoyar las operaciones logísticas. La coordinación entre las diversas organizaciones humanitarias, gobiernos locales e internacionales, y fuerzas militares es esencial para asegurar que la ayuda llegue de manera oportuna y efectiva.

Es fundamental que la logística humanitaria no solo se enfoque en la rapidez del suministro, sino también en su sostenibilidad y adaptabilidad. Las situaciones de desastre son fluidas y cambiantes, por lo que la respuesta debe ser flexible, capaz de ajustarse a nuevas necesidades y circunstancias conforme evolucionan las condiciones sobre el terreno. La innovación en los métodos de transporte, la preparación previa a los desastres, y la capacitación continua de los equipos de logística son aspectos clave que permiten mejorar la efectividad y eficiencia de las operaciones.

¿Cómo afectan los motores eléctricos a la configuración de aeronaves y el consumo de combustible?

La energía eléctrica se estima considerando la duración de uso de los motores eléctricos, asumiendo que los tiempos de despegue y aterrizaje son similares. En este contexto, la duración de uso de los motores eléctricos es aproximadamente el doble del tiempo de despegue. Además, se calcula el incremento de la resistencia aerodinámica debido a las góndolas de los motores eléctricos. Posteriormente, la herramienta realiza los mismos pasos que los previamente descritos en el diagrama de la figura 12. Sin embargo, a diferencia de los casos anteriores, cuando no se cumple con el requisito de distancia de despegue, ahora la energía adicional proviene de los motores eléctricos montados en las alas, y no de los motores a base de combustibles fósiles.

Los resultados presentados en la figura 15 muestran los resultados de configuración con motores eléctricos para diferentes parámetros: potencia de propulsión eléctrica, carga alar, área alar, masa máxima de despegue y masa de combustible. Como puede observarse en la figura 11, se observa una disminución en las soluciones disponibles a bajas envergaduras de alas que cumplen con los requisitos de ALAADy. Esto se debe a que, en alas de menor envergadura, se requiere una mayor cantidad de potencia eléctrica adicional, lo que conlleva un aumento en el coeficiente máximo de sustentación, lo que a su vez causa una resistencia inducida muy alta, particularmente en alas de menor envergadura.

El efecto del flujo de las hélices sobre las alas es un factor importante. Este efecto depende de la cantidad de potencia eléctrica proporcionada, que disminuye con el aumento de la envergadura del ala. Sin embargo, la carga alar, en general, es más alta que en el caso sin motores eléctricos. En cuanto al área alar, los valores son generalmente más bajos que en la configuración sin motores eléctricos, como se esperaba. En cuanto a la masa máxima de despegue, las curvas resultantes son similares a las del caso sin motores eléctricos. Sin embargo, las aeronaves resultantes generalmente tienen un mejor desempeño respecto al consumo de combustible, como se muestra en la parte inferior de la figura 15. El avión de doble fuselaje presenta el menor consumo de combustible a envergaduras de alas altas y moderadas. Comparado con ello, el diseño de ala de caja tiene una mayor necesidad de masa de combustible, pero puede operarse con una envergadura de ala significativamente más baja.

En cuanto al diseño de aeronaves, el estudio también aborda la selección preliminar de tipos de aeronaves que cumplen con los requisitos de ALAADy. Entre las opciones viables, se incluyen tanto aeronaves de ala fija como rotorcraft, debido a sus capacidades para despegar y aterrizar verticalmente, lo que permite reducir las distancias de despegue y aterrizaje a cero. Esto es particularmente cierto para los helicópteros, pero los vehículos con rotores autorrotatorios también pueden tener notables capacidades de vuelo lento, lo que les permite realizar despegues y aterrizajes dentro de distancias significativamente más cortas que las aeronaves de ala fija del mismo peso y tamaño. Dado que los requisitos clave de la aeronave exigen buenas capacidades de despegue y aterrizaje, los helicópteros y los autogiros parecen ser candidatos adecuados para la tarea de transporte en ALAADy y se analizan en mayor detalle.

Aunque los convertiplanos y los rotores inclinables podrían, en principio, estar dentro del alcance del estudio, su complejidad técnica y el peso adicional de la mecánica necesaria son algunos de los factores que los excluyen de una investigación más profunda. Los multicópteros también ofrecen la capacidad de despegar verticalmente, pero en relación con el tamaño de sus rotores, varios efectos resultan en contra. Para garantizar un buen rendimiento en vuelo estacionario y la capacidad de realizar un aterrizaje de emergencia en autorrotación, se deberían usar rotores grandes. Sin embargo, a mayor tamaño del rotor, el arrastre parasitario causado por el marco que sostiene los rotores se vuelve más relevante. Esto provoca que la fracción de empaquetado sea siempre más baja que la de un rotor único, lo que es desfavorable en términos de eficiencia energética desde la perspectiva de la teoría del momento.

Al analizar el comportamiento de los rotorcraft, se puede suponer que tanto el helicóptero como el autogiro son capaces de cumplir con los requisitos de despegue y aterrizaje. La comparación, por lo tanto, se centra en el rendimiento respectivo de los vehículos y en su complejidad técnica. Se establecen modelos simplificados de un helicóptero y un autogiro para realizar los cálculos de rendimiento. La sustentación la proporciona exclusivamente el rotor. En cuanto a las estimaciones de masa, el autogiro se beneficia de su baja complejidad técnica. La complejidad del rotor es menor, lo que también reduce el peso del complejo sistema de transmisión y del rotor de cola. Un pequeño incremento de peso proviene del mecanismo de prerrotación no complejo. En general, el peso de despegue del helicóptero es un 5% superior al del autogiro comparado.

La comparación entre los dos diseños de autogiro muestra que, a bajas velocidades, el rendimiento de un autogiro con un rotor de tamaño comparable al del helicóptero se ve reducido, especialmente en lo que respecta a la eficiencia en la sustentación. A velocidades superiores a los 200 km/h, que es la velocidad de crucero estipulada en los requisitos de ALAADy, la desventaja de rendimiento desaparece casi por completo. No obstante, el concepto de rotor exige una enorme cantidad de potencia en las fases de arranque y aceleración a bajas velocidades. Esto hace que la operación en estas condiciones no sea viable sin recurrir a una sobrepotencia masiva, lo que implica un aumento de costos y penalizaciones en masa, lo cual no es aceptable para el concepto de ALAADy.

¿Cómo integrar aviones no tripulados de carga en el espacio aéreo sin comprometer la seguridad?

En el marco del proyecto ALAADy (Automated Low Altitude Air Delivery), se está desarrollando un concepto de integración para vehículos automatizados de transporte en el espacio aéreo nacional. El objetivo principal es crear drones de carga capaces de transportar hasta 1000 kg, altamente automatizados. Este tipo de drones, debido a su tamaño y peso, puede representar un riesgo considerable en caso de un accidente, especialmente considerando que en algunas fases de la misión estos vehículos operan sin piloto remoto, lo que aumenta el grado de autonomía de la aeronave. Por lo tanto, se requiere un concepto de seguridad robusto que minimice los riesgos para el tráfico aéreo existente, las personas en el suelo y las infraestructuras terrestres.

El enfoque adoptado para esto es el uso de la categoría EASA-Specific (Comisión Europea 2019) junto con un SORA (Evaluación de Riesgo de Operaciones Específicas). Esto implica que no se busca maximizar la fiabilidad de los vehículos mediante componentes del sistema cada vez más complejos. En cambio, los drones son guiados a través de trayectorias dedicadas, lo que hace que cualquier accidente que ocurra no resulte en víctimas mortales, sino en pérdidas materiales. Esta aproximación tiene la ventaja de que se puede implementar con la tecnología existente, sin la necesidad de grandes inversiones en nuevas tecnologías tanto a bordo como en tierra. Sin embargo, plantea desafíos significativos para los procedimientos de tráfico aéreo.

En Europa, especialmente en las cercanías de los aeropuertos, el espacio aéreo está densamente poblado. Por lo tanto, la misión de los UAS debe interferir lo menos posible con esta estructura ya existente. Es necesario un concepto de integración que garantice que el futuro sistema de entrega aérea pueda evitar estratégicamente, o al menos tácticamente, cualquier riesgo potencial, ya sea relacionado con zonas urbanas, infraestructuras industriales o la presencia de otras aeronaves.

El concepto de integración de aeronaves no tripuladas o remotamente controladas se ha estudiado durante varios años y se han propuesto diferentes enfoques para distintas aplicaciones y escenarios. Investigaciones previas han demostrado que, en principio, es posible integrar los UAS en el sistema actual de gestión de tráfico aéreo (ATM), como se observó en estudios de simulación. Otros conceptos se enfocan en adaptar la estructura del espacio aéreo específicamente para la integración de pequeños drones, por ejemplo, mediante la creación de un sistema especializado de gestión del tráfico de UAS (UTM). Un ejemplo destacado de este enfoque es el UTM desarrollado por la NASA. En Europa, este concepto ha sido denominado U-space.

Este sistema está dirigido, pero no limitado, al espacio aéreo urbano. La Declaración de Varsovia (EASA 2016) destaca la necesidad de "desarrollar el concepto de U-Space para el acceso al espacio aéreo de bajo nivel, especialmente en áreas urbanas". Este énfasis muestra que actualmente se reconoce la necesidad urgente de resolver el problema de la integración de los UAS en el espacio aéreo. Según el estudio "European Drones Outlook Study – Unlocking the value of Europe" de SESAR, se espera que la flota europea de drones alcance los 8 millones de unidades para 2050, de los cuales más de 500,000 serán drones de carga comerciales.

El concepto de UTM, incluido en el U-space, proporciona infraestructura y conceptos operacionales para evitar conflictos en el espacio aéreo. El enfoque presentado en este artículo fue publicado por primera vez en 2017, antes de la conceptualización de U-space, y muestra una clara compatibilidad con los conceptos actuales del SESAR. Esto indica que ambos enfoques pueden coexistir y complementarse.

En cuanto a la estructura del espacio aéreo, Alemania utiliza una clasificación de espacios aéreos que va desde la clase A hasta la clase G, cada una con un conjunto de reglas y propósitos específicos. Sin embargo, para el proyecto ALAADy, dado que las operaciones se realizarán a altitudes muy bajas, la clase G es la única opción viable. Esto, sin embargo, plantea un reto adicional, ya que la clase G implica que el vehículo debe seguir las reglas VFR (Visual Flight Rules), lo que requiere que el dron sea capaz de detectar y evitar otras aeronaves por sí mismo. Para evitar los elevados costos asociados con sensores complejos, el vehículo ALAADy debe ser diseñado para minimizar la probabilidad de un accidente, y en caso de que ocurra un problema irreparable, debe ser capaz de terminar su vuelo sin representar una amenaza para personas en el suelo ni para otras aeronaves.

Una característica crítica de la clase G es la posibilidad de que otros vehículos puedan interferir con la misión del dron. Estos vehículos pueden incluir aeronaves de aviación general no equipadas con transpondedores, aeronaves ultraligeras, planeadores, globos aerostáticos tripulados y no tripulados, paracaidistas, parapentes y otros drones. Cada uno de estos vehículos puede estar equipado de manera diferente, lo que genera incertidumbre en cuanto a la separación segura entre ellos. En este sentido, la falta de un sistema común de gestión de tráfico aéreo para estos diferentes tipos de aeronaves podría generar situaciones peligrosas si no se toman medidas adecuadas.

A lo largo de los años, los esfuerzos para integrar los drones en el espacio aéreo han estado destinados a tratar el tráfico no tripulado de manera similar al tráfico tripulado. Sin embargo, se ha demostrado que no es posible cumplir con todos los requisitos necesarios, como el uso de equipos VHF o la instalación de sensores pesados para evitar colisiones, sin comprometer el diseño ligero y económico de los vehículos no tripulados. En consecuencia, este enfoque requiere una revisión y ajuste de la estructura del espacio aéreo, lo que podría implicar la creación de una nueva clase de espacio aéreo destinada exclusivamente para drones, lo que permitiría un mayor control y seguridad en su integración.

¿Cómo afectan los sensores cooperativos y no cooperativos a la arquitectura DAA para aeronaves no tripuladas?

El sistema de detección y evasión (DAA, por sus siglas en inglés) juega un papel esencial en la seguridad de las aeronaves no tripuladas (UA). Este sistema, basado en sensores, permite a las aeronaves percibir su entorno y tomar decisiones autónomas sobre las maniobras a realizar para evitar posibles colisiones. Los sensores cooperativos o no cooperativos equipan a las UA, permitiéndoles identificar objetivos y procesar sus datos a bordo. El objetivo es que la aeronave, sin intervención humana, pueda identificar objetos en su trayectoria y ejecutar maniobras para evitarlos, eliminando la necesidad de un enlace de comando y control (C2), aunque su presencia siga siendo opcional. Sin embargo, las restricciones de tamaño, peso y potencia (SWaP) de las UA pueden representar un desafío, especialmente en aeronaves más pequeñas, donde los equipos de sensores y computadoras pueden superar fácilmente estas limitaciones.

El proceso DAA se puede estructurar de diferentes maneras: a bordo de la aeronave, en tierra o mediante una combinación híbrida. Cada una de estas arquitecturas tiene sus ventajas y desventajas dependiendo del tipo de operación y los requisitos de autonomía.

En la arquitectura basada en tierra, todos los componentes de DAA se encuentran en el suelo. Esta arquitectura es útil cuando se necesita relajar las restricciones de tamaño y peso impuestas a la UA, permitiendo el uso de sensores ubicados en el terreno que se comunican con la aeronave a través de un enlace de datos. Esta configuración también requiere una red para intercambiar información entre los sensores y la estación de control de la aeronave, y generalmente se utiliza para operaciones más complejas, como las que se realizan más allá de la línea visual del piloto (BVLOS). En este caso, los pilotos remotos toman las decisiones sobre las maniobras de evasión.

Por otro lado, la arquitectura híbrida combina elementos de las dos anteriores. Se asume que la autonomía de la UA es baja, por lo que el piloto remoto debe intervenir en la toma de decisiones. En este caso, los sensores y el procesamiento se encuentran a bordo de la aeronave, lo que permite evitar la transferencia de grandes volúmenes de datos a través de enlaces de C2. Solo se transmiten los datos esenciales, como la información de los objetivos detectados, dejando la decisión final al piloto remoto. Este modelo también puede incluir redundancias para mayor seguridad.

La elección de los sensores adecuados es fundamental para el buen funcionamiento de cualquier arquitectura DAA. Los sensores cooperativos, que dependen del intercambio de información entre aeronaves, permiten detectar otras aeronaves equipadas con sistemas compatibles. Sin embargo, su efectividad está limitada por el alcance de la transmisión de datos y la precisión de la información recibida. Si el sistema GNSS de una aeronave falla, la información transmitida puede ser incorrecta, lo que podría resultar en una colisión o maniobras ineficaces. Además, la capacidad del enlace de datos es otro factor crítico: si la densidad de aeronaves en un área supera la capacidad de transmisión del sistema, los mensajes pueden perderse, lo que reduce la seguridad.

En cuanto a los sensores específicos, el ADS-B (Automatic Dependent Surveillance-Broadcast) es uno de los más importantes. Este sistema permite la detección de intrusos en un rango extenso y en múltiples direcciones, proporcionando datos de posición y velocidad obtenidos del sistema de navegación de la aeronave. El ADS-B es automático y no requiere intervención del piloto, lo que mejora la eficiencia y la seguridad de las operaciones aéreas. Existen dos versiones operativas del ADS-B: la de 1090 MHz, utilizada internacionalmente para aeronaves comerciales, y la de 978 MHz, que se usa principalmente en los Estados Unidos para la aviación general y los vehículos aeroportuarios. La fiabilidad de este sistema depende de la precisión del GNSS de la aeronave.

El desafío principal radica en asegurar que los sensores sean capaces de detectar a tiempo los objetivos dentro de su volumen de vigilancia. Esto se vuelve especialmente crítico en entornos de bajo nivel, como el espacio aéreo VLL (Very Low Level), donde las aeronaves operan a altitudes muy bajas y las maniobras evasivas deben ser tomadas rápidamente. En este contexto, la correcta integración de los sistemas de sensores y la autonomía de las aeronaves no solo depende de la tecnología, sino también de la correcta asignación de los recursos y la gestión de la red de datos.

Además de los sensores cooperativos como el ADS-B, los sistemas no cooperativos también juegan un papel crucial. Estos sensores, que no dependen de la colaboración de otras aeronaves, pueden ser esenciales para detectar aquellos intrusos que no emiten señales cooperativas, aumentando la cobertura del sistema DAA. La combinación de ambos tipos de sensores maximiza las posibilidades de detección y evita los puntos ciegos, permitiendo a la aeronave operar de manera más segura en un entorno compartido.

La regulación y los estándares técnicos asociados a estos sistemas también deben ser cuidadosamente considerados. A medida que las aeronaves no tripuladas se integran cada vez más en el espacio aéreo compartido con aeronaves tripuladas, las cuestiones regulatorias se vuelven cada vez más relevantes. El desarrollo de redes de sensores tanto cooperativos como no cooperativos aún está en fase de investigación, con proyectos como el TERRA en el marco del programa U-space, que busca establecer la infraestructura necesaria para una integración más eficiente y segura de las aeronaves no tripuladas en el espacio aéreo europeo.

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