La aviónica (una combinación de aviación y electrónica ) son los sistemas electrónicos utilizados en las aeronaves . Los sistemas de aviónica incluyen comunicaciones, navegación , visualización y gestión de múltiples sistemas y los cientos de sistemas que se instalan en las aeronaves para realizar funciones individuales. Estos pueden ser tan simples como un reflector para un helicóptero de la policía o tan complicados como el sistema táctico de una plataforma de alerta temprana aerotransportada . [1]
El término " aviónica " fue acuñado en 1949 por Philip J. Klass , editor senior de la revista Aviation Week & Space Technology como un acrónimo de " electrónica de aviación ". [2] [3]
La comunicación por radio se utilizó por primera vez en aviones justo antes de la Primera Guerra Mundial . [4] Las primeras radios aerotransportadas estaban en zepelines , pero el ejército impulsó el desarrollo de aparatos de radio ligeros que podían ser transportados por naves más pesadas que el aire, de modo que los biplanos de reconocimiento aéreo pudieran informar sus observaciones inmediatamente en caso de que fueran derribados. La primera transmisión de radio experimental desde un avión fue realizada por la Marina de los EE. UU. en agosto de 1910. Las primeras radios de avión se transmitieron por radiotelegrafía , por lo que requerían que un avión biplaza con un segundo tripulante tocara una tecla de telégrafo para deletrear mensajes en código Morse. . Durante la Primera Guerra Mundial, los equipos de radio bidireccional de voz AM fueron posibles en 1917 gracias al desarrollo del tubo de vacío triodo , que era lo suficientemente simple como para que el piloto de un avión monoplaza pudiera usarlo mientras volaba.
El radar , la tecnología central utilizada hoy en día en la navegación aérea y el control del tráfico aéreo , fue desarrollado por varias naciones, principalmente en secreto, como sistema de defensa aérea en la década de 1930, durante el período previo a la Segunda Guerra Mundial . Muchas aviónica modernas tienen su origen en los desarrollos de la Segunda Guerra Mundial. Por ejemplo, los sistemas de piloto automático que son comunes hoy en día comenzaron como sistemas especializados para ayudar a los aviones bombarderos a volar de manera suficientemente constante como para alcanzar objetivos de precisión desde grandes altitudes. [5] La decisión de Gran Bretaña en 1940 de compartir su tecnología de radar con su aliado estadounidense, particularmente el tubo de vacío de magnetrón , en la famosa Misión Tizard , acortó significativamente la guerra. [6] La aviónica moderna representa una parte sustancial del gasto en aviones militares. Aviones como el F-15E y el ahora retirado F-14 gastan aproximadamente el 20 por ciento de su presupuesto en aviónica. La mayoría de los helicópteros modernos ahora tienen una división presupuestaria de 60/40 a favor de la aviónica. [7]
El mercado civil también ha experimentado un crecimiento en el coste de la aviónica. Los sistemas de control de vuelo ( fly-by-wire ) y las nuevas necesidades de navegación provocadas por espacios aéreos más reducidos han elevado los costes de desarrollo. El cambio más importante ha sido el reciente auge de los vuelos de consumo. A medida que más personas comienzan a utilizar aviones como su principal método de transporte, se han inventado métodos más elaborados para controlar las aeronaves de forma segura en estos espacios aéreos tan restrictivos. [ cita necesaria ]
La aviónica desempeña un papel importante en iniciativas de modernización como el proyecto del Sistema de Transporte Aéreo de Próxima Generación de la Administración Federal de Aviación (FAA) en los Estados Unidos y la iniciativa de Investigación ATM del Cielo Único Europeo (SESAR) en Europa. La Oficina Conjunta de Planificación y Desarrollo presentó una hoja de ruta para la aviónica en seis áreas: [8]
La Aircraft Electronics Association informa ventas de aviónica por valor de 1.730 millones de dólares durante los primeros tres trimestres de 2017 en aviación comercial y general , una mejora anual del 4,1 %: el 73,5 % provino de América del Norte, la adaptación avanzada representó el 42,3 % mientras que el 57,7 % fueron adaptaciones según la fecha límite de EE. UU. del 1 de enero de 2020 para aproximación de salida ADS-B obligatoria . [9]
La cabina o, en aviones más grandes, debajo de la cabina de un avión, es una ubicación típica para los equipos de la bahía de aviónica , incluidos los sistemas de control, monitoreo, comunicación, navegación, clima y anticolisión. La mayoría de las aeronaves alimentan su aviónica mediante sistemas eléctricos de CC de 14 o 28 voltios ; sin embargo, los aviones más grandes y sofisticados (como aviones de pasajeros o aviones de combate militares) tienen sistemas de CA que funcionan a 115 voltios 400 Hz, CA. [10] Hay varios proveedores importantes de aviónica de vuelo, incluidos The Boeing Company , Panasonic Avionics Corporation , Honeywell (que ahora es propietaria de Bendix/King ), Universal Avionics Systems Corporation , Rockwell Collins (ahora Collins Aerospace), Thales Group , GE Aviation Systems. , Garmin , Raytheon , Parker Hannifin , UTC Aerospace Systems (ahora Collins Aerospace), Selex ES (ahora Leonardo SpA ), Shadin Avionics y Avidyne Corporation .
Las normas internacionales para equipos de aviónica las prepara el Comité de Ingeniería Electrónica de Aerolíneas (AEEC) y las publica ARINC.
Las comunicaciones conectan la cabina de vuelo con el suelo y la cabina de vuelo con los pasajeros. Las comunicaciones a bordo se proporcionan mediante sistemas de megafonía e intercomunicadores de aeronaves.
El sistema de comunicaciones aeronáuticas VHF funciona en la banda aérea de 118.000 MHz a 136.975 MHz. Cada canal está separado de los adyacentes por 8,33 kHz en Europa y 25 kHz en otros lugares. VHF también se utiliza para comunicaciones con línea de visión, como de avión a avión y de avión a ATC. Se utiliza modulación de amplitud (AM) y la conversación se realiza en modo simplex . La comunicación aérea también puede realizarse mediante HF (especialmente para vuelos transoceánicos) o comunicación por satélite.
La navegación aérea es la determinación de la posición y dirección sobre o sobre la superficie de la Tierra. La aviónica puede utilizar sistemas de navegación por satélite (como GPS y WAAS ), sistemas de navegación inercial (INS), sistemas de radionavegación terrestres (como VOR o LORAN ) o cualquier combinación de los mismos. Algunos sistemas de navegación, como el GPS, calculan la posición automáticamente y la muestran a la tripulación de vuelo en pantallas de mapas en movimiento. Los sistemas de navegación terrestres más antiguos, como VOR o LORAN, requieren que un piloto o navegador trace la intersección de señales en un mapa de papel para determinar la ubicación de una aeronave; Los sistemas modernos calculan la posición automáticamente y la muestran a la tripulación de vuelo en pantallas de mapas en movimiento.
Los primeros indicios de cabinas de vidrio surgieron en la década de 1970, cuando las pantallas de tubos de rayos catódicos (CRT) aptas para volar comenzaron a reemplazar las pantallas, medidores e instrumentos electromecánicos. Una cabina de "vidrio" se refiere al uso de monitores de computadora en lugar de medidores y otras pantallas analógicas. Los aviones iban adquiriendo cada vez más pantallas, diales y paneles de información que eventualmente competían por el espacio y la atención del piloto. En la década de 1970, un avión promedio tenía más de 100 instrumentos y controles en la cabina. [11] Las cabinas de vidrio comenzaron a existir con el jet privado Gulfstream G-IV en 1985. Uno de los desafíos clave en las cabinas de vidrio es equilibrar cuánto control está automatizado y cuánto debe hacer el piloto manualmente. Generalmente intentan automatizar las operaciones de vuelo manteniendo al piloto constantemente informado. [11]
Los aviones tienen medios para controlar automáticamente el vuelo. El piloto automático fue inventado por primera vez por Lawrence Sperry durante la Primera Guerra Mundial para volar aviones bombarderos lo suficientemente estables como para alcanzar objetivos precisos desde 25.000 pies. Cuando el ejército estadounidense lo adoptó por primera vez , un ingeniero de Honeywell se sentaba en el asiento trasero con un cortapernos para desconectar el piloto automático en caso de emergencia. Hoy en día, la mayoría de los aviones comerciales están equipados con sistemas de control de vuelo para reducir los errores del piloto y la carga de trabajo durante el aterrizaje o el despegue. [5]
Los primeros pilotos automáticos comerciales simples se utilizaron para controlar el rumbo y la altitud y tenían autoridad limitada sobre cosas como el empuje y las superficies de control de vuelo . En los helicópteros , la autoestabilización se utilizó de forma similar. Los primeros sistemas fueron electromecánicos. La llegada de superficies de vuelo accionadas eléctricamente y por cable (en lugar de las tradicionales hidráulicas) ha aumentado la seguridad. Al igual que con las pantallas y los instrumentos, los dispositivos críticos que eran electromecánicos tenían una vida finita. En el caso de sistemas críticos para la seguridad, el software se prueba de forma muy estricta.
El sistema de indicación de cantidad de combustible (FQIS) monitorea la cantidad de combustible a bordo. Utilizando varios sensores, como tubos capacitivos, sensores de temperatura, densitómetros y sensores de nivel, la computadora FQIS calcula la masa de combustible que queda a bordo.
El Sistema de Monitoreo y Control de Combustible (FCMS) informa el combustible restante a bordo de manera similar, pero, al controlar las bombas y válvulas, también gestiona las transferencias de combustible alrededor de varios tanques.
Para complementar el control del tráfico aéreo , la mayoría de los aviones de transporte grandes y muchos más pequeños utilizan un sistema de alerta de tráfico y prevención de colisiones (TCAS), que puede detectar la ubicación de aviones cercanos y proporcionar instrucciones para evitar una colisión en el aire. Las aeronaves más pequeñas pueden utilizar sistemas de alerta de tráfico más simples, como TPAS, que son pasivos (no interrogan activamente a los transpondedores de otras aeronaves) y no brindan avisos para la resolución de conflictos.
Para ayudar a evitar el impacto controlado contra el terreno ( CFIT ), las aeronaves utilizan sistemas como los sistemas de alerta de proximidad al suelo (GPWS), que utilizan altímetros de radar como elemento clave. Una de las principales debilidades del GPWS es la falta de información de "visión hacia adelante", porque sólo proporciona la altitud sobre el terreno "mirando hacia abajo". Para superar esta debilidad, los aviones modernos utilizan un sistema de alerta de conocimiento del terreno ( TAWS ).
Los registradores de datos de cabina de aviones comerciales, comúnmente conocidos como "cajas negras", almacenan información de vuelo y audio de la cabina . A menudo se recuperan de una aeronave después de un accidente para determinar la configuración de control y otros parámetros durante el incidente.
Los sistemas meteorológicos como el radar meteorológico (normalmente Arinc 708 en aviones comerciales) y los detectores de rayos son importantes para los aviones que vuelan de noche o en condiciones meteorológicas instrumentales , donde los pilotos no pueden ver el tiempo que se avecina. Las precipitaciones fuertes (sentadas por radar) o turbulencias severas (sentadas por la actividad de los rayos) son indicaciones de una fuerte actividad convectiva y turbulencia severa, y los sistemas meteorológicos permiten a los pilotos desviarse alrededor de estas áreas.
Los detectores de rayos como Stormscope o Strikefinder se han vuelto lo suficientemente económicos como para resultar prácticos para aviones ligeros. Además de la detección de rayos y radar, ahora se encuentran disponibles observaciones e imágenes de radar ampliadas (como NEXRAD ) a través de conexiones de datos satelitales, lo que permite a los pilotos ver las condiciones climáticas mucho más allá del alcance de sus propios sistemas de vuelo. Las pantallas modernas permiten integrar la información meteorológica con mapas en movimiento, terreno y tráfico en una sola pantalla, lo que simplifica enormemente la navegación.
Los sistemas meteorológicos modernos también incluyen sistemas de detección de turbulencias y cizalladura del viento y sistemas de alerta del terreno y del tráfico. [12] La aviónica meteorológica a bordo es especialmente popular en África , India y otros países donde los viajes aéreos son un mercado en crecimiento, pero el apoyo terrestre no está tan bien desarrollado. [13]
Ha habido una progresión hacia el control centralizado de los múltiples sistemas complejos instalados en las aeronaves, incluida la supervisión y gestión de los motores. Los sistemas de monitoreo de uso y estado (HUMS) están integrados con las computadoras de administración de aeronaves para brindar a los encargados de mantenimiento alertas tempranas sobre las piezas que necesitarán ser reemplazadas.
El concepto de aviónica modular integrada propone una arquitectura integrada con software de aplicación portátil a través de un conjunto de módulos de hardware comunes. Se ha utilizado en aviones de combate de cuarta generación y en aviones de pasajeros de última generación .
Los aviones militares han sido diseñados para lanzar un arma o para ser los ojos y oídos de otros sistemas de armas. La amplia gama de sensores disponibles para los militares se utiliza para cualquier medio táctico requerido. Al igual que con la gestión de aeronaves, las plataformas de sensores más grandes (como E-3D, JSTARS, ASTOR, Nimrod MRA4, Merlin HM Mk 1) tienen computadoras de gestión de misiones.
Los aviones de la policía y los servicios de emergencias médicas también llevan sofisticados sensores tácticos.
Si bien las comunicaciones de las aeronaves proporcionan la columna vertebral para un vuelo seguro, los sistemas tácticos están diseñados para soportar los rigores del campo de batalla. Los sistemas UHF , VHF tácticos (30–88 MHz) y SatCom combinados con métodos ECCM y criptografía protegen las comunicaciones. Los enlaces de datos como Link 11 , 16 , 22 y BOWMAN , JTRS e incluso TETRA proporcionan los medios para transmitir datos (como imágenes, información de objetivos, etc.).
El radar aerotransportado fue uno de los primeros sensores tácticos. El beneficio de la altitud que proporciona alcance ha significado un enfoque significativo en las tecnologías de radar aerotransportado. Los radares incluyen alerta temprana aerotransportada (AEW), guerra antisubmarina (ASW) e incluso radar meteorológico ( Arinc 708 ) y radar de proximidad/rastreo terrestre.
El ejército utiliza radar en aviones rápidos para ayudar a los pilotos a volar a niveles bajos . Si bien el mercado civil cuenta con radar meteorológico desde hace algún tiempo, [14] existen reglas estrictas sobre su uso para navegar el avión. [15]
El sonar de inmersión instalado en una variedad de helicópteros militares permite que el helicóptero proteja los activos de envío de submarinos o amenazas de superficie. Los aviones de apoyo marítimo pueden lanzar dispositivos de sonar activos y pasivos ( sonoboyas ) y estos también se utilizan para determinar la ubicación de los submarinos enemigos.
Los sistemas electroópticos incluyen dispositivos como el head-up display (HUD), el infrarrojo orientado hacia adelante (FLIR), la búsqueda y seguimiento por infrarrojos y otros dispositivos infrarrojos pasivos ( sensor de infrarrojos pasivo ). Todos estos se utilizan para proporcionar imágenes e información a la tripulación de vuelo. Estas imágenes se utilizan para todo, desde búsqueda y rescate hasta ayudas a la navegación y adquisición de objetivos .
Las medidas de apoyo electrónico y los sistemas de ayuda defensiva se utilizan ampliamente para recopilar información sobre amenazas o posibles amenazas. Se pueden utilizar para lanzar dispositivos (en algunos casos de forma automática) para contrarrestar amenazas directas contra la aeronave. También se utilizan para determinar el estado de una amenaza e identificarla.
Los sistemas de aviónica de modelos militares, comerciales y avanzados de aviones civiles están interconectados mediante un bus de datos de aviónica. Los protocolos comunes de bus de datos de aviónica, con su aplicación principal, incluyen:
