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Los Radares en los Aviones Civiles

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TCAS weather display

Como especialista en integración de sistemas de aviónica, una corta e interesante reseña vista hace pocos días sobre los radares en aviones civiles, dio lugar a este artículo, con la intención de profundizar sobre el tema.

La palabra ‘radar’ es un término derivado del acrónimo inglés ‘Radio detection and ranging’, que significa ‘detección y medición de distancias por radio’.  Su funcionamiento está basado en la emisión de un impulso de radio, que se refleja en el objetivo y es recibido típicamente por el mismo equipo emisor. A partir del ‘eco’ recibido, es posible extraer gran cantidad de información. Los aviones civiles, en especial los aviones comerciales, pueden (y legalmente deberían) estar equipados no solo con uno, si no típicamente con tres tipos de radares.

En los aviones, el más típico y conocido es el radar meteorológico. En los aviones multimotor, este va montado en la nariz del avión, y es conformado por un equipo Transmisor/Receptor, acoplado a una Antena de Radar o ‘plato’, los cuales pueden o no estar integrados en una única unidad. En las aeronaves monomotor o con motores en línea, se instala el radar dentro de un ‘pod’ en el borde de ataque del ala. El plato puede moverse angulármente de izquierda a derecha y de arriba abajo para escanear el cielo, permitiendo detectar nubes y núcleos de tormenta, tanto en su extensión horizontal, desarrollo vertical, y densidad, así como también el terreno, mostrándolos en una pantalla de presentación de radar (en la actualidad, típicamente en una Pantalla Multi-Funcional, o MFD), dándole a la tripulación suficiente información para evitarlas de ser necesario. En aeronaves pequeñas, y dado el costo elevado del equipo, como alternativa se disponen de equipos de ‘Lightning detection’, o de ‘detección de rayos’ tales como el Stormscope o el Strikefinder, que consisten en una antena y un procesador, conectados a una pantalla, los cuales permiten detectar y mostrar las zonas donde hay rayos, y con ello, la ubicación de las tormentas.

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Instalación de equipo de radar de un avión Boeing 737 durante su manufactura.

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Equipo de radar de un avión Beech Baron B58.

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Protector de radomo de radar de un bimotora pistón. Nótese el deterioro.

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Aeronave monomotor Piper Malibu, mostrando el Pod de radar bajo su ala derecha.

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Aeronave monomotor Cessna Caravan, mostrando el Pod de radar en el borde de ataque de su ala derecha.

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Radar integrado Honeywell ART2000 de aviación general y comercial.

GWX70a
Radar integrado Garmin GWX70a de Aviación General.

Aircraft-Weather-Radar1
Representación del funcionamiento del sistema de radar. La señal emitida es reflejada en función de la densidad del vapor de agua presente en las nubes, y retornada al radar de la aeronave, el cual la representa en la pantalla o página radar con colores verde, amarillo y/o rojo en función de la densidad. 

vp_avi
Vista lateral (Vertical Profile) de un escaneo de radar, mostrando el barrido del plato y el desarrollo vertical de la nube de tormenta hacia la que se dirige la aeronave.

vertical-horizontal-scan
Imágenes de la pantalla de un sistema Garmin GTN 750 WAAS GPS/NAV/COMM táctil multi-funcional, mostrando las vistas horizontal y vertical de radar.

ex600
Pantalla multi-funcional Avidyne EX600 mostrando datos de radar, y de ‘detección de rayos’, representados estos últimos por estrellas amarillas de 4 puntas (STRK/Strikes).

Otro tipo de radar es el ‘Radio Altímetro’, el cual consiste en un juego de antenas en la panza de la aeronave, la cual envía una señal hacia abajo y ligeramente hacia adelante la cual al rebotar en el suelo retorna al avión, lo que permite a un procesador calcular la altura del avión sobre el terreno. Esta lectura es indicada en un instrumento en cabina, el cual puede incluir alarmas de altura mínima para asistir en el momento del aterrizaje (DH, Decision Height). Adicionalmente, en aeronaves equipas con sistemas GPWS o EGPWS de alerta de proximidad de terreno, sirve como uno de los datos de entrada indispensables para discernir con precisión la posición vertical de la aeronave sobre el terreno, lo que hace que su uso obligatorio.

FreeFlight-RA-4000-1008a
Sistema de Radio Altímetro RA-4000, sin el indicador.

g450_radio_altimeter_antennas
Diagrama de la ubicación de las antenas de Radio Altímetro en la panza de una aeronave Gulsftream G650.

principle
Esquema del funcionamiento del Radioaltímetro. Un emisor (Tx) emite una señal (pulso) que es reflejada por el terreno, y es recibida de vuelta por un Receptor (Rx). El tiempo que tarda en retornar la señal en relación con la velocidad de onda (la velocidad de la luz) permite calcular la altitud.

radar-altimetro
Esquema de un radio altímetro Wavenet  RA-01, y su display RA-01D.

KRA 405B_800x800
Indicador de radio Altímetro/’Decision Height’ (Altura de Decisión) Bendix/King KRA 405B.

g450_radio_altimeter_pfd
Imagen de una Pantalla Primaria de Vuelo EFIS (PFD) mostrando la lectura del radio altímetro, y el valor prefijado de ‘Decision Height’ (Altura de Decisión).

Finalmente, otro tipo de radar presente en aeronaves civiles es el TCAS, o Sistema de alerta de tráfico y evasión de colisión (siglas en inglés de Traffic alert and Collision Avoidance System), conocido en Europa como ACAS (Airborne Collision Avoidance System). En este sistema, una única antena, o mejor aún, un par de antenas colocadas típicamente arriba y abajo cerca de la nariz del avión, reciben las señales generadas por el equipo emisor instalado en las otras aeronaves presentes en el área, conocido como ‘Transpondedor’ (Transponder, o XPDR), el cual responde de forma automática a las ‘interrogaciones’ tanto de los radares terrestres como de la aeronave equipada con TCAS, permitiendo a un Computador o Procesador de Tráfico determinar su posición relativa (tanto en el plano horizontal como en el vertical) así como su ángulo y velocidad de acercamiento. Siguiendo unos criterios definidos, el sistema genera unas alertas aurales (sonoras) y alertas visuales para señalar la presencia del intruso. En sistemas más avanzados, puede llegar hasta emitir una ‘resolución’ acordada entre las Computadoras de Tráfico de ambas aeronaves, ordenando a la tripulación la ejecución de una maniobra evasiva destinada a evitar la colisión inminente entre dos aeronaves. Su uso es obligatorio en aeronaves comerciales a partir de un número determinado de asientos (en Venezuela, a partir de 19 asientos).

cas67a
Sistema TCAS Honeywell CAS67A, consistente en antenas, Transpondedor modo S (cabezal y procesador), Indicadores de Velocidad Vertical (VSI) con presentación y controles TCAS, y computador procesador de tráfico.

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Sistema TCAS Honeywell CAS-100, con soporte para ADS-B.

antenas tcas
Esquema de interconexión de un sistema TCAS.

tcas1
Diagrama de interconexión de un sistema TCAS, en una aeronave comercial.

p-KMH880-zoom
Computador Honeywell KMH880 ‘Multi-Hazard Awareness System’ el cual incorpora TCAS y EGPWS (TAWS) en una sola unidad. Los dos pares de 4 conectores van a las antenas superior e inferior. El resto son conectores de poder, supresión (para no verse a si mismo) e interconexión.

grafico TCAS
Ejemplo de los ‘Advisories’ o alertas visuales y aurales dadas por el TCAS al detectar una potencial trayectoria de colisión (Imagen: http://rincondeluruguayo.blogspot.com/)

img3
Ejemplo de representación de un tráfico en la pantalla del VSI, indicando que está a 100 pies (30 m) por encima (+01) a una distancia de 20 millas (el circulo interno está ajustado a un rango de 10 millas).

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Criterios para los ‘advisories’ o alertas visuales y aurales dadas por el TCAS. La elipse blanca es el rango de monitoréo. Las regiones amarillas son de ‘Alertas de Trafico’. Las zonas rojas son de ‘Resoluciones de Tráfico’.

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Pantalla de un MFD mostrando una mezcla de indicaciones de motor, información de radar, detección de rayos, tráfico y ruta.

8
Pantalla de un Garmin GNS530 mostrando diversas alertas de tráfico.

GTS8000display
Presentación del la pantalla de un sistema Garmin GTS8000 con Visión Sintética mostrando la posición tridimensional de los tráficos (cuadrado rojo y circulo amarillo) frente a la aeronave, mientras ejecuta un patrón de espera.

En el futuro cercano, la funcionalidad del TCAS se verá suplementada por un sistema denominado ADS-B (siglas en inglés de Automatic Dependent Surveillance-Broadcast) en el cual los datos propios de posición de la aeronave reportados por sus distintos sistemas, serán transmitidos vía satélite a las estaciones de tierra y demás aeronaves, permitiendo un constante monitoréo de los alrededores, lo cual ayudaría a una navegación más segura y más eficiente.

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Alejandro Irausquín

Ing. Aeronáutico, IUPFAN 1991
AirVionics / AirAusquin Consultor
www.facebook.com/alejandro.irausquin
alejandro.irausquin@gmail.com
www.twitter.com/airausquin

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Mi agradecimiento al Sr. Juan Eduardo Lopez Arias por publicar el que fue el punto de partida para este artículo.

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