Recuperación de los datos de vuelo en situaciones graves: El GADSS

Por A. Esteban Oñate

La aviación comercial puede dar un paso decisivo el 1 de enero de 2021 para terminar con los infructuosos intentos de localizar las cajas negras de una aeronave siniestrada, en océanos o en aguas profundas, y hacerlo con prontitud en tierra. Es reciente y bien conocido el hecho de que varios países dedicaron 1.046 días a la búsqueda de las citadas cajas y restos del vuelo 370 de Malaysia Airlines en el Océano Índico, sin éxito.

La Organización de Aviación Civil Internacional (OACI) quiere que esta situación acabe, y urge al transporte comercial a instalar sistemas de a bordo que faciliten la búsqueda de estas grabadoras y la copia, extracción o difusión, dentro de lo razonable, de los datos de vuelo que almacenan. Su recuperación en un medio desfavorable se encuadra en el GADSS (Global Aeronautical Distress and Safety System) de la OACI, un sistema amplio como veremos.

El GADSS es un concepto de la OACI de ayuda y seguridad aeronáutica que aborda tres áreas tecnológicas y operativas distintas: seguimiento del vuelo a escala global, seguimiento autónomo de aeronaves en riesgo y la recuperación de datos de vuelo.  Una representación gráfica de este modelo y sus componentes se muestra en la Figura 1. Tiene, pues, dos objetivos: rescatar supervivientes; y la localización de la aeronave y los datos de vuelo y de audio para análisis de accidentes y la determinación de medidas de mejora de la seguridad aérea.

El seguimiento de la aeronave se ha basado durante mucho tiempo en equipos de radar primario instalados en tierra, con alcance de unos 400 km., de tal modo que cuando el avión sobrevuela océanos o zonas remotas, incluidos los polos terrestres, el seguimiento es imposible con este medio. El radar primario envía una señal desde tierra y, reflejada por el avión, regresa a la antena en el suelo, donde señala un punto en la pantalla del controlador de tráfico aéreo. Con el uso de un transpondedor a bordo, esa señal tiene capacidad para interrogar al avión mediante el uso de un código discreto de cuatro dígitos, que es una identidad específica y es asignado por control del tráfico aéreo. Todos los vuelos de las compañías emiten uno.

Según la Enmienda 39 del Anexo 6 de la OACI, se recomienda a las compañías y operadores aéreos la instalación de medios en los aviones que transmitan un informe de posición en 4D de la aeronave al menos una vez cada 15 min., con una precisión geográfica de 1,85 km. o mejor. La posición se refiere a las variables de longitud, latitud, altitud y hora (Figura 2). Esta capacidad de rastreo se aplica a todas las aeronaves con un peso máximo de despegue, o MTOW (Maximun Take-Off Weight) superior a 45,5 ton. o de más de 27 y con capacidad para transportar más de 19 pasajeros.

En el caso de que la aeronave entre en un escenario anormal de vuelo, esta información debe realizarse al menos una vez en cada minuto. Pero, ¿qué se entiende por escenario anormal de vuelo, a partir del cual se activa la transmisión a intervalo rápido? Por ejemplo, una actitud impropia de la aeronave, que hace difícil su recuperación a vuelo controlado; o bien el caso de inclinación lateral extraordinaria, también velocidad vertical excesiva o un fallo total de propulsión. Bien en situación normal o anormal, los operadores deben tener un sistema de gestión de los datos de rastreo.

Seguimiento autónomo de la aeronave en riesgo (ADT)

Además de la transmisión 4D, la OACI recomienda el equipo ADT (Autonomous Distress Trackcing). Se trata de un sistema de seguimiento autónomo de la aeronave en riesgo,  cuyo objetivo es determinar con mayor precisión el final de su vuelo, en otras palabras, fijar la ubicación del lugar del accidente dentro de un entorno de 11,1 km., o una región de búsqueda y rescate de menos de 100 km2. Lógicamente, su primera prioridad es la búsqueda de supervivientes y después la recuperación de los datos de vuelo y las señales de audio de cabina.

La activación del equipo ADT será automática, de acuerdo con escenarios de vuelo anormales que pueden conducir al accidente. EASA tiene un exhaustivo cuadro lógico de situaciones previas o situaciones propias de accidente inmediato. La tripulación  puede activar el sistema de forma manual. Ahora bien, la desactivación solo será posible mediante el mismo factor casual que activó la transmisión ADT. Es característico del sistema su autonomía, de ahí su nombre, en el sentido de que recibe energía eléctrica independiente de la del avión.

La posición debe transmitirse al menos una vez cada minuto. El límite de error por señal de disparo errónea debe situarse en 1 caso por 100.000 horas de vuelo. Conviene señalar que EASA (European Aviation Safety Agency) aplica las recomendaciones GADSS de la OACI con ciertas variantes. Por ejemplo, y por la brevedad que requiere este reportaje, esa agencia que vigila la seguridad en la aviación en el Viejo Continente se centra en localizar el final del vuelo, cualquiera que sea el método empleado, mientras que la OACI se centra en el ADT como método requerido para situar el punto final del vuelo.

Actualmente la industria contempla varios sistemas que permiten la aplicación de las recomendaciones de la OACI o versiones de los reguladores en este campo y sus soluciones de rastreo. Dado su carácter técnico seremos especialmente concisos en esta parte del reportaje. En el momento de escribirlo algunos equipos no cumplen totalmente las condiciones GADSS de la OACI.

  • ADS-B (Automatic Dependent Surveillance–Broadcast), versión Out Data in Space: En contraste con el radar primario que mencionamos, es el avión quien envía señales propias cada segundo a la constelación de satélites de Iridium (8 órbitas, cada una con 11 unidades). Las señales pueden incluir numerosos datos del vuelo. El receptor devuelve las señales a una estación con base en tierra y desde allí es transmitida a distintos usuarios, como control del tráfico aéreo, operadores, servicios de navegación, etc. La constelación de satélites cubre todo el planeta, incluso los polos geográficos.
  • Comunicación por satélite, con equipos como el Aspire 200 de Honeywell, proyectado para helicópteros que sirven a plataformas petrolíferas, pero que puede extenderse al campo del avión comercial. Tiene GPS integrado que transmite a los satélites de Iridium.
  • Transmisor de localización de emergencia ELT-DT. Se trata de la variante del clásico ELT (Emergency Locator Transmitter), que envía señales de socorro cuando el avión se sumerge en el agua o choca con la superficie. En la DT (Direct Tracking) reconoce también las situaciones de riesgo de la aeronave y se activa automáticamente permitiendo su rastreo cuando se dan esas condiciones, algunas de las cuales se han citado con anterioridad.. Las señales de socorro se emiten a 406 MHz, con indicación de posición.

Recuperación de los datos de vuelo

Una parte importante del sistema GADSS se refiere a la recuperación de los datos de vuelo que permitan reconstruir la escena de un accidente aéreo. Participa por tanto en una recomendación en este sentido: recuperación de los datos de vuelo del FDR (Flight Data Recorder) y de audio de cabina CVR (Cocpit Voice Recorder). En este esquema se están desarrollando dos procedimientos distintos: la transmisión de flujos de datos de vuelo vía satélite y la grabadora desplegable, es decir, de tipo “combi” (datos de vuelo, audio de cabina y ELT), que sale de la aeronave en el instante que hay deformación estructural, entre otras señales de detección de accidente inmediato. Boeing y Airbus siguen caminos distintos, inclinándose, respectivamente, por el primer método y por el segundo.

La transmisión del flujo de datos de vuelo FDS (Flight Data Streaming) se distingue del rastreo o seguimiento en el sentido de que el primero informa de lo que está pasando en el avión, dicho con otras palabras, se trata de situar los datos de vuelo en la “nube” y hacerlos accesibles en tiempo real a los operadores en tierra, entre ellos al servicio de búsqueda y salvamento SAR (Search and Rescue). La OACI considera dos posibilidades en la transmisión de datos de vuelo por satélite:

  1. Continúa de datos con recepción final en tierra. Es decir, el sistema comienza a enviar a los satélites cuando los grabadores de la aeronave inician el registro y termina cuando finaliza aquel. Si se produce alguna interrupción de conectividad se prevé utilizar el almacenamiento en el “buffer” de datos para cubrir el período durante el cual el sistema no estaba transmitiendo a la “nube”.
  2. Según condición: En este caso, para iniciar la transmisión de datos al satélite la OACI entiende que han de darse las circunstancias lógicas a bordo indicativas de próximo riesgo. Junto a los datos de vuelo de ese momento, deberán transmitirse también los datos históricos anteriores a la situación de riesgo de la aeronave. Se tendrá pues un flujo de datos recientes de activación que faciliten la interpretación conjunta de los mismos. De nuevo, si se produce alguna interrupción de conectividad, el almacenamiento en el “buffer” de datos servirá para cubrir el período sin transmisión.

El “buffer” de datos tiene prioridad sobre los de tiempo real en ambas situaciones de interrupción de conectividad. La OACI asume que, dado que los datos que se transmiten se utilizan para la investigación de accidentes, debe haber medios seguros para la transmisión de los mismos desde el avión a los servidores en tierra, incluyendo técnicas de firma y cifrado de datos para garantizar su protección e integridad.

El propósito del equipo ADFR (Automatic Deployable Flight Recorder) es obtener de forma automática los datos de la grabadora después de un accidente, en particular en el caso de los que suceden sobre el agua. El transmisor de emergencia integrado indica el lugar del siniestro. Nótese que esta solución es distinta a la de transmisión de datos vía satélite, en el sentido que será necesario recoger la grabadora empaquetada en su cápsula (flotante para el caso de caída del avión en el agua).

No es algo nuevo. Desde hace tiempo (1960) se sabe que el factor más eficaz para la sobrevivencia de la grabación en caso de accidente es la separación (desprendimiento) del FDR de la aeronave en el momento previo apropiado, lejos, pero próximo, del resto. Todos los estudios que se han realizado hasta la fecha se basan en el mismo principio: un equipo protegido en un alojamiento que tan pronto como se identifican las condiciones de accidente se desprende del sitio que ocupa en al exterior (Figura 3). Así, el equipo aterriza o ameriza lejos del epicentro del accidente y a salvo de las condiciones destructivas del caso.

Es evidente que las fuerzas de impacto son mucho menores en este caso y también el entorno térmico, de manera que el diseño puede prestar menos atención a la protección de la grabadora. Para el caso de que el avión caiga en el agua, el equipo debe poseer condiciones de flotabilidad. Aunque la idea de la grabadora ADFR estaba en la mente de los ingenieros, no se utilizó durante el desa­rrollo de la primera y segunda generación de registradores de vuelo, seguramente porque eran unidades bastantes grandes y pesadas.

Las nuevas tecnologías

A fines de los años noventa, la empresa DRS obtuvo contratos para la instalación de grabadoras separables en los aviones militares CP-140 canadienses, que más tarde se instalaron en los F/A-18 “Hornet” y en los “Tornado” de la Fuerza Aérea Alemana. La grabadora de audio, datos de vuelo y localizador de emergencia se integran en una unidad. La aplicación moderna de ADFR en el campo del avión comercial es una unidad en sí misma, una cápsula con forma aerodinámica, alojada bien en el estabilizador horizontal o vertical del avión.

Allí permanece en tanto que no se dan las condiciones lógicas de riesgo próximas a un accidente. Con este fin hay un conjunto de sensores colocados en diferentes partes de la aeronave, que miden la aceleración “g” en los tres ejes, sensores de impacto, de integridad estructural y captadores hidrostáticos (activos a 0,9 m. de profundidad). En el instante que se cumplen los criterios de desprendimiento. La cápsula se desprende de la superficie exterior del avión, alejándose del resto estructural de la aeronave. Preciso en este punto es que la cápsula mantenga su integridad, en el sentido de que no choque con cualquier conjunto del avión.

Por ello, su instalación en la cola y, en particular, su diseño aerodinámico, permiten que la cápsula se comporte como un planeador y vuele un centenar de m. hasta que se posa, con relativa suavidad en tierra o flota en el agua. La expulsión de la cápsula se realiza por medio de un electroimán que suelta un resorte de impulsión. El tiempo de separación es muy rápido, inferior a 50 miliseg., con independencia de la velocidad y posición de la aeronave. Según la nueva edición al Anexo 6 de la OACI, referente a los FDR de despliegue automático, las cápsulas deben estar pintadas de color naranja, aunque la superficie visible desde el exterior del avión puede ser de otro color.

Los siguientes requisitos se aplican al ADFR, entre otras: La separación  de la unidad se efectuará cuando la estructura del avión ha sufrido deformación significativa; despliegue cuando un avión se hunde en el agua; flotación; imposibilidad de despliegue manual; en su caso, su separación no comprometerá la seguridad de la aeronave si esta retorna a una condición aeronavegable; éxito en la transmisión de su ELT; la separación del ADFR del avión es única y no debe liberar más de una pieza; alarma a la tripulación cuando el ADFR no forma parte del avión; y la tripulación de vuelo no tendrá medios para desactivarlo en el aire.

Conclusiones

Las recomendaciones de la OACI contempladas en el sistema GADSS impondrán soluciones para que sucesos como el del Boeing 777 de Malaysia Airlines no vuelvan a repetirse. Como refleja la tabla que se adjunta, estos casos son pocos en términos relativos, pero impropios de una actividad y una época caracterizada por operaciones y tecnología de vanguardia.

Los retos a los que se enfrenta el sistema GADSS son importantes: el acondiconamiento del enorme flujo de datos transmitidos por cada avión a la constelación de satélites es un tema en estudio, las interrupciones, la transmisión en condiciones anormales de posición de la aeronave y más. Por otro lado, cabe preguntarse cómo actuarán los sensores que dan la orden de desprendimiento de la cápsula del AFDR en el avión comercial, aunque aquí, en este caso, confiemos que siempre permanezcan bien alojadas en los empalmes de los estabilizadores de cola. Esperemos que no se muevan de su sitio, salvo para mantenimiento.

Fotografías:

·Posición de las grabadoras de vuelo en un Airbus A380 de Air France (foto BEA).

·Elementos del sistema GADSS de la OACI: seguimiento del avión, seguimiento en situación de riesgo y localización y recuperación de los datos de vuelo.

·Cápsula desplegable, que se separa de la aeronave instantes previos al impacto.

·Posición 4D de la aeronave: longitud, latitud, altitud y hora.

·Grabadora de datos de vuelo 294 del Bombardier CRJ200 de West Air Swedenen 2016. Se pudieron recuperar los datos a pesar de los gandes daños que sufrió la caja (foto Swedish Accident Investigation Authority.

·En muchos casos es difícil recuperar los datos.

·Detalle de la cápsula desplegable (foto Airbus).

·FDR (a la izquierda) y VCR (a la derecha).

·Recuperación de uno de los registradores de abordo.

·Esquema de la cápsula que contiene el FDR en el instante de separación de su e alojamiento en el avión. Detectadas a bordo las condiciones lógicas previas al accidente, el resorte de impulsión se dispara y expone el borde delantero de la cápsula a la corriente de aire. La cápsula se separa y debido a su forma aerodinámica vuela como planeador alejándose del avión para caer a tierra o flotar en el agua DRS C3).

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