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ingeniería aeroespacial

Por el camino cierto

Una plataforma integrada de sensores hará más preciso el vuelo de aviones de pequeño porte

EDUARDO CESAREl sistema de navegación de los aviones de pequeño porte contará en breve con un nuevo equipamiento que unirá dos tipos de sistemas actualmente utilizados para determinar la posición, la trayectoria y la actitud (posición angular) de las aeronaves. La novedad es una plataforma integrada de sensores inerciales y del Global Positioning System (GPS) – Sistema de Posicionamiento Global -, que dotará de mayor seguridad a este tipo de aviones, como sucede con las aeronaves de gran porte. Esa plataforma se encuentra en su fase final de desarrollo en la empresa Navcon – Navegação e Controle, de São José dos Campos.

Los sensores inerciales son considerados instrumentos primarios de navegación y son independientes de señales externas para funcionar. Están constituidos principalmente por dos instrumentos: los giroscopios y los acelerómetros. Los primeros registran todos los movimientos de la aeronave durante el vuelo y funcionan en base a principios mecánicos, con un rotor girando como un trompo y registrando los movimientos de la aeronave con relación a la caja en la que éste está instalado. También funcionan con láser emitido por medio de fibra óptica. El movimiento del avión se siente en la diferencia de velocidad de recepción del láser que recorre la fibra.

Estos sensores ponen a disposición de los pilotos informaciones sobre la actitud del avión en tres ejes: dirección, ángulo de la punta (inclinación hacia abajo o hacia arriba) y ángulo de las alas (inclinación hacia los costados), que muestran si el avión está volando paralelo al suelo. Los acelerómetros suministran datos relacionados con la velocidad del avión.

El GPS es un sistema secundario de auxilio a la navegación, y su uso como sistema principal está aún siendo evaluado. Está formado por una constelación de 24 satélites, en la órbita de 20 mil kilómetros de altura, que envían señales captadas por aparatos receptores en las cabinas de los aviones. Las señales se usan para determinar la posición y la trayectoria de los aviones, mediante coordenadas de latitud y longitud, líneas imaginarias que atraviesan el planeta. El margen de error de las señales GPS, que en el pasado era del orden de los 100 metros, actualmente se ubica entre 1 y 3 metros, gracias a la corrección de las estaciones de referencia ubicadas en tierra, llamadas Differential Global Positioning System (DGPS).

Vuelo ciego
La plataforma integrada mejorará el uso del GPS y de los sensores, y fue concebida para suplir fallas que pudieran existir en ambos sistemas. Los giroscopios pueden ser poco confiables e imprecisos, y pueden requerir constantes correcciones en el transcurso del vuelo. En modelos más simples y más baratos, el margen de error puede llegar a los 10 grados por hora, lo que llevaría al avión a una trayectoria completamente equivocada. Entretanto, los giroscopios de alta precisión tienen un desvío de apenas 0,01 grado por hora, pero son aparatos que pueden costar alrededor de 300 mil dólares.

El sistema GPS, por su parte, solamente funciona si la señal de cuatro satélites de la constelación es captada simultáneamente por el avión. Pero esto no siempre es posible, lo que puede llevar a la aeronave a hacer un vuelo ciego durante algunos instantes. “Fallas en la transmisión de la señal, restricciones geométricas de posicionamiento, e incluso una maniobra de la aeronave pueden hacer que la señal del sistema GPS no sea captada por las antenas ubicadas en el avión”, explica Schad.

La plataforma, llamada Sistema Modular de Actitud y Navegación (Sman), también podrá usarse en cohetes, misiles, satélites, automóviles y barcos. Luego de tres años de investigación y desarrollo, los ingenieros de Navcon concluyeron en abril un prototipo del equipo, que contó con el apoyo del Programa de Innovación Tecnológica en Pequeñas Empresas (PIPE), de la FAPESP. “Vamos a utilizar sensores inerciales más baratos y de baja precisión, pero aun así, merced a la integración con el receptor GPS, los resultados obtenidos son bastante satisfactorios”, afirma el ingeniero de electrónica Valter Ricardo Schad, director de Navcon y uno de los inventores del Sman.

La forma modular es otra gran ventaja del Sman, que hace que éste pueda ser utilizado por diferentes vehículos. “El Sman es un sistema rápido de elaboración de prototipos. Esto significa que por cada aplicación podemos definir el nivel de integración deseado”, comenta el ingeniero industrial del Instituto Nacional de Investigaciones Espaciales (Inpe, sigla en portugués), Otávio Santos Cupertino Durão, coordinador del proyecto. Debido a esa característica, la plataforma puede ser usada por automóviles, para la navegación o en el monitoreo de flotas. En Europa y Estados Unidos, están en uso varios sistemas de navegación. Éstos tienen la función de mostrar en una pantalla del tablero del vehículo la calle en la que el mismo se desplaza y mostrar el mejor camino, o mostrar el estado del tránsito en la calles y avenidas adyacentes. “En este caso, el sistema no necesitará ser tan complejo como en los aviones, ya que en el desplazamiento de vehículos solamente estamos interesados en proyectar laposición del automóvil en el mapa”, afirma Durão.

Otra aplicación del Sman es en cohetes, satélites y misiles, en reemplazo de los caros componentes empleados actualmente para el controle de órbita y de posición. Por último, este aparato también podrá usarse en barcos y plataformas petrolíferas, auxiliando en el posicionamento de ambos. Según Schad, el uso de una plataforma integrada con GPS y sensores inerciales de bajo costo es un foco de investigación y desarrollo en todo el mundo. Navcon es la única empresa en Brasil que logró desarrollar un sistema modular integrado con esas dos tecnologías, incluyendo la determinación de posición por GPS, y el uso de sensores inerciales. Otras compañías incluso realizaron la integración, pero abocándose apenas a una sola aplicación.

El modelo más complejo del Sman, para su uso en aviones, estará formado por seis módulos, además de un software . La unidad maestra de sensores está compuesta por giroscopios, acelerómetros y algunos circuitos necesarios para su funcionamiento, mientras que la unidad de sensores e interfaces incluye brújulas, sensores de velocidad (que miden los kilómetros o millas recorridas por hora) y sensores adicionales. La unidad GPS puede contener uno o varios receptores. Un teclado y un display gráfico, que sirven como interfaz para el usuario, serán la base de la unidad de control y visualización. Por último, el software será el responsable de la operacionalidad del Sman.

Alta tecnología
Navcon concretó un pedido de financiamiento de la patente del prototipo ante el Núcleo de Patentes y Licencias de Tecnología (Nuplitec), de la FAPESP. Paralelamente, está haciendo algunas adaptaciones al Sman con miras a su colocación en el mercado. Algunas negociaciones ya están en marcha. “Conversamos con una empresa que fabrica sistemas de navegación para automóviles y hubo interés en conocer mejor el producto”, dice Schad. El sector aeroespacial también está siendo sondeado.

Con apenas tres años en el mercado, Navcon se ha especializado en el desarrollo de sistemas inerciales, automación y control de procesos industriales y de laboratorio. Al margen del Sman, la empresa también cuenta con otro proyecto en el PIPE, cuya primera fase ya fue concluida, para el desarrollo de un receptor GPS para aplicaciones espaciales. Con ambos proyectos, se abren nuevas perspectivas para Navcon, que adquiere de esta manera mayor visibilidad en la industria aeroespacial y se presenta ante otros sectores, como el automotor y el náutico.

El proyecto
Plataforma Integrada de Sensores Inerciales y GPS (nº 97/13014-5); Modalidad Programa de Innovación Tecnológica en Pequeñas Empresas (PIPE); Coordinador Otávio Santos Cupertino Durão – Navcon; Inversión R$ 135.374,00 y US$ 67.493,00

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