En qué consiste el elemento de mando y control de un RPAS

Este artículo sobre el elemento de mando y control del sistema RPAS es fruto de la colaboración entre el Máster Universitario en Sistemas Aéreos Pilotados de forma Remota (RPAS) de la Universidad de Huelva y Aerocamaras.

La mayoría de sistemas RPAS civiles constan de la plataforma aérea, la carga de pago, el elemento de mando y control, el elemento de enlace de datos y comunicaciones, el elemento de lanzamiento y recuperación y el elemento humano. Un RPAS militar puede incluir también elementos como armas, soporte para tropa, guerra electrónica, etc.

En este artículo vamos a repasar punto por punto los componentes y sistemas del elemento de mando y control del sistema RPAS.

Diferencia entre las funciones de Control y Estabilidad de un dron

Las funciones de Control y Estabilidad de un RPAS están completamente ligadas y dependen de sus propias características y prestaciones. Sin embargo, es preciso entender la diferencia entre ambas:

• Control: Puede ser definido para nuestros fines como los medios para dirigir la aeronave en la posición, orientación y velocidad deseadas.
• Estabilidad: Es la capacidad del sistema para mantener la aeronave en los estados deseados.

Cómo controlar la carga útil de la aeronave

Tan importante como mantener el control y estabilidad del RPAS lo es también de la carga útil. Por muy bien que se controle la aeronave para situarla sobre el objetivo, de nada servirá si no se realiza también un control efectivo de su carga útil. Esto se puede lograr usando un sistema que es parte del FCS (Flight Control System o sistema de control de vuelo) de la aeronave o mediante el uso de un módulo separado. La elección dependerá probablemente del grado de integración de la operación de carga útil con la operación de la aeronave.

Los sensores en el elemento de mando y control

Otra parte muy importante del elemento de mando y control son los sensores: posición vertical, giroscopios, giroscopios de cabeza, giroscopios de velocidad angular, sensores de altura y altitud y sensores de velocidad del aire. En algunas aplicaciones pueden ser usados también acelerómetros lineales.

El piloto automático en los RPAS

Un elemento de control presente en los aviones de hoy y por supuesto en los RPAS es el autopiloto o piloto automático. El piloto automático es el componente de la aeronave capaz de guiar el movimiento de la misma en tiempo real sin intervención humana. Un RPAS totalmente autónomo (UAS) es capaz de volar sin intervención del operador desde el despegue hasta el aterrizaje. Los pilotos automáticos comerciales son cada vez más pequeños, ligeros y baratos. Sin embargo, ofrecen muchas prestaciones operativas similares a los grandes pilotos automáticos de las grandes aeronaves.

El sistema GPS

El sistema GPS (Global Positioning System) fue desarrollado, instalado y empleado por el Departamento de Defensa de los EE.UU con capacidad operacional total desde mediados de los años 90. Se trata de un componente muy importante en el elemento de mando y control que permite determinar en todo el mundo la posición de un objeto (una persona, un vehículo, etc.) con una precisión de hasta centímetros (si se utiliza GPS diferencial), aunque lo habitual son unos pocos metros de precisión.

Cómo funciona el GPS en las aeronaves

Para determinar las posiciones en el globo, el sistema GPS está constituido por 24 satélites. Para determinar una posición concreta, el receptor GPS localiza automáticamente como mínimo cuatro satélites de la red, de los que recibe unas señales indicando la identificación y la hora del reloj (atómico) de cada uno de ellos. Con base en estas señales, el receptor sincroniza el reloj del GPS y calcula el tiempo que tardan en llegar las señales al equipo, y por lo tanto, la distancia de cada satélite respecto al punto de medición mediante el método de trilateración inversa. Conocidas las distancias, se determina fácilmente la posición.

El posicionamiento civil trabaja en la frecuencia de 1.575,42 MHz y el militar, de mayor precisión, en 1.227,60 MHz. A pesar de las ventajas anteriores, la dependencia del RPAS al GPS para su correcta navegación puede suponer un problema serio si la señal de GPS se pierde.

Qué pasa cuando el dron pierde la señal GPS

Se proponen numerosos sistemas para evitar la dependencia del RPAS al GPS, de modo que el dron no quede inutilizado si el GPS falla, si se pierde su señal o si es apagado:

• TACAN (Tactical Air Navigation System) es un sistema táctico de navegación aérea usado por aeronaves militares. Proporciona al usuario información de rumbo y distancia a una estación situada en tierra o a bordo de un barco.
• LORAN C (LOng RAnge Navigation, también Long Range Aid to Navigation y Long Range Radio Aid to Navigation) es una evolución desde el LORAN A (años 40) y se trata de un sistema de radio de largo alcance basado en transmisores terrestres. Utiliza señales más potentes que TACAN y es más difícil de interferir, aunque es muy vulnerable a las tormentas magnéticas. Actualmente tiende a caer en desuso.
• Inertial Navigation System (INS) es un sistema de ayuda a la navegación que usa un computador, sensores de movimiento (acelerómetros) y sensores de rotación giroscópicos para calcular continuamente mediante estima la posición, orientación y velocidad (dirección y rapidez de movimiento) de un objeto en movimiento sin necesidad de referencias externas. Se usa en vehículos como barcos, aeronaves, submarinos, misiles y naves espaciales. Cualquier RPAS lleva hoy en día un sistema INS.
• Radio Tracking es un seguimiento por radio. Se trata de una solución muy probada y operativa para las aeronaves que operan a distancias cortas, entre 80 y 100 km. Es particularmente aplicable cuando es posible mantener un contacto por radio en línea de vista entre la estación de control en el mar o en tierra y la aeronave.
• Way-point Navigation es la navegación pasando por puntos prefijados. Para ello se pueden utilizar una o más de las tecnologías anteriores que permiten determinar la posición del RPAS. Su controlador puede dirigirlo a cualquier punto ubicado dentro del radio de acción.
• Control Station (CS) es la estación de control del RPAS, donde está ubicado el piloto, el operador de la carga de pago y cualquier otro miembro de la “tripulación”. Puede estar situada en tierra (GCS), en el mar a bordo de un navío (SCS) o incluso en otro avión (ACS).

Qué es una Estación de Control del RPAS

La Estación de Control (CS) es la interface hombre-máquina entre los operadores del RPAS y la aeronave. Desde ella, el piloto puede “hablar” con el avión o el operador de la carga de pago. Mediante el enlace de radio desde la CS hasta la plataforma aérea, se puede intervenir de forma directa sobre el perfil de vuelo o reprogramar una misión. El RPAS devolverá información e imágenes, si es el caso, a la CS a través del mismo enlace de comunicaciones, tanto en tiempo real como a través de datos suministrados a través del enlace.

Otras funciones de la Estación de Control

La Estación de Control no sólo está conectada al RPAS, sino que también permite:

• Obtener datos meteorológicos.
• Transmitir y recibir datos hacia y desde otros sistemas conectados a la red de comunicaciones.
• Recibir órdenes de una autoridad superior.
• Transmitir información a las autoridades que competan.

La CS varía de forma considerable dependiendo del tamaño y misiones del RPAS, de modo que puede ser tan pequeña como un transmisor/receptor de mano o tan grande como una instalación completa fija o transportable con múltiples estaciones de trabajo. Los RPAS militares de gran tamaño requieren de CS con varias personas que operan, además del piloto que lo hace con la aeronave, con diferentes sistemas como los de armas, por ejemplo.

Aerocamaras colabora con el Máster especializado en RPAS/Drones de la Universidad de Huelva

Este artículo sobre el elemento de mando y control del sistema RPAS es fruto de la colaboración entre el Máster Universitario en Sistemas Aéreos Pilotados de forma Remota (RPAS) de la Universidad de Huelva y Aerocamaras. Desde nuestra Aerocamaras apuesta por la formación cualificada en drones y por eso trabajan con el Máster RPAS para ofrecer contenido de calidad. Este máster de la Universidad de Huelva tiene como una de sus prioridades el desarrollo profesional de sus estudiantes en la industria aeroespacial y específicamente en la de los RPAS/Drones.