Parte 2 - Conocimiento General del UAS
- Chasis-Marco-Fuselaje: Esta parte constituye el esqueleto de la aeronave, es en la mayoría de los casos la estructura principal, la que determina tamaño y forma de la misma. En cuanto a los materiales, se realizan en aleaciones ligeras de aluminio, magnesio y titanio. Para reducir peso se emplean materiales compuestos, tales como fibra de carbono, fibra de vidrio y plástico.
- Grupo Motopropulsor: Esta parte la conforman los motores, hélices y rotores que permiten moverse a la aeronave. Los más utilizados para giroaviones son los motores eléctricos sin escobillas.
- Hélices: Son giradas por la potencia que le transmiten los motores elevando la aeronave en el aire según las fuerzas aerodinámicas. En general, cuando mayor es la longitud de la hélice, mayor es el empuje. Están compuestas habitualmente de fibra de carbono, plástico o nylon.
- Hélices: Son giradas por la potencia que le transmiten los motores elevando la aeronave en el aire según las fuerzas aerodinámicas. En general, cuando mayor es la longitud de la hélice, mayor es el empuje. Están compuestas habitualmente de fibra de carbono, plástico o nylon.
- Baterías: Las más utilizadas son las de polímero de litio, Li-Po. Precisan una carga más lenta que las de Ni-Cd o Ni-MH, pero se fabrican en más formas que las de ion-litio por lo que se optimiza el espacio del fuselaje dedicado a las baterías.
- Placa controladora de vuelo: Esta parte constituye el denominado cerebro de la aeronave, es el ordenador integrado que comanda las órdenes de movimiento y recoge los datos del sistema. Entre los elementos de que dispone se encuentran los giroscopios, sensores de altitud y altura, sensores de variación de altura, brújula, sensores de velocidad, sensores de posición, etc.
- Unidad de mando: Está compuesta por emisores/receptores de señales de radio que envían a la aeronave información para el control de vuelo a través de los mandos de control y recibe datos de los sensores de la aeronave no tripulada a través de antenas. Esta información se transmite al piloto mediante elementos de gestión de datos como pantallas, leds, vibraciones, etc.
- Reguladores de velocidad (ESC): Los ESC (Electronic Speed Control) son los encargados de que los motores de la aeronave giren a la velocidad necesaria mediante un circuito eléctrico que varía la velocidad y dirección del motor para realizar los diferentes movimientos.
- Gimbal o cardán: Es la parte que sirve de estabilización de la carga de pago a la aeronave. La mantiene controlada y nivelada y hace que se pueda controlar el giro en los ejes XYZ de la carga de pago desde la estación de control. Además, evita que los movimientos propios de la aeronave y las vibraciones de las hélices y motores afecten al movimiento y la estabilidad de la carga de pago.
- Carga de pago/útil: Es la parte compuesta por aquel instrumento, mecanismo, equipo, componente, accesorio instalado/fijado en la aeronave y que no se utilice ni esté destinado a emplearse para el manejo o control de la aeronave en vuelo. Entre las cargas de pago más comunes se encuentran las cámaras ópticas, térmicas, multiespectrales... pero existen multitud de cargas de pago.
- Tren de aterrizaje: Es la parte que se emplea para que la aeronave tome tierra y evita sufrir daños al llegar al suelo. En cuadricópteros, suelen adoptar la forma de patas, que en ocasiones integran las antenas para recibir la señal de la estación remota y luces LED que varían de color y frecuencia para que el piloto pueda conocer si existe algún problema en el estado de la aeronave. Otro tipo de trenes son retráctiles, lo que permite que se replieguen al despegar y no se interpongan frente a la cámar si esta gira sobre su eje. Para las aeronaves de ala fija, en el tren de aterrizaje se suelen emplear ruedas, o incluso patín situado en su panza o en el propio fuselaje reforzado sobre el que aterrizan.
Descripción del sistema de mando y control
Estación de control
Los UAS, como norma general, disponen de una estación de control o emisora de radio denominada GCS (Ground Control System), que sirve para controlar el equipo. Esta estación de control puede ser una emisora con sticks y botones para controlar la aeronave, pero existen otras posibilidades como control por medio de ordenadores o incluso remolques o habilitaciones en el caso de equipos más avanzados.
La función principal de la estación de control es el mando y control del UAS, a través de la cual se producen los movimientos necesarios para guiar la aeronave.
- Emisor/receptor de señal: Envía a la aeronave información para el control del vuelo y recibe datos de los sensores mediante señales de radio a través de una antena.
- Elementos de control o mandos: Permiten dirigir la aeronave permitiendo el control sobre los motores y el resto de sistemas que influyen en el vuelo.
- Elementos de visualización y gestión de datos: Procesa los datos de posicionamiento y telemetría y muestra la información necesaria para el vuelo. Los sistemas que disponen de transmisor FPV que irá dentro de la aeronave y el receptor de video de la emisora de control, mostrará las imágenes de las cámaras que lleve el UAS. Por medio de su software se puede programar el piloto automático, controlar la cámara, disponer los datos de telemetría, acceder a las funciones de geocaging o geofencing e incluso volver al punto de origen registrado anteriormente.
Controles de vuelo (eje, movimiento, actuación)
Eje de vuelo
Se denominan ejes de vuelo a unas líneas imaginarias alrededor de las cuales puede girar una aeronave. Existen 3 ejes perpendiculares entre si, alrededor de los cuales puede moverse cualquier aeronave, cuyo punto de intersección está situado en el centro de gravedad de la misma.
- Eje longitudinal: Se extiende desde el morro a la cola en una ala fija o de delante hacia atrás a través del cuerpo central en un giroavión.
- Eje lateral/transversal: Se extiende de punta a punta de las alas en una ala fija, o de izquierda a derecha a través del fuselaje en un giroavión.
- Eje vertical: Está contenido en un plano que pasa por el centro de gravedad desde arriba hacia abajo de la aeronave.
Movimientos de vuelo
Son los movimientos que realiza la aeronave alrededor de los ejes de vuelo y se denominan:
- Alabeo: Movimiento alrededor del eje longitudinal.
- Cabeceo: Movimiento alrededor del eje transversal.
- Guiñada: Movimiento alrededor del eje vertical.
Actuador/Superficies de control
Es el componente físico de la aeronave que hace moverse a la misma según cada eje. El movimiento de los sticks en la estación de control envía las señales a la central de control de vuelo. Este controlador envía la información necesaria a los actuadores o servos (ala fija) o a los controladores electrónicos de velocidad (ESCs) de cada motor (giroaviones), para que a su vez dirijan los motores para aumentar o disminuir la velocidad.
En ala fija:
En giroavión:
Para lograr cualquier movimiento, lo que hace la controladora es variar la velocidad de algún motor para lograr una fuerza resultante, que permita a la aeronave realizar el movimiento requerido. Para explicar los movimientos de un giroavión, se va a tomar como referencia una configuración en X de un Cuadricóptero.
Alabeo (Roll): Si se aumenta la velocidad de los motores del plano izquierdo, el giroavión bascula hacia el lado derecho apareciendo una fuerza de desplazamiento a la derecha tal y como se muestra en el dibujo:
Cabeceo (Pitch): Si se aumenta la velocidad de los motores traseros, el multirrotor bascula hacia delante, apareciendo una fuerza de avance tal y como se muestra:
Guiñada (Yaw): Si se aumenta la velocidad de los motores que giran en el sentido de las agujas del reloj, se produce un desequilibrio del momento angular de fuerzas en torno al eje vertical, que provoca que el giroavión gire en sentido antihorario:
Comunicaciones
Los servicios de comunicaciones permiten el intercambio de información entre los distintos sistemas de tierra y la aeronave. Los enlaces de comunicaciones se pueden dividir en subida (desde la estación de control a la aeronave) y bajada (viceversa).
- Enlace de subida: De la GCS al UAS
- Comandos de control: Plan de vuelo, velocidad, vuelta a casa, despegue/aterrizaje, etc
- Correcciones GNSS (si las hubiese)
- Comandos para la carga de pago (manejo del gimbal, comando de las órdenes de video/imagen).
- Enlace de bajada: Del UAS a la GCS
- Telemetría (datos de vuelo)
- Estado de la carga de pago (posición del gimbal) y baterías
- Vídeo/imágenes tomadas por la carga de pago.
Los parámetros de rendimiento típicos de un enlace de mando y control son el rango efectivo, la frecuencia de operación y la latencia.
- Latencia: Tiempo necesario para producir, procesar, enviar, recibir, interpretar y ejecutar una orden de comando.
- Banda de frecuencia: Es una pequeña sección de frecuencia del espectro radioelectrónico empleado en las comunicaciones de radio, donde los canales de comunicación se utilizan para servicios similares para evitar interferencias y permitir un uso eficiente del espectro. Las frecuencias de enlace de comunicaciones típicas en el uso de UAS son 2.4 GHz y 5.8 GHz.
En caso de pérdida de radioenlace, en la mayoría de los UAS, el piloto detectará esta situación mediante una indicación auditiva y visual clara de alarma en su estación de control, y en caso de que el UAS disponga de función de vuelta a casa (RTH), este se activará de manera automática. Consulte si su UAS dispone de esta funcionalidad en la documentación técnica de la aeronave.
Sensores incluidos en los UAS
Otra parte muy importante del elemento de mando y control son los sensores que nos indican datos como la posición del UA, la altura de vuelo, la orientación del UA y la actitud de la aeronave. Los principales sensores con los que puede contar un UA son:
- IMU (Inertial Measurement Unit): Sensor que calcula la posición relativa del UA. Está compuesto por un acelerómetro (mide la aceleración lineal con que se mueve el sensor) y un giroscopio (mide la velocidad angular) combinados.
- Sensor de localización: Se necesitan sensores para determinar la posición absoluta del UA. La forma más popular de hacerlo es usando el GNSS. También se pueden usar sensores de posicionamiento relativo (altímetro, sonar, sensor ultrasónico de altura AGL, Deckfinder). Para obtener la posición del UAS en los ejes XYZ, es decir, en tres dimensiones, se necesitan al menos 4 satélites.
- Sensor de presión barométrica/sensor de presión: Este sensor permite disponer de un altímetro barométrico y/o indicador de velocidad vertical. El altímetro permite conocer altitudes o alturas en función de su configuración (suele indicarse en ft), mientras que el indicador de velocidad vertical facilita el régimen de ascenso y descenso (suele representarse en ft/min). Para conocer la altura de vuelo del UAS también se suele recurrir a radioaltímetros u obtener valores mediante satélite GNSS.
- Magnetómetro: Sensor que proporciona información acerca del norte magnético. Se utiliza como una brújula para saber en todo momento la dirección a la que apunta el morro del UA.
- Sensores anticolisiones (Sense and Avoid/SAA): Sistema por el cual la aeronave puede detectar y evitar obstáculos fijos en su trayectoria de vuelo sin la intervención del piloto.
La geolocalización es uno de los aspectos más importantes a tener en cuenta en la operativa con UAS. Esta función permite al UAS conocer su posición exacta y realizar operaciones automatizadas así como brindar apoyo a los pilotos durante el vuelo.
- Geofencing: Volumen operacional/límite virtual del espacio aéreo establecido mediante geolocalización, dentro del cual ha limitado la aeronave la entrada por software. En este caso, el piloto deberá definir un volumen operacional donde volará la aeronave no tripulada en el que no podrá acceder.
- Geocaging: Volumen operacional/límite virtual del espacio aéreo establecido mediante geolocalización, dentro del cual ha limitado a la aeronave la salida por software. En este caso el piloto deberá definir un volumen operacional donde volará la aeronave no tripulada y que no podrá abandonar, sin superar los límites horizontales y verticales.
Instrumentos de vuelo
A partir de la información recogida a través de los sensores mostrados con anterioridad se alimentan los siguientes instrumentos de vuelo:
- Autopiloto: Gestiona los datos de los sensores para dar órdenes a motores y superficies de control en función de los comandos recibidos. Los sensores reciben los datos que se gestionan en el autopiloto. En caso de pérdida de GNSS el autopiloto pasa a comandar un hovering (vuelo estacionario sobre un punto) y en un tiempo preestablecido si no se recupera esta señal, se procederá al aterrizaje vertical de la aeronave. El autopiloto permite que el UAS siga la ruta planificada, compensando los efectos del viento y otras perturbaciones de vuelo.
- Sistema de terminación de vuelo (FTS/Flight Termination System): Sistema que disponen los UAS para alcanzar un nivel de seguridad antes de una emergencia mediante la terminación del vuelo en condiciones de seguridad. Los UAS disponen de varios sistemas de terminación segura del vuelo:
- RTH: El Return to Home, que consiste en un sistema de seguridad por el que la aeronave en caso de fallo de comunicación o pérdida de control del UA, mantiene una altura predeterminada y vuelve a una posición de seguridad definida con anterioridad. Una vez en esa posición el UAS aterriza de manera automática.
- Aterrizaje frente a agotamiento de batería.
Información imprescindible del UAS
Antes del primer vuelo es necesario que todo piloto conozca bien los principales elementos, limitaciones y características de su UAS.
Lea atentamente y siga las instrucciones adjuntas a la aeronave no tripulada proporcionadas por el fabricante de UAS.
1. Resumen de los principales elementos de la UAS
En las instrucciones existe un apartado donde se explican los principales elementos que componen el UAS y cómo debe ser manejado previo, durante y posterior a cada vuelo.
2. Limitaciones de la aeronave
- Meteorológicas: Velocidad máxima de viento, lluvia, niebla o temperatura. Es importante conocer estas limitaciones, y evaluarlas antes de cada vuelo, para saber si se podrá realizar el vuelo.
- Limitaciones de altura máxima de vuelo y distancia horizontal segura entre el piloto a distancia y la aeronave no tripulada.
- Masa máxima de despegue: Importante conocer la MTOM del UA, y en caso de incluir sistemas adicionales o variar la carga útil, no superar este valor en ningun caso.
- Batería y tiempos de vuelo: Se indican todos los datos relativos a la batería, entre los más importantes están el rango de temperatura, para usar de forma segura las baterías y, la duración de las mismas (puede variar según los modos de vuelo de la aeronave).
3. Control del UAS en todas las fases del vuelo
Imprescindible para realizar un vuelo seguro. Para ello, el piloto a distancia debe seguir las instrucciones facilitadas por el fabricante del UAS, donde se especifica los pasos a seguir para un correcto y seguro arranque de motores, despegue, manejo de la aeronave con sus distintos modos de vuelo, aterrizaje y parada de motores.
4. Procedimientos en caso de fallo del UAS
Las instrucciones también establecen pautas a seguir en el caso de que se produzcan fallos en el UAS durante el vuelo (pérdida de señal GNSS, pérdida de enlace de control, etc). Es importante que el piloto a distancia conozca los procedimientos y pautas a seguir ante estas situaciones anómalas.
Concretamente, para aquellas aeronaves que dispongan del RTH automático en caso de pérdida de enlace, el piloto a distancia debe saber establecer previo al vuelo los parámetros necesarios para su correcto funcionamiento.
5. Procedimientos para el establecimiento de altura máxima
Si el UAS dispone de un sistema para establecer una altura máxima de vuelo, esta no podrá ser superada durante el vuelo. El piloto a distancia deberá consultar en las instrucciones del fabricante del UAS, el procedimiento a seguir para fijar la altura máxima.
6. Procedimientos para carga de zonas geográficas
El piloto a distancia debe asegurarse de cargar la información más actualizada disponible de la zona geográfica donde vaya a realizar la operación. En las instrucciones facilitadas por el fabricante del UAS, se puede encontrar cuál es el procedimiento para cargar esta información, la cual será facilitada por el Estado miembro.
7. Procedimientos para la carga del nº de registro del operador
Previo al vuelo, el piloto a distancia debe asegurarse que el número de registro de operador de UAS, el cual es único, intransferible y debe mantenerse en privado, esté cargado en el sistema de identificación remota de la aeronave no tripulada, en caso de disponer de ello. El procedimiento para cargar este número de identificación en la aeronave no tripulada está detallado en las instrucciones facilitadas por el fabricante del UAS.
Mantenimiento del UAS
Para mantener unas condiciones seguras de aeronavegabilidad del UAS, es necesario seguir las instrucciones de mantenimiento facilitadas por el fabricante del UAS.
El piloto a distancia deberá realizar una inspección exterior del equipo previo a cada vuelo, para asegurar que la aeronave no tripulada está en condiciones óptimas para el vuelo y detectar posibles defectos. Como norma general, entre los elementos principales a inspeccionar están:
- Equipo de control, sistemas de apoyo y subsistemas (antenas, cableado, conexiones, etc).
- Integridad estructural (fuselaje, celula, motores, hélices, etc).
- Batería(s)/combustible (comprobación de voltajes, estado).
- Comprobación de los sistemas anexos (cámara, sensores).
- Comprobación dinámica de motores, superficies de control, etc.
- Actualización de software/firmware.