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Hace cien años, las posibilidades para la incipiente industria aeroespacial eran ilimitadas. Menos de 20 años antes, en 1903, los estadounidenses Wilbur y Orville Wright habían demostrado que era posible un vuelo sostenido tripulado y propulsado por un motor. Esto abrió las puertas a la producción, venta y uso militar de los aviones.

Las innovaciones técnicas posteriores, incluida la conversión a armazones de metal, alas en voladizo y el cambio de biplanos a monoplanos impulsó aún más el uso de aviones. En la década de 1920, muchos países comenzaron a usar aviones para la entrega de correo y carga, entretenimiento en forma de espectáculos de acrobacias y vuelos limitados de pasajeros.

Ahora, un siglo después, la aviación se ha convertido en un impulsor de negocios globales, un facilitador del comercio y del turismo internacionales y el sistema de transporte más rápido del mundo. Desde sus inicios, la aviación/industria aeroespacial ha experimentado una serie constante y significativa de avances tecnológicos. Aún se pueden vislumbrar más en el horizonte, incluidos los sistemas de aeronaves no tripuladas autónomas, aeronaves eléctricas o híbridas-eléctricas y los "taxis voladores" o eVTOL (electronic Vertical Take-Off and Landing [despegue y aterrizaje verticales electrónicos]). Los comités de Aviación de ASTM International orientan a la industria en este camino de innovación.

Estándares fundamentales para los UAS

Entre los comités encargados de desarrollar normas de aviación se encuentra el comité sobre Sistemas de aeronaves no tripuladas (UAS) (F38). Según su presidente Phil Kenul, el comité continúa desarrollando normas fundamentales para los UAS.

"Más allá de la línea de visión, detectar y evitar, UTM (UAS Traffic Management [Gestión del Tráfico de los UAS]): estas son las cosas que harán avanzar la comercialización de la industria de los UAS. Para ingresar a un espacio aéreo, hay que tener la arquitectura para ese espacio aéreo. Estamos trabajando muy de cerca con otros comités de aviación de ASTM para implementar la infraestructura y la arquitectura. Creemos que nuestras normas se aplicarán a la aviación en general", dijo.

Actualmente, el subcomité de Operaciones de vuelo (F38.02) está revisando una de sus normas más destacadas: la especificación para identificación y seguimiento remotos (F3411) y viene desarrollando una forma de cumplimiento. La identificación y el seguimiento remotos permiten la identificación gubernamental y civil de los sistemas de aeronaves no tripuladas y, al mismo tiempo, mantiene la privacidad operativa de los pilotos remotos, las empresas y sus clientes. Al aumentar la responsabilidad del piloto remoto del UAS, los UAS pueden operar por encima de las personas y más allá de la línea de visión (BVLOS, por sus siglas en inglés). La identificación remota se aplica a una variedad de tipos y operadores de UAS.

"Era la máxima prioridad de la FAA (Autoridad Federal de Aviación de Estados Unidos), y publicamos la norma de identificación remota antes que la norma final a petición suya. La nueva regla será utilizada por la FAA, junto con las normas, para formar una base para la ampliación de las operaciones de los pequeños UAS. Ahora, para apoyar a la industria y tener una norma armonizada a nivel mundial, estamos trabajando muy estrechamente con la FAA para revisar la norma. La revisión que se está desarrollando garantizará el cumplimiento de las reglamentaciones europeas y norteamericanas. Es una de las normas más importantes para la industria, en la que hemos estado trabajando durante los últimos dos años", dijo Kenul.

Junto con la identificación y el seguimiento remotos, el comité está actualizando el método de prueba para evaluar la seguridad de los impactos de pequeñas aeronaves no tripuladas (F3389). En última instancia, esta norma protegerá contra lesiones graves o mortales en caso de que un UAS golpee accidentalmente a una persona. La especificación de los requisitos de rendimiento del sistema de detección y evasión (F3442) también está siendo revisada para garantizar que refleje las nuevas capacidades y mejoras.

El comité de UAS también publicó recientemente la práctica para el desarrollo de un programa de demostración de vuelo de durabilidad y confiabilidad para sistemas de aeronaves no tripuladas de bajo riesgo, bajo la supervisión de la FAA (F3478). Creado a pedido de la FAA, la norma se refiere a planes de demostración de vuelo para UAS de bajo riesgo, que buscan certificación de la FAA. Estos son UAS que han sido probados y han demostrado ser duraderos y confiables.

Kenul señala que el proceso de certificación para los UAS más pequeños, como los que se utilizan en la entrega de paquetes, es exigente. Las aeronaves no tripuladas que operan en áreas urbanas deben demostrar más horas de vuelo sin incidentes que las que se encuentran en áreas rurales. Todos los UAS deben demostrar que la aeronave es confiable y duradera, y que puede volar de manera segura.

El UAS cubierto por la norma también debe cumplir con los siguientes criterios: poseer un enlace de comando y control que permita al piloto tomar acciones de emergencia; tener una energía cinética ≤ 25.000 pies-libras (34 kilojulios) calculada de acuerdo con los métodos especificados en los medios de cumplimiento; operar a ≤ 400 pies (120 m) sobre el nivel del suelo; además de los motores de combustión interna y las celdas de combustible, funcionar con electricidad; no operar sobre grupos de personas al aire libre.

Logrando un equilibrio

El comité asesor estratégico de ASTM AC377 se encuentra bajo los auspicios del comité F38, pero incluye miembros de varios comités de aviación de ASTM, incluido el comité de Sistemas de aeronaves (F39). En 2019, el comité AC377 publicó "Technical Report (TR) 1, Autonomy Design and Operations and Aviation Terminology and Requirements Framework" (Informe técnico 1, Autonomía, diseño y operaciones, y Marco de requisitos y terminología de la aviación). Centrándose en los requisitos de certificación para sistemas de aviación autónomos, este informe técnico influyó en la práctica propuesta para ejercer un marco contextual para sistemas de aviación cada vez más autónomos (WK76044). Redactado por el subcomité de Sistemas de aeronaves (F39.04), la WK76044 producirá un conjunto de prácticas alineadas con el marco contextual descrito en el informe TR1.

"En el TR1 planteamos muchas preguntas, como, '¿Cómo se dividen las funciones del piloto en un avión?'", dice Andy Lacher, miembro de los comités F38 y F39 y líder del grupo de trabajo de la práctica WK76044. Lacher es también director de investigación de sistemas aeroespaciales en Noblis, una empresa de ciencia e ingeniería sin fines de lucro que trabaja para el gobierno federal de Estados Unidos. "Ahora vamos a brindar orientación sobre cómo responder a esas preguntas. Lo que buscamos hacer como comunidad es ayudar a quienes presentan propuestas, especialmente a los nuevos participantes en el área de la aviación, orientándolos sobre cómo equilibrar la seguridad y las nuevas tecnologías. Esto debería proporcionar un medio por el cual los patrocinadores analicen los requisitos del sistema relacionados con sistemas cada vez más autónomos, de una manera deliberada y coherente, que se espera informará su diseño e interacciones con el regulador. Las entidades reguladoras están interesadas en esa coherencia y una práctica estándar parece tener eco en la comunidad ".

La seguridad siempre es lo primero

ASTM no se centra únicamente en sistemas no tripulados. El comité sobre Aeronaves de aviación general (F44) ha redactado dos normas propuestas para mejorar la seguridad de los vuelos tripulados: la práctica para métodos de indicación mejorados en aeronaves (WK71556) y la práctica para métodos de alerta en aeronaves (WK71557). Estos documentos se basan en una norma fundamental: la especificación para las características de vuelo a baja velocidad de las aeronaves (F3180). Esta especificación, que es una iniciativa de la Agencia Europea de Seguridad Aérea (EASA) y de la FAA, describe las características de despegue de las aeronaves monomotor y multimotor, las características de entrada en pérdida de control, el aviso de entrada en pérdida de control, entrada en barrena y las características de seguridad que ayuden a los pilotos en caso de que la aeronave pierda el control.

Como se describe en la práctica para los métodos de indicación mejorados (WK71556), una pantalla electrónica muestra cuando el avión está a punto de perder el control. Ciertos símbolos significan características específicas de entrada en pérdida de control y advierten al piloto que si no toma medidas inmediatas, el avión alcanzará una condición de pérdida de control. Estos métodos de indicación mejoran la pérdida de control durante el vuelo y alivian el riesgo de entrar inadvertidamente en pérdida de control y entrada en barrena, y perder el control de la aeronave.

La práctica para los métodos de alerta (WK71557) define las características de un sistema de advertencia de entrada en pérdida de control. "Si va a recibir crédito por una advertencia oral de entrada en pérdida de control, estas son las características que debe poseer el sistema de advertencia. Debe tener un sonido oral único, una voz, un tono, etc., que no suene como ninguna otra cosa en el avión. Si es una advertencia táctil, como la vibración de una palanca o un timbre, el piloto debe poder sentirlo incluso si usa guantes y si el avión tiene otras vibraciones. Si un piloto está ocupado mirando gráficos, la alerta llamará su atención de inmediato para que pueda controlar la situación. La práctica realmente identifica las características de esta alerta de advertencia de entrada en pérdida de control, y si los solicitantes siguen esa práctica, reciben crédito completo para los sistemas de advertencia de entrada en pérdida de control que cumplan con la especificación F3180", dice Dean Boston, ingeniero jefe de certificación de Genesys Aerosystems, miembro del comité F44 y presidente del grupo de trabajo de la interfaz de la tripulación AC394, un grupo de trabajo del F44.10.

En la agenda del comité de aeronaves de aviación general también están las aeronaves de propulsión eléctrica y las híbridas-eléctricas, dentro de la Parte 23 del Título 14 de la FAA del Código de Regulaciones Federales. Según Boston, la Parte 23 original no se adaptaba a estos motores. El subcomité de unidades de potencia (F44.40) está desarrollando los requisitos para el sistema de propulsión eléctrica y la distribución de energía eléctrica. Este último cubre cómo se transmite la energía hacia los motores, en comparación con la forma en que se transmite a los instrumentos, radios y otros equipos en el avión.

Otra área fundamental para el comité es la seguridad de la información de los sistemas del avión. "La FAA y la EASA han expresado su preocupación por el hackeo de los sistemas de los aviones o por la interferencia con las computadoras de a bordo del avión, y están trabajando para elaborar una reglamentación al respecto", afirma Boston. "Habrá nuevas regulaciones y circulares de advertencia para protegerse contra ese tipo de eventos. Ellas determinarán las medidas de protección o ciberseguridad que deben implementarse para los sistemas informáticos a bordo del avión. Lo que estamos haciendo en el comité F44 es desarrollar la práctica para la protección de seguridad de la información de los sistemas de aeronaves (WK56374), que será apropiada para el entorno de aviones más pequeños de la Parte 23, en contraposición a los aviones de la categoría de transporte de mayor tamaño de la Parte 25. Y los requisitos se adaptarán adecuadamente al tamaño del avión y a la cantidad de pasajeros". También indica que el subcomité de Sistemas y equipos (F44.50) está trabajando en estos requisitos.

También se están realizando revisiones de seguridad a las normas de aeronaves deportivas ligeras. Para reflejar la presión máxima de vapor de combustible experimentada en el campo y evitar el bloqueo de vapor, el comité de Aviones deportivos ligeros (F37) ha revisado la especificación para el diseño y rendimiento de un avión deportivo ligero (WK64937). El presidente del comité F37, Adam Morrison, señala que las mezclas de combustible automotor varían ampliamente a lo largo del año, y se modifican para adaptarse a las condiciones meteorológicas y por aspectos medioambientales y de emisiones.

"El ambiente en una aeronave es mucho más agresivo y, a medida que el motor de una aeronave se calienta y aumenta la altitud, estos combustibles pueden comenzar a hervir y crear vapor en el sistema de combustible. Esto puede inhibir el flujo de combustible y provocar una detención del motor o una pérdida de potencia. Hay accidentes e incidentes ocasionales causados por el bloqueo de vapor de combustible, y el comité quería agregar algunos requisitos de 'tamaño correcto' para educar a los fabricantes y proporcionar una vía directa para verificar los sistemas de sus aviones", dice. Morrison también es el CEO de la firma de consultoría estratégica Streamline Designs, que trabaja en sistemas de aeronaves tripuladas y no tripuladas.

Además, el comité F37 está desarrollando normas para la Modernización de la Certificación Especial de Aeronavegabilidad (MOSAIC, por sus siglas en inglés) de la FAA. Esta revisión de la reglamentación de aeronaves deportivas ligeras ampliará la categoría de aeronaves para incluir tipos nuevos e innovadores, como la propulsión eléctrica e híbrida-eléctrica y el despegue y aterrizaje verticales. La regla también puede incluir una mayor velocidad aerodinámica, una velocidad máxima de entrada en pérdida de control y un límite de potencia, así como la posibilidad del uso comercial de aeronaves deportivas ligeras. MOSAIC se encuentra actualmente en revisión interna por parte de la FAA, y su fecha prevista de publicación es a finales de 2023.

Sobre la base de la práctica para el mantenimiento y el desarrollo de manuales de mantenimiento para aeronaves deportivas ligeras (F2483), el subcomité de enfoque intersectorial (F37.70) ha elaborado la especificación para el desarrollo de manuales de mantenimiento para aeronaves deportivas ligeras (WK63118).

"Dado que la industria ha madurado a lo largo de los años, es evidente que la norma F2483 debe dividirse en dos normas separadas, una para cada uno de los temas. A veces resulta confuso para los fabricantes y los reguladores demostrar el cumplimiento de una norma que cubre una gama tan amplia. Al dividir la norma en dos, quedará más claro que un fabricante necesita tener un sistema interno para manejar el mantenimiento, así como un manual de mantenimiento que comparta con sus clientes externos", dijo Morrison.

En el horizonte

A medida que la industria de la aviación continúa evolucionando, ciertas tendencias se han vuelto evidentes. Uno es el movimiento hacia la automatización, que Merriam-Webster define como "operación controlada automáticamente de un aparato, proceso o sistema mediante dispositivos mecánicos o electrónicos que reemplazan el trabajo humano". En la aviación, la automatización reduce la carga de trabajo y el nivel de fatiga del piloto, mejora el desempeño de las operaciones de rutina y aumenta la seguridad mediante características tales como alertas anti-entrada en pérdida de control. Aunque ofrece beneficios, la automatización cambia el papel del piloto.

"En el futuro, los pilotos podrán dirigir u orientar su avión, pero no podrán tener un mando directo sobre las superficies de control de vuelo", dice Lacher. "En los aviones eVTOL con controles de vuelo unificados, el piloto simplemente ordena que suba y avance. La aeronave despega verticalmente, pasa a vuelo horizontal y luego regresa a vuelo vertical para aterrizar. Con la complejidad del sistema de aviación, no vamos a alcanzar el vuelo autónomo de un solo paso. La práctica estándar que propone el F39 será una parte de la respuesta, pero no "la" respuesta completa, dijo Lacher.

Las aeronaves de despegue y aterrizaje verticales electrónicos (eVTOL) podrán volar a partir de 2024. En abril, Aviation Today informó que Nueva Zelanda había comenzado a probar el uso de aeronaves autónomas totalmente eléctricas, para dos pasajeros para el reparto de carga, la gestión de peligros potenciales y los servicios agrícolas y de monitoreo. En los Estados Unidos, United Parcel Service planea probar los eVTOL para sus entregas rápidas por vía aérea. Si son efectivas, las aeronaves eléctricas verticales reemplazarían a los pequeños aviones de UPS que transportan entre 230 y 1400 kg (500 a 3.000 libras).

"En términos de propulsión eléctrica y eVOTL, el sector avanza más rápido que las normas”, dice Boston. "Hay muchas empresas que realizan el trabajo de desarrollo sin normas. La idea central que veo para los próximos años es publicar las normas y hacerlas llegar a los solicitantes".

De la tendencia a la automatización y la creciente presencia y capacidad de los UAS, surge también la necesidad de la Gestión del tráfico de los UAS (UTM). La especificación para la interoperabilidad de los proveedores de servicios UAS de la Gestión del tráfico de los UAS (WK63418) se someterá a votación esta primavera. Desarrollada por el comité F38 con aportes de la industria, la FAA, la NASA, la autoridad de aviación civil suiza y otros, la norma propuesta cubre una variedad de capacidades, tales como la integración de vuelos tripulados y la gestión de vuelos prioritarios. El comité también está analizando cómo la arquitectura UTM podría informar el desarrollo de la gestión del tráfico para la movilidad aérea urbana.

"Estamos trabajando en todos los sectores para garantizar que esto se convierta en la base de una norma UTM global para la gestión del tráfico no tripulado en el futuro", dice Kenul.

A través de sus normas nuevas y revisadas, los comités de aviación de ASTM están trazando el camino hacia la innovación, la seguridad y la confiabilidad de las aeronaves. Al tener en cuenta los avances tecnológicos, los requisitos de rendimiento y las consideraciones de seguridad, se marcará el rumbo del futuro de los sistemas de aeronaves tripuladas y no tripuladas.

Kathy Hunt es una periodista y escritora que reside en la costa este de los EE. UU.