Origen y desarrollo de los drones

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Origen y desarrollo de los Sistemas de Aeronaves Pilotadas por Control Remoto.

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Introducción

La aviación no tripulada tuvo sus comienzos en los modelos construidos y volados por inventores como Cayley, Stringfellow, Du Temple y otros pioneros de la aviación, que fueron previos a sus propios intentos de desarrollar aeronaves tripuladas a lo largo de la primera mitad del siglo XIX. Estos modelos sirvieron como bancos de pruebas tecnológicos para el posterior desarrollo de modelos de mayor tamaño con piloto a bordo y, en este sentido, fueron los precursores de la aviación tripulada.

En la acepción más amplia del término, la aviación no tripulada abarca un amplio espectro de aeronaves. La genealogía de las aeronaves no tripuladas esconde sus raíces en el desarrollo de los llamados «torpedos aéreos», antecesores de los actuales misiles crucero, que posteriormente se desarrollaron a través de las ramas de las bombas guiadas (no propulsadas), los blancos aéreos (llamados «drones» en la terminología anglosajona), los señuelos, los modelos recreacionales y/o deportivos de radio-control, las aeronaves de investigación, las aeronaves de reconocimiento, las de combate, e incluso algunos modelos más extraños de vuelo extra-atmosférico.

El término vehículo aéreo no tripulado (Unmanned Aerial Vehicle, UAV) se hizo común en los años 90 para describir a las aeronaves robóticas y reemplazó el término vehículo aéreo pilotado remotamente (Remotely Piloted Vehicle, RPV), el cual fue utilizado durante la guerra de vietnam y con posterioridad. el documento «Joint Publication 1-02, Department of Defense Dictionary» editado por el Ministerio de Defensa de los Estados unidos define UAV como:

«Un vehículo aéreo motorizado que no lleva a bordo a un operador humano, utiliza las fuerzas aerodinámicas para generar la sustentación, puede volar autónomamente o ser tripulado de forma remota, que puede ser fungible o recuperable, y que puede transportar una carga de pago letal o no. No se consideran UAV a los misiles balísticos o semibalísticos, misiles crucero y proyectiles de artillería».

Además de los misiles citados y los proyectiles de artillería, la definición también excluye a los planeadores (que no llevan planta propulsora), a los globos y dirigibles (los cuales no utilizan la generación de sustentación mediante fuerzas aerodinámicas sino mediante fuerzas de flotabilidad) y a los objetos arriostrados (que carecen de control remoto u autónomo). Los términos UAV y RPV no son más que dos entre cerca de la docena de nombres que han ido recibiendo las aeronaves robóticas no tripuladas a lo largo de su existencia. En la Figura 1 se representa gráficamente la cronología de dichos nombres. Merece la pena prestar atención al último de los acrónimos recogido en la Fig. 1, que es el de RPAS. en el año 2011 la organización de Aviación civil Internacional, organismo especializado de naciones unidas para la aviación civil y del cual España forma parte al haber suscrito el Convenio de Chicago de 1944, publicó su Circular 328 en la cual por vez primera reconoce a las aeronaves no tripuladas como aeronaves, con todo lo que ello trae consigo, y de entre todas las posibles tipologías escoge a las que se pilotan de manera remota para ser consideradas como aptas para la aviación civil, y no otros tipos (como podrían ser las autónomas). Así se han acuñado los términos que a continuación se detallan, y que tienen hoy en día una validez y aplicación internacional y casi única en todos los ámbitos. estos términos son:

• Aeronave pilotada remotamente (Remotely-Piloted Aircraft, RPA): una aeronave en la que el piloto al mando no está a bordo;

• Sistema de aeronave pilotada remotamente (Remotely-Piloted Aircraft System, RPAS): un conjunto de elementos configurables formado por un RPA, su estación de pilotaje remoto asociada (RPS – Remote Pilot Station), el sistema requerido de enlace de mando y control y cualquier otro elemento requerido en cualquier punto durante la operación del vuelo.

El resto de los acrónimos no definidos se corresponden con:

  • UMA= Unmanned Aircraft; Apv = AutomaticallyPiloted Vehicle;
  • UTA = Unmanned Tactical Aircraft;
  • UCAV = Unmanned Combat Air Vehicle;
  • ROA =Remotely Operated Aircraft.

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La definición del JP 1-02 recogida anteriormente está basada en qué es y no es un UAV y qué hace. Aunque las aeronaves no tripuladas han llevado a cabo operaciones comerciales tan variadas como agricultura de precisión o cinematografía, su uso militar se ha concentrado abrumadoramente en una aplicación: reconocimiento. De manera que el término UAV o UAS (sistemas de aeronaves no tripulados; unmanned aerial system) se ha convertido virtualmente en un sinónimo de dicha aplicación.

Los pioneros

Los europeos fueron los primeros en desarrollar los principios de la aeronáutica y, al tratar de aplicarlos a aeronaves viables, volaron modelos no tripulados que podrían ser considerados los primeros vehículos aéreos no tripulados de la historia. pioneros de la aviación en diversos países de todo el mundo siguieron una progresión común, de los planeadores a los aviones propulsados no tripulados, y de los vuelos no tripulados a los tripulados, como se muestra en la Tabla 1.1. Su barrera tecnológica fue el no disponer de un motor con suficiente relación potencia-peso con el que sus diseños pudieran mantenerse en vuelo. Los ingenieros norteamericanos, preocupados con el diseño de mejores medios de transporte terrestre para la conquista de su continente, eran unos recién llegados a la aviación, pero el ingenio de los hermanos Wright y su mecánico, Charles Taylor, con motor de 12 caballos de potencia y 80 kg de peso, les proporcionaron los medios para ser los primeros en realizar un vuelo tripulado con un avión propulsado. Al igual que en los Estados Unidos, fue la Segunda Mundial la que estimuló el desarrollo y el uso en Europa de aviones blanco no tripulados y vehículos aéreos no tripulados de reconocimiento.

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Tabla 1.1. Primeros vuelos sostenidos conocidos en diversas naciones.

Por otro lado, además de la constatación de las experiencias de los pioneros a la hora de poner en vuelo modelos tripulados o no tripulados, también nos interesa el nacimiento del concepto de un vehículo, aéreo o no, que no llevase ningún humano a bordo. Por eso no podemos no citar el vaticinio de Nikola Tesla, el cual durante un discurso pronunciado en una cena en el hotel Waldorf Astoria en 1908, mostró su opinión de que el futuro de la aviación pertenecería a los dirigibles (las hazañas del conde zeppelín llenaban las portadas de los periódicos en aquellas fechas) y que las aeronaves más pesadas que el aire se demostrarían poco prácticas a largo plazo. dicha afirmación resulta absurda desde la perspectiva actual pero no era tan descabellada si es examinada en el contexto de la época. hay que tener en cuenta que los dirigibles, y no los aviones, bombardearon Inglaterra ocho años más tarde y que los dirigibles inauguraron los vuelos de pasajeros a través del Atlántico en los años 20.

La evolución comercial de los aviones está muy lejos de la opinión de Tesla, el cual, sin embargo, fue el «padre» de los misiles crucero y del concepto de la aviación no tripulada. hay que recordar que en 1898 inventó el «Telautomaton»: un artefacto naval capaz de avanzar, pararse, ir a derecha o izquierda y hacer pestañear sus luces mientras enviaba diferentes frecuencias de radio, que rápidamente fue olvidado. En 1912 el invento resurgió brevemente en forma de prototipo de torpedo radio-controlado. No obstante, Tesla no fue la única persona en perseguir la idea de armas controladas remotamente. en 1888, el inventor irlandés Louis Brennan demostró ser capaz de pilotar, de manera remota mediante un cable, un torpedo por el rio Medway (Inglaterra). posteriormente, en 1908, el oficial de artillería francés René Lorin propuso una bomba volante propulsada por chorro, similar al futuro V-1 alemán, que podría ser controlada por radio.

Misiles crucero

Durante la primera Guerra Mundial, la aviación convencional progresó con gran rapidez, mientras que la no tripulada se veía frenada por falta de desarrollo tecnológico. Las barreras estaban en los problemas de estabilización automática, control remoto y navegación autónoma. Elmer Ambrose Sperry fue la primera persona en solucionar todos estos problemas en una aeronave no tripulada viable. Elmer Sperry realizó unas experiencias exitosas con giróscopos para aplicaciones marítimas, que le llevaron a desarrollar un giroestabilizador para un avión en 1909, que era demasiado pesado y con un comportamiento mediocre.

Apoyado por el pionero de la aviación, Glenn hammond curtiss, mejoró su invento, que fue de nuevo probado en 1911. El sistema era mucho más pequeño, y permitía control del avión en los tres ejes, acoplándolo a los controles del avión mediante servomotores. En 1914 ganó un premio en una exhibición en Francia incluyendo al anterior invento, un primitivo horizonte artificial.

En 1915 Sperry fue contactado por el inventor de sistemas de iluminación eléctrica, Peter Cooper Hewitt, para retomar las ideas de tesla usando como base el dispositivo ideado por Sperry. En 1916 se llevó a cabo la primera demostración del dispositivo de Sperry para guiar un avión convencional, el Hewitt-Sperry Automatic Airplane, cuyo piloto despegaba antes de enganchar el autopiloto. después el avión volaba un trayecto programado y picaba. El piloto recuperaba el avión en dicho momento y regresaba al aeródromo. En 1917 la US Navy financió la idea y entregó cinco hidroaviones Curtiss N-9 para llevar a cabo la experiencia.

En paralelo la compañía curtiss Aeroplane and Motor company se embarcó en la fabricación de células de vuelo para torpedos aéreos no tripulados, entregando los seis primeros Speed Scout a finales de 1917. el primer vuelo controlado con éxito de una aeronave no tripulada tuvo, por fin, lugar el 6 de marzo de 1918, 14 años después de los hermanos Wright. en octubre de 1918 se le equipó con catapulta. el torpedo aéreo de Sperry era un bombardero biplano no tripulado de madera, con un peso de sólo 270 kg, incluyendo 136 kg carga explosiva e impulsado por un motor Ford de 40 caballos de fuerza. El método de guiado del torpedo aéreo hacia su objetivo era primitivo pero ingenioso. una vez conocido el viento y la distancia al objetivo, se calculaban las revoluciones de motor necesarias para alcanzar el blanco. el avión se controlaba con un giróscopo simple y disponía de un barómetro aneroide. una vez alcanzadas las revoluciones calculadas, se desprendían las alas del fuselaje, dejando caer este sobre el objetivo.

Los primeros sistemas fueron desarrollados como armamento de largo alcance (los precursores de los misiles de crucero de hoy en día) en dispositivos tales como el torpedo aéreo de EE.UU. de 1917 que acabamos de comentar, el torpedo aéreo Liberty Eagle, más conocido como «Bug» de Kettering en 1918 y el blanco aéreo británico «A.T.» (Aerial Target) comenzado en 1914. el «Kettering bug» era un biplano más ligero diseñado para transportar una carga explosiva de 82 kg, y actuaba de manera semejante al torpedo de Sperry. por otro lado, el A.T. británico era un monoplano sin piloto controlado por radio alimentado por un motor de 35 HP de potencia El concepto de los vehículos A.T. sirvió para demostrar la viabilidad de utilizar señales de radio como sistema de guiado para volar a la aeronave a su destino.

Sin embargo ninguno de estos dispositivos se desarrollaron satisfactoriamente como para ser utilizados con fines militares antes del final de la I Guerra Mundial. no obstante, marcaron el comienzo de una nueva tecnología, aunque los sistemas de guiado fueran burdos y poco fiables.

Durante la década de 1920 se reavivó el interés en Gran Bretaña sobre los sistemas no tripulados, especialmente por parte de la Royal Navy. Así se desarrolló un avión monoplano capaz de llevar una carga de guerra de 114 kg, a una distancia de 480 km que hizo su primer vuelo en 1927. Llevaba un motor Armstrong-Siddeley Lynx de 200 hp y recibió el nombre de LARNYX (long-range gun with Lynx engine). Este avión llevaba un sistema de radio-control para los primeros momentos pero luego volaba un plan de vuelo especificado. Se construyeron doce unidades, de las cuales solo 5 fueron equipadas con carga militar y ensayadas en el desierto de Irak.

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Los sistemas en la 2º Guerra mundial

Gran Bretaña decidió abandonar el desarrollo de misiles crucero y se pasó al campo de los blancos aéreos con control completo por radio a pesar de lo limitado de su alcance. para ello comenzaron haciendo pruebas sobre un modelo de Fairey pero, entre 1934 y 1943, pasaron a construir cuatrocientos veinte modelos radiocontrolados de un nuevo blanco llamado «Queen bee», destinados a su uso por parte de la Armada y del ejército de tierra. el Queen bee era una versión del avión de madera del De Havilland Tiger Moth. Fundamentalmente se utilizaron para la formación y el entrenamiento de las fuerzas de artillería de ambos ejércitos durante la Segunda Guerra Mundial.

En paralelo en los EE.UU. se desarrolló el RP4, de Radioplane Company, que se produjo a millares como sistema de entrenamiento de las fuerzas armadas de los EE.UU. durante el conflicto. A través de estos aviones, se fue desarrollado de manera temprana la tecnología y el uso de control remoto por radio.

No obstante el concepto de los misiles crucero fue revisitado por la Alemania nazi con el «V1 Vengeance Weapon», que fue el primer misil crucero equipado con motor de reacción. El sistema de guiado era sólo un poco mejor que en dispositivos anteriores. Se basaba en un sistema barométrico para regular velocidad y altura, y un anemómetro usado para estimar la distancia recorrida. Sus puntos de lanzamiento se situaban en los Países Bajos y sus objetivos, en el sur de Inglaterra.

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La década de los 50

En la posguerra, la compañía Radioplane, más adelante Northrop, desarrolló con éxito una serie de blancos aéreos no tripulados llamados «Falconer» o «Shelduck». estos continuaron en producción hasta los años 80, adoptando sistemas de radio-control cada vez más evolucionados. Finalmente recibieron la designación BTT (Basic Training Target) y se produjeron en cantidades mucho mayores que cualquier otro blanco aéreo propulsado con motor alternativo.

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Otra aplicación relevante desarrollada durante esta época fue la de señuelos antiradar. Los sistemas «Crossbows» fueron desarrollados con tal fin. eran lanzados desde bombarderos, tales como el B-47, y lanzados con el objetivo de confundir a los sistemas radar enemigos. eran radiocontrolados y se dirigían desde el avión lanzador mediante imágenes de video.

La década de los 60. La Guerra Fría

Con la llegada de los aviones militares con sistemas de propulsión a reacción, en esta época se desarrollaron blancos más rápidos y de mayor alcance, como el «Ryan Firebee» (más tarde llamado Teledyne-Ryan), cuyo programa había comenzado a finales de la década de los 50. estos luego se modificaron para llevar bombas para su liberación en objetivos terrestres.

Posteriormente el Firebee, al igual que otros UAV de la época, fueron equipado con cámaras para misiones de reconocimiento sobre territorio enemigo. Estas aeronaves operaban a grandes altitudes, donde el control de radio en línea de vista desde una estación de control en tierra era posible, o a altitudes más bajas controladas desde una aeronave tripulada tipo «stand-off». Las fotografías eran reveladas en la base, cuando el UAV retornaba. estos «intrusos» eran menos fáciles de detectar y menos fáciles de derribar que los aviones de reconocimiento tripulados y, adicionalmente, no darían lugar a incidentes diplomáticos relacionados con la captura de un piloto humano.

El Firebee se podía lanzar desde tierra con un motor cohete, o desde el aire desde un avión tripulado, como el Lockheed C130 Hercules. Se recuperaban con un paracaídas desplegado al regresar a una zona adecuada para el aterrizaje. otras variantes del Firebee fueron adaptadas para dispensar paja con el fin de confundir a los sistemas de radar. Hubo una evolución significativa del Firebee lo largo de muchos años. Los diversos tipos, incluso uno con capacidad de alcanzar velocidad supersónica, recibieron una plétora de denominaciones y algunos permanecen en servicio en la actualidad después de haber sido equipados con sistemas de navegación basada en GPS y otros sensores avanzados. De los sistemas Firebee se fabricaron un número considerable de unidades y, aunque no fue configurado inicialmente como un verdadero UAS como se les conoce hoy en día, han contribuido considerablemente al desarrollo de la tecnología UAS.

El Northrop «Chukar» es también un blanco equipado con motor tipo turborreactor comenzado a construir en esta década, pero mucho menor y más ligero que el Firebee. Su versión Mk.2, de los 70, ya incorporó un autopiloto avanzado para operaciones más allá de línea de vista (Beyond Line-of-Sight, BLOS). Algunos también incorporaron buscadores de radiación y cabezas de guerra anti-radar.

Finalmente, el helicóptero DASH (Drone Anti-Submarine Helicopter) fue probablemente el primer UAV «de campo de batalla» de los EE.UU. Fue un diseño dedicado, y no un desarrollo de sistema blanco. Su objetivo de diseño era el volar desde las fragatas de la Marina Estadounidense y transportar torpedos o cargas nucleares para atacar a los submarinos enemigos que estuvieran fuera del alcance de las otras armas de la embarcación. en términos de sistema de control, era un paso atrás al no incorporar ni autopiloto ni sensores, siendo simplemente radiocontrolados. Sin embargo introduce una nueva misión y es la primera vez en usarse una aeronave de ala giratoria como UAV. Muchos de ellos se perdieron, al caer al mar y el programa se hizo conocido como «splash-DASH-a-day». posiblemente estas pérdidas podrían haberse evitado si hubiera sido equipado con un sistema de piloto automático actual.

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Los años 70 y el auge de las misiones de reconocimiento

Esta década va a ver la introducción de varios UAS diseñados para misiones de reconocimiento y vigilancia tanto de corto alcance, como de largo alcance y elevada altitud. Con la presión de la intensificación de la Guerra Fría, estos sistemas se fueron haciendo más sofisticados tanto en los requisitos de misión como en la seguridad de sus comunicaciones.

Uno de estos sistemas, de corto alcance, fue el Lockheed Aquila. Las capacidades de misión del Aquila habrían proporcionado un activo muy valioso si se hubiera logrado, pero era probablemente demasiado ambicioso para la tecnología vigente en ese momento. estaba diseñado como un avión pequeño con una hélice impulsada por un motor alternativo y con una construcción modular, transportable por cuatro soldados. Se les entregaría a las unidades de tierra que tendrían información del campo de batalla en tiempo real, proporcionada por el UAV mediante una señal de video, y que les daría información sobre las fuerzas enemigas situadas más allá de la línea de visión de los observadores terrestres. el proyecto del Aquila incluía que fuera capaz de volar mediante un autopiloto, llevar sensores para localizar e identificar los objetivos enemigos de día o de noche, utilizar un láser para designar a los objetivos para la artillería, proporcionar un ajuste convencional de la caída de tipo de la artillería, y sobrevivir a las defensas aéreas soviéticas.

El logro de la expectativa de supervivencia hubiera requerido el desarrollo de un enlace de comunicaciones seguro, resistente a las interferencias. Por otro lado la navegación se hubiera llevado a cabo mediante radio-seguimiento del UAV desde la estación de control en tierra, la cual sólo habría operado la aeronave en ocasiones puntuales con el fin de actualizar la posición estimada por el autopiloto.

El problema era que, a pesar de que la estructura del avión podría haber sido construida con la tecnología disponible, las implicaciones de montarla y utilizarla como un sistema completo no se comprendieron completamente. Las tecnologías de los subsistemas necesarios para la integración satisfactoria en el tamaño especificado de fuselaje no se habían desarrollado. En el intento de desarrollarlos tardíamente se encontró que los subsistemas eran demasiado pesados, demasiado grandes, consumían una potencia excesiva o sufrían de interferencia mutua. Por ejemplo, el uso de un enlace seguro, que probablemente utilizó la técnica de espectro distribuido todavía incipiente, degradaba la calidad del vídeo, lo que interfería con la capacidad de identificación del objetivo.

El avión se lanzaba, con éxito, desde una catapulta accionada hidráulicamente. Sin embargo, otro problema fue provocado por la decisión de recuperar la aeronave a través de su captura en una red tendida entre dos postes verticales. La precisión del guiado requerido para lograr esto de manera fiable no estaba disponible y se destruyeron muchos aviones durante el programa de pruebas. Para condiciones de emergencia durante el vuelo, se desplegaba un paracaídas que hacía bajar la aeronave en actitud invertida, lo cual aunque no causaba daños a la carga de pago, sí dañaba irreparablemente la estructura del avión.

Aunque se entiende que logró demostrar de manera exitosa su capacidad de vigilancia y de designación láser de objetivos, no se alcanzó con un nivel aceptable de fiabilidad. Trabajar para lograr una solución fiable del sistema se llevó a cabo en los años 80, con un gasto considerable que finalmente desembocó en la cancelación del proyecto. Quizás un programa menos exigente podría haber dado lugar al desarrollo de un sistema en servicio útil, limitado en alcance y para misiones de reconocimiento y vigilancia. Podría entonces haberse añadido posteriormente otros equipos de misión, y haber extendido su alcance, según se dispusiera de las tecnologías.

Un sistema semejante, pero menos ambicioso, fue el belga MBLE Epervier, que se comenzó a desarrollar en 1960 y estuvo en servicio operacional hasta finales de los años 70. Estaba equipado con un pequeño turborreactor, se lanzaba desde una rampa con un cohete y se recogía con un paracaídas. El MBLE Epervier volaba su perfil de vuelo mediante un autopiloto pre-programado asistido por enlace radio. Las cargas de pago consistían en cámaras diurnas o escáneres infrarrojos. Los datos se grababan a bordo y luego se procesaban en la estación de tierra, a su regreso.

Por otro lado, el UAS HALE (High Altitude – Long Endurance; elevada altitud y gran autonomía) Boeing Gull fue el ganador, en 1971, de la competición Compass Cope de la Fuerza Aérea de Estados Unidos para el desarrollo de un sistema HALE de reconocimiento. el objetivo del programa era alcanzar los 16770 m de altitud, una autonomía de 20 horas transportando una carga de pago de 680 kg. Dicha carga de pago incluía equipamiento para reconocimiento fotográfico, relé de comunicaciones e inteligencia de señales (SIGINT; Signal Intelligence) en un alcance de 300 km día y noche, y en todas las condiciones climáticas.

El prototipo fue puesto en vuelo manualmente bajo el control directo de radio, pero los sistemas de producción fueron diseñados para poder efectuar despegues y aterrizajes automáticos, con control de misión basado en piloto automático. desafortunadamente el programa se canceló en 1977 al no desarrollarse satisfactoriamente las cargas de pago. hubo que esperar más de diez años para que se intentase desarrollar otro sistema de este tipo, el cual pudo contar con una tecnología más avanzada, particularmente con la capacidad de utilización del GPS para la navegación autónoma.

En épocas anteriores, se había convertido en una preocupación el hecho de que la desaparición o cancelación de los diferentes programas de UAV se había debido, en gran medida, a los accidentes en el lanzamiento y, más aún, en la recuperación. el fabricante Westland y otros estaban considerando el uso de UAV de despegue vertical para las operaciones muy corto alcance. el sistema Westland Wisp fue diseñado en respuesta a un requisito de Ministerio de Defensa del Reino Unido con un requisito especial de que el sistema fuera de muy corto alcance. utilizaba un sencillo piloto automático basado en giróscopos para la estabilidad y se operaba manualmente por radio-control en línea de vista. estaba equipado con una cámara de tv diurna que enviaba imágenes en tiempo real al operador. también fue notable en la adopción, por primera vez, de una configuración de rotores coaxiales. Tres de estas aeronaves llegaron a volar y, además de resolver los problemas de lanzamiento y recuperación, dieron una idea de las ventajas que supone tener capacidad de vuelo a punto fijo durante las misiones de vigilancia.

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Los años 80 y la expasión internacional de los RPAS

La serie Canadair CL-89 y CL-289 son diferentes aeronaves de un sistema de vigilancia cuya aplicación ha abarcado varias décadas. Su desarrollo comenzó en los 60’s, operaron de forma preliminar en los años setenta, se avanzó en su diseño mejorado en los ochenta y entraron en servicio con este rediseño en los noventas. Han estado en servicio hasta el año 2000.

El sistema original, CL-89, se desarrolló para proporcionar inteligencia visual sobre el territorio enemigo en diferido con un radio operativo de 70 km. UAV se lanzaba con un motor cohete de combustible sólido desde una rampa y se recuperaba con un paracaídas y un airbag. Para la observación diurna estaba equipado con una cámara convencional más una cámara de infrarrojos de barrido lineal y para la nocturna, únicamente la cámara infrarroja. Uno de los principales requisitos de diseño era su supervivencia frente a los sistemas defensivos potencialmente sofisticados del enemigo; por ello se diseñó con un diámetro reducido (0,33 m), alas de 0,94 m de envergadura y una elevada velocidad (740 km/h) que lo hacían difícilmente detectable. el guiado se llevaba a cabo mediante la pre-programación de un autopiloto basado en giróscopos verticales y direccionales junto con la información de altímetros y anemómetros barométricos.

El modelo avanzado, el CL-289, tenía un fuselaje ampliado (0,38 m de diámetro, envergadura alar de 1,32 m, y peso máximo de 240 kg) y llegaba a un radio de acción operativo de 200 km. Transportaban un transmisor de video que podía enviar imágenes en tiempo real a la estación de control en tierra, estando a 70 km de la base.

En la década de los 2000 se le añadió un sistema de navegación más precisa basada en GPS, que le permitía volar siguiendo más de cerca el terreno, y un radar de apertura sintética para operación en cualquier condición meteorológica.

En el campo de los vehículos de ala giratoria, los años 80 fueron testigo de más avances en el área del reconocimiento de muy corto alcance y la vigilancia. El Canadair CL-227 Sentinel adoptó una configuración axilsimétrica, que recuerda al modelo Westland anterior. Las primeras versiones transportaban cámaras de video estabilizadas, que fueron sustituidas por cámaras de TV. Asimismo en las versiones avanzadas, se sustituyó el motor alternativo Wankel por un turboeje Williams.

A finales de los años ochenta, la Fase III ya incorporó sensores infrarrojos. La última versión de 1996, llamada puma, tiene un motor más potente y se equipó con GPS. Además abandonó la configuración de planta axilsimétrica, con carenados aerodinámicos añadidos al fuselaje por encima y por debajo de los rotores.

Los siguientes desarrollos de Canadair fueron dos configuraciones, la CL-327 Tutor que volvió a la configuración axilsimétrica y la cL-427, que conserva una forma aerodinámica. Ambos tipos eran de mayor peso máximo (350 kg) con rotores más grandes y motores más potentes que los modelos Sentinel, con el fin de aumentar su alcance y autonomía para la operación naval. Aunque se demostraron lanzamientos y recuperaciones con éxito desde la cubierta de buques, el desarrollo se interrumpió a finales de 1999.

Por otro lado, los ejércitos buscaban en aquellos momentos ser capaces de extender las operaciones ISTAR en tiempo real con UAS a mayores alcances (el orden de 100 km). Para ello era necesario mejorar la precisión y fiabilidad de los sistemas de control de vuelo. con tal fin se desarrollaron varios modelos de UAS de corto y medio alcance, de los cuales el IAI Scout se puede considerar el primero en utilizar la hoy en día conocida configuración con doble cono de cola y hélice impulsora.

Este sistema, junto con el modelo similar Tadiran Mastif, d ieron lugar al IAI (Mazlat) Pioneer, que ha estado en servicio tanto en Israel como en EE.UU. hasta mediados de los años 2000.

Todos estos modelos utilizaban un sistema de navegación y control giro-estabilizado en tres ejes basado en un AFCS (Autonomous Flight Control System; sistema autónomo de control de vuelo) computerizado, y un doble canal de enlace seguro.

El desarrollo en paralelo de cargas de pago con sensores cada vez más sofisticados abrió el campo para otras posibles misiones, incluyendo las de guerra electrónica, designación láser, relé de comunicaciones y otras más, además de las cámaras de TV e infrarrojas. La mayor precisión de la navegación y el guiado también permitió la recuperación más fiable en redes instaladas en tierra, aunque la recuperación en los barcos todavía presenta algunos problemas para los aviones de ala fija.

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Los años 90. El desarrollo de las grandes plataformas

La mayor disponibilidad del sistema de posicionamiento global (Global Positioning System; GPS) y de las comunicaciones satélite liberó a los UAS de operar dentro del alcance de la señal de radio y de los sistemas de navegación inexactos basados en giróscopos y datos de aire. De esta forma, junto con los sistemas digitales de control de vuelo (Digital Flight Control System; DFCS), el alcance y la precisión de la navegación mejoraron apreciablemente. Como resultado se desarrollaron sistemas de medio y largo alcance. Los primeros caracterizados por el Seeker de Denel y los últimos por el Gnat de General Atomics.

El Gnat, propulsado por un motor alternativo, se considera el precursor de los actuales sistemas de media altitud/gran autonomía (Medium Altitude Long Endurance; MALE) y elevada altitud/gran autonomía (High Altitude Long Endurance; HALE). Sus actividades operacionales comenzaron a mediados de los años noventa sobre Bosnia y Croacia en tareas de reconocimiento con sensores EO/IR (visible e infrarrojo) y, más tarde, con equipamiento SIGINT. el sistema ha conocido versiones posteriores (A, B y C). Las experiencias con el Gnat pavimentaron el camino para la llegada, a finales de esta década, del MALE UAS Predator y del HALE Global Hawk de Northrop-Grumman, en la década siguiente.

Las operaciones con el Gnat, y las primeras de Predator, permitieron llevar a cabo misiones de reconocimiento a mayores altitudes que en el pasado, lo cual ofrecía protección ante posibles detecciones y fuego desde tierra. Sin embargo al no ser capaces de detectar a través de las nubes con los sensores eo/Ir que les equipaban, eso les obligaba a tener que descender y ser más vulnerables. este problema se empezó a solucionar con la instalación de radares de apertura sintética (SAR).

Esta década también fue testigo del desarrollo e introducción en Japón del primer modelo de producción a gran escala de un VTOL (Vertical Take-Off and Landing; aeronave de despegue y aterrizaje vertical): el Yamaha R50, y su modelo mayor, el R.Max. este sistema ha sido muy usado para la siembra de campos de arroz y la fumigación, y ha sido un éxito no sólo por su eficacia en su misión sino también por la colaboración con las autoridades reguladoras, las cuales han facilitado su puesta en operación. Aproximadamente se han llegado a fabricar unos 1.500 sistemas hasta la fecha.

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La década de los 2000. Entramos en el siglo XXI

Para poder transportar radares de apertura sintética, SAR, a cada vez mayores distancias hacían falta aumentar el alcance y la autonomía de las plataformas existentes, lo cual obligó a desarrollar UAS cada vez más grandes y pesados. de esta forma apareció el modelo Predator B, equipado ya con un motor turbohélice, y el mayor aún y de mayor altitud, Global Hawk, con un motor turbofan.

Esta década ha presenciado el incremento en el uso militar de los sistemas no tripulados. Algunos sistemas, en particular el General Atomics Predator, el Northrop Global Hawk y el Scan Eagle de Boeing/InSitu, han acumulado cientos de miles horas en comparación con sólo miles en las décadas anteriores.

Por otro lado, las operaciones civiles, aunque potencialmente más diversas que las militares, no han llegado aún a dar frutos debido a la dificultad existente para asegurar la separación entre las aeronaves tripuladas y las no tripuladas.

Otro paso adelante llevado a cabo en esta década fue la constatación de que, cuando las misiones de reconocimiento militar detectaban la existencia de fuerzas enemigas contra las que era necesario atacar, para cuando era posible organizar un ataque terrestre, la fuerza enemiga se había trasladado a una posición menos favorable para el ataque. Así, algunos de UAV de medio y largo alcance fueron modificados para llevar armamento para una respuesta inmediata. Un ejemplo de lo anterior es la versión posterior del Predator B, alargada y más fuertemente armada conocida como Reaper, que se muestra en la Figura siguiente como un ejemplo más del potencial de los UAS con los avances tecnológicos, tenemos asimismo la versión Predator C, que viene a competir con el Global Hawk, ofreciendo ya una cierta capacidad de indetectabilidad al radar (stealth).

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Esta evolución se muestra gráficamente en la Tabla 1.2, que muestra tres pasos en el desarrollo de los Predator de la versión A de 1994 a la última versión C, que, además de llevar los sensores de búsqueda de sus predecesores, ofrece una mayor velocidad en altitudes de tipo HALE, y es capaz de albergar su armamento internamente para mantener sus características de indetectabilidad.

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Hay una propuesta de la NASA para la adquisición de Global Hawks para llevar a cabo campañas de muestreo y análisis de las capas altas de la atmósfera en todo el planeta, junto con la obtención de información para su uso en la predicción del tiempo. A largo plazo se espera que esta actividad que sea llevada a cabo por la evolución del UAS Zephyr, las primeras versiones del cual han demostrado, a lo largo de esta década, la capacidad de esta aeronave para desarrollar misiones a gran altura y con gran autonomía. Los planes actuales de la NASA y Qinetiq son extender su altura de operación aún más y su autonomía a un vuelo continuo durante 6 meses, descendiendo sólo para tareas de mantenimiento. también aumentaría su capacidad de carga útil para permitir el transporte de los equipos de muestreo atmosférico.

Otras líneas de avance son las que tratan de aumentar la automatización, reduciendo la carga de trabajo y los errores de las tripulaciones en tierra así como el ancho de banda de radio que se requieran para el control y la transmisión de datos. Es el caso de los trabajos de BAE Systems sobre el UAS Herti. La elevada autonomía del Herti, de 24 horas, es el resultado de una combinación de un motor de bajo consumo de combustible y el requisito de baja potencia a baja velocidad a través del uso de alas de baja resistencia aerodinámica y elevada envergadura derivadas de un planeador. Con la potencia adecuada, el UAV tiene el potencial de superar considerablemente los teóricos 6.000 m de altitud ya que opera con su peso máximo con una carga por unidad de envergadura muy baja (0,39 kN/m, que se pueden comparar con los 3,23 kN/m de Global Hawk y el valor extremadamente bajo de 0,018 kN/m del estratosférico Zephyr). por tanto, el UAS Herti, ofrece una capacidad muy amplia como herramienta de investigación que, con su carga útil de 150 kg, puede llevar a bordo una serie de equipos que pueden ser utilizados para evaluar cuestiones tales como la automatización, los futuros sistemas «sense and avoid», mejoras en los sensores y las comunicaciones, etc.. También existe la posibilidad de que pudiera entrar en servicio como una estación de vigilancia persistente, de baja velocidad.

Por otro lado, sigue habiendo un gran interés en los sistemas de despegue/aterrizaje vertical (Vertical Take-Off and Landing; VTOL), debido a una serie de ventajas sobre sus competidores de ala fija de menor alcance, relativas a cuestiones como su facilidad de uso en labores de vigilancia e identificación así como la simplicidad de lanzamiento y recuperación, lo que resulta en menos equipos de apoyo y las tasas de pérdida inferiores.

Las estadísticas de operación de aeronaves no tripuladas de despegue/aterrizaje horizontal (Horizontal Take-Off and Landing; HTOL) revelaron que, de 98 incidentes que dieron lugar a daño significativo o total en una flota de UAS Global Hawk, Hunter, Pioneer, Predator y Shadow entre Julio de 199l y Diciembre de 2001, alrededor del 40% se produjo durante el lanzamiento o la recuperación. La adquisición de 100 unidades del Schiebel Camcopter S-100 alemán por parte de las fuerzas armadas de Arabia Saudí, dan buena muestra de ello. Además de otros modelos de UAS VTOL, hay aeronaves en fase de desarrollo en otros países, como por ejemplo el BUAA M-22 chino, que también adopta la configuración de axilsimétrica.

Otro desarrollo interesante en este período ha sido el Boeing/Insitu Scan Eagle. Esta aeronave con configuración ala volante, se lanza con una catapulta, y se recupera mediante un gancho fijado a la aeronave que ha de trabar una cuerda, que está suspendida de una pértiga. La empresa presume de haber logrado más de 100.000 recuperaciones exitosas mediante este método que, de alguna manera, alivian los problemas de recuperación de los UAS HTOL. Sin embargo, la técnica está limitada probablemente a UAS ligeros y, aunque probado por la Marina de los EE.UU. con éxito, esta fuerza armada continúa favoreciendo la introducción de otras aeronaves VTOL, como por ejemplo el UAS Northrop Grumman-FireScout, para un uso más generalizado.

historia y drones

Tabla 1.2. principales características de los UAS Predator A, B y C.

Más allá del 2010

El mercado militar de los RPAS ha mostrado una tendencia positiva desde el final de la Guerra Fría (1990) y se espera que se acelere en las primeras décadas del siglo XXI. Este hecho ha venido impulsado por la actividad de los EE.UU. en diversos conflictos desde entonces. Al mismo tiempo el tamaño del ejército de estados unidos ha ido evolucionando en el mismo período, avivando el deseo de una mayor dependencia de la robótica. La tendencia comercial en el mercado de la robótica está también en constante crecimiento, aunque no tan fuerte. La tecnología está apoyando estas tendencias, con la disponibilidad de microprocesadores cada vez más baratos y capaces que fomentan esto desarrollos. Los principales obstáculos para la continuación de esta tendencia son la cantidad (y el coste) del software involucrado y la barrera de fabricación de dichos chips, en cantidad y calidad suficientes.

Los retos a abordar en el futuro próximo van a venir de la mano del adecuado desarrollo e implementación de los siguientes aspectos:

• Nuevas tecnologías: nuevos materiales, configuraciones y actuación bio-mimética, operación completamente autónoma, capacidad de «ver y evitar», etc.

• Nuevos «roles»: evolución de las misiones semejantes a las de las aeronaves tripuladas hacia misiones completamente nuevas, que no han sido nunca llevadas a cabo por ningún otro tipo de avión. un ejemplo de las primeras es el transporte aéreo robótico de carga, y con el tiempo de pasajeros, y de las últimas, la lucha contra el terrorismo.

• Nuevos retos: para desarrollar aún más la aviación no tripulada, y específicamente las aeronaves no tripuladas, se necesita una mayor fiabilidad, un marco regulatorio apropiado de y una cartera de pedidos estable; en ese orden. La fiabilidad de los UAV es de vital importancia, ya que subyace en su asequibilidad (un problema de adquisición), la disponibilidad de sus misiones (aspectos relacionados con las operaciones y la logística), y su integración en el espacio aéreo civil no segregado (un problema regulatorio). Las tasas de accidentes de UAV militares actualmente son uno o dos órdenes de magnitud peores que las de los aviones militares tripulados y otro orden de magnitud inferior a la de aviones de transporte comercial. La mejora de la fiabilidad es, por tanto, clave para mejorar la asequibilidad, disponibilidad, y aceptación de las aeronaves no tripuladas.

Referencias

• AUSTIN, R. (2010): «Unmanned Aircraft Systems. UAVS Design, Development and Deployement». John Wiley & Sons Ltd. Chichestser (Reino Unido).

• INTERNATIONAL CIVIL AVIATION ORGANIZATION( 2011): « Unmanned Aircraft Systems (UAS)». Circular 328, AN/190.

• NEWCOME, L. R. (2004): «Unmanned Aviation. A Brief History of Unmanned Aerial Vehicles». American Insitute of Aeronautics and Astronautics. Reston, Virginia (EE.UU.).

• VALAVANIS, K. P. y VACHTSEVANOS, G. J. Editores (2015): «Handbook of Unmanned Aerial Vehicles». Springer Science+business Media. Dordrecht (Holanda).

Entrada: Origen y desarrollo de los drones

Cristina Cuerno Rejado

E.T.S.I. Aeronáuticos

Universidad Politécnica de Madrid