Partes de un sistema aéreo no tripulado (UAS)

Partes de un sistema aéreo no tripulado (UAS).

Partes de un sistema aéreo no tripulado (UAS).

Si ya has visitado nuestro artículo sobre los tipos de drones, seguramente te preguntarás las diferencias que puedan existir entre un tipo de vehículo y otro más allá de su propio diseño aerodinámico. Ahí es donde entra lo que se llama «partes de un sistema aéreo no tripulado».

Difícilmente cubrirán el mismo tipo de necesidad un dron de tipo ala fija que un multirrotor, por lo que se hace necesario comprender que los tres elementos principales de un sistema aéreo no tripulado (plataforma, estación de tierra y enlace de datos) deben ser de una configuración acorde a la tarea a desempeñar.

En este artículo tratamos de manera sencilla los principales componentes a tener en cuenta en cada una de las partes de un sistema aéreo no tripulado, también llamado «UAS» (Unmanned Aerial System). Iremos desarrollando nuevos artículos en los que profundizaremos con mayor detalle en cada uno de los conceptos de los que vamos a tratar ahora, por lo que si deseas que te avisemos en cuanto los tengamos preparados, te invitamos a suscribirte a nuestra newsletter.

 

Plataforma

Se refiere a todo el conjunto de elementos que componen «lo que vuela»: desde la propia aeronave hasta las cámaras que pueda llevar, radares, unidades de control y otros componentes.

Plataforma.

Partes de un sistema aéreo no tripulado: Plataforma

Se ha de tener en cuenta el tipo de plataforma a utilizar en base a la misión a realizar. Ello es debido a que, por ejemplo, será mucho menos eficiente e incluso contraproducente utilizar un multirrotor para mapear una gran extensión de terreno en vez de utilizar un ala fija o ala volante.

También entra en juego la posibilidad de incluir sistemas de posicionamiento GPS preciso (RTK o PPK), lo cual ayuda a una mejor toma de fotografías y mapeo del terreno. También hace posible que el dron pueda realizar tareas en modo automático con un margen de error de centímetros.

En un futuro cercano, tal y como explicamos en algunos artículos sobre la gestión del espacio aéreo no tripulado, también tendrán una gran importancia sensores tales como radares y transpondedores, los cuales pueden hacer posible la evasión automática de obstáculos durante el vuelo.

Sin ánimo de querer profundizar más en este apartado (pues para ello publicaremos próximamente el artículo «Partes de un dron») consideramos importante destacar el método de propulsión de la aeronave. De ello depende la capacidad de carga y tiempo de vuelo de una plataforma, cuestión clave para poder considerarla idónea para el desarrollo de una determinada misión. Debido a esto, toma un protagonismo clave la elección del tipo de motor (o motores) utilizado por la plataforma: eléctrico o de combustión.

Los motores eléctricos requieren de un menor mantenimiento y son aptos para ser utilizados en entornos de riesgo, como por ejemplo en la inspección de oleoductos. Los motores de combustión proveen a la aeronave de una mayor potencia, lo cual se refleja en una mayor duración de vuelo y capacidad de carga. Para misiones en las que el dron vuele a gran altura (varios miles de metros sobre el nivel del mar), debido al cambio de presión y otras condiciones climáticas, se hace conveniente el uso de motores de combustión con inyección electrónica para mejorar la eficiencia.

De cualquier modo conviene prestar atención a los últimos avances en la industria. Dada la velocidad en que evoluciona la tecnología, en cualquier momento podría ocurrir un avance lo suficientemente disruptivo como para dejar anticuados los métodos que se hayan estado utilizando hasta entonces. Podrían llegar a ser un ejemplo los motores alimentados con hidrógeno, los cuales proveerían de una capacidad de vuelo todavía mayor sin sacrificar espacio ni capacidad de carga en la aeronave.

En HispaDrones tenemos una sección destinada a los profesionales del sector de drones. Desde ésta puedes informarte sobre los últimos avances de esta industria.

 

Estación de tierra

Dentro del concepto de estación de tierra se engloba todo aquello que permite al piloto y demás personal controlar el vuelo del dron: desde ordenadores y joysticks hasta el propio software que permite la configuración de la misión a realizar por la aeronave.

Mientras que los drones comerciales más básicos únicamente facilitan el joystick para su control en modo manual (o simplemente se pilotan utilizando un smartphone y una app específica), otras versiones comerciales más sofisticadas permiten el uso de nuestro ordenador personal para configurar el vuelo del dron, ver en pantalla y en tiempo real lo que la cámara está grabando (FPV – First Person View) o decidir si el propio dron controla ciertas variables del vuelo (como la altura y la velocidad) mientras que el piloto simplemente deberá encargarse de la dirección, entre otras funcionalidades.

Si se va a pilotar en exteriores y por tiempo prolongado, es conveniente asegurarse de que la estación de tierra esté preparada para ser utilizada bajo condiciones de alta luminosidad, polvo, barro y sobre todo, tenga energía suficiente para permanecer encendida desde el inicio del vuelo hasta el aterrizaje del dron.

Estación de tierra.

Partes de un sistema aéreo no tripulado: Estación de tierra

También existen versiones mucho más avanzadas y por el momento limitadas al ámbito militar. En estos casos, la comparación entre una estación de tierra comercial y otra militar es tan exagerada en cuanto a sofisticación se refiere, que ilustra de manera muy didáctica que una estación de tierra puede llegar a ser mucho más que un joystick o un ordenador.

Cabina de la estación de tierra desarrollada por General Atomics. Utilizada con drones militares como el MQ-9 Reaper.

Cabina de la estación de tierra para drones militares como el MQ-9 Reaper. Fuente: General Atomics

 

Enlace de datos

La transmisión de datos en tiempo real entre el piloto (o estación de tierra) y la aeronave es una parte crítica de cualquier sistema aéreo no tripulado, ya esté dedicado a tareas de carácter profesional como lúdico. Si bien es algo que no reviste de mayor importancia en los drones vendidos al consumo de masas (pues ya deben estar homologados para su comercialización), es importante tener en cuenta el tipo de enlace de datos del UAS si se va a pilotar en otro país o si se va a comprar en el extranjero.

El elemento principal del enlace de datos es la radio. Esta parte del sistema aéreo no tripulado deberá tener, por un lado, una radio en la plataforma y otra en la estación de tierra. De esta manera se posibilitan las comunicaciones bidireccionales entre ambos elementos del UAS: se hace posible transmitir órdenes desde la estación de tierra a la plataforma y, por otro lado, recibir la telemetría y/o vídeo enviados desde la plataforma a la estación de tierra.

Enlace de datos.

Partes de un sistema aéreo no tripulado: Enlace de datos

Es clave conocer la frecuencia utilizada por las radios, pues cada país impone las restricciones que considera necesarias en el uso del espectro radioeléctrico que atañe a su espacio soberano. Si bien la frecuencia correspondiente a los 5,8 GHz suele estar libre, la distancia que permiten las comunicaciones en esta frecuencia es muy reducida, no siendo óptima para tareas que requieran que el dron vuele a varios cientos de metros de distancia del piloto o estación de tierra.

Debido a ello, también se suelen utilizar las frecuencias dentro de la banda de 2,4 GHz y la banda de 900 MHz. Cuanto menor sea la frecuencia, mayor será la distancia a la que se podrán mantener las comunicaciones. En cualquier caso queremos incidir en la importancia de conocer las restricciones que impone cada país en el uso de su espectro radioeléctrico, pues sería una temeridad utilizar una radiofrecuencia restringida y sin autorización. No solo se estaría cometiendo una grave infracción, sino que también se pondría en peligro la integridad de otras personas al poder provocar interferencias entre el enlace de datos del UAS con el de otro(s) dispositivo que estén legalmente haciendo uso de la misma radiofrecuencia.

Por otro lado,  las comunicaciones pueden ser analógicas o digitales. La principal diferencia yace en que mientras las primeras permiten un mayor rango y tienen una mayor tolerancia a las interferencias, la calidad de la señal (especialmente apreciable cuando se transmite vídeo) es inferior. Las radios digitales, por el contrario, pueden transmitir datos con una calidad superior (menor pérdida de datos), aunque el rango de distancia que permiten es más limitado y ante interferencias (por ejemplo, al cruzarse con obstáculos como edificios o montañas) puede llegarse a perder la señal por completo.

Junto a las radios es clave el papel que juegan las antenas, especialmente cuando se va a cubrir una gran distancia. Si bien cada radio siempre va a necesitar de una antena (la cual debe ser compatible) con la que transmitir su señal de radiofrecuencia, el rango de alcance puede aumentar considerablemente dependiendo de la ganancia de energía de la antena a utilizar.

Existen sistemas con cierta sofisticación que permiten concentrar la señal en una única dirección en vez de dejar que ésta se esparza en todas direcciones: las antenas de seguimiento o tracking antennas. Ello aumenta la distancia de las comunicaciones y, mediante la transmisión del dron de su posición GPS a la estación de tierra, esta última podrá hacer que la antena en tierra siempre apunte al dron de manera precisa, sin importar que esté a varios kilómetros de distancia.

Por último, en este apartado introductorio sobre el enlace de datos en drones cabe destacar la utilidad de las comunicaciones por satélite (satcom):

Cuando no es posible establecer un enlace directo de comunicaciones entre la estación de tierra y el dron (es decir, fuera de la línea de visión), ya sea porque el dron deba alejarse demasiado, por la propia curvatura del planeta o cualquier otro obstáculo, tanto la estación de tierra como la plataforma pueden comunicarse con un «intermediario» (satélite), el cual estaría «a la vista» y sería alcanzable de manera directa por ambos elementos del sistema no tripulado. En este caso, el satélite simplemente «rebotaría» el mensaje del emisor al receptor.

Comunicaciones por satélite (satcom).

Partes de un sistema aéreo no tripulado: Enlace de datos (satcom)

Se ha de tener en cuenta que el uso de este tipo de comunicaciones por satélite es mucho más costoso que el habitual y sufre de una mayor latencia, por lo que se suele utilizar para la transmisión de mensajes u órdenes esenciales, como el cambio de rumbo.


Todo lo anterior es aplicable a cualquier clase de dron. Esta aparente complejidad no es exclusiva de las aeronaves de ala fija como las que utiliza el ejército, sino que también aplica a cualquier otra clase de aeronave no tripulada: multirrotores, helicópteros no tripulados, dirigibles no tripulados…

Para evitar cualquier posible confusión, a continuación ponemos la misma imagen utilizada a lo largo de este artículo pero cambiando la plataforma ala fija por un multirrotor.

Dentro del enlace de datos se ha eliminado también la parte de las comunicaciones por satélite (satcom). Ello es para ejemplificar de manera gráfica que no siempre es necesario este tipo de comunicación, especialmente cuando se está pilotando un tipo de aeronave como los multicópteros, los cuales no se pueden alejar tanto.

Partes de un sistema aéreo no tripulado (UAS) sin comunicaciones satcom utilizando un multirrotor.

Partes de un sistema aéreo no tripulado utilizando un multirrotor.


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