EL GPS Y SUS APLICACIONES (I)

El GPS es un dispositivo bien conocido en nuestros días. Desde su nacimiento en el año 1.973 ha sufrido muchísimas mejoras. Sin embargo, prácticamente sin darnos cuenta estas modificaciones han traído consigo mejoras sin saber qué beneficios nos aportan. Con muchas siglas, eso sí.  

Nacimiento y desarrollo.

No podemos explicar algunas de sus mejoras sin recordar ligeramente sus orígenes, aunque sea de manera breve.

Algunos de los lectores podrán recordar algunos de los sistemas de navegación predecesores al GPS. El LORAN, OMEGA o DECCA comenzaron a desarrollarse con el fin de obtener y de mejorar la precisión de sus sistemas de orientación de armas en las diversas fuerzas armadas de los Estados Unidos. Coincidente con la Guerra Fría en la que sus misiles balísticos necesitaban mejorar la precisión de sus sistemas de navegación, además de conocer la posición de sus submarinos y bombarderos estratégicos.

Cuando los soviéticos comenzaron a lanzar satélites a mediados de los años 50, se dieron cuenta que, aplicando el Efecto Doppler a las señales electromagnéticas enviadas, podían conocer la posición de los satélites en órbita alrededor de la tierra. Poco después intentarían resolver la ecuación al revés. Es decir, un usuario en tierra, mediante la posición conocida de los satélites, podía determinar su posición. El GPS, de hecho, utiliza el mismo método, pero en sentido contrario, para ello es necesario que el GPS lleve un reloj a bordo con la precisión requerida. Con toda esta tecnología y sus posteriores estudios se pudo desarrollar una tecnología que mejoraría la precisión de navegación de miles de metros a cientos de metros.

En 1.973, fue creado el NAVSTAR – GPS, y más tarde se le acabaría llamando Global Positioning System, más conocido con sus siglas como GPS. Entre 1.973 y 1.985 se pusieron en órbita los 10 satélites necesarios para formar la constelación. No sería hasta 1.993 que la constelación la formarían 24 unidades. Aunque en realidad hoy en día son unos 30, de los cuales 24 se encuentran activos.

¿Pero cómo funciona?

Como se ha explicado anteriormente, existe una constelación de satélites describiendo 6 órbitas diferentes dando una vuelta a la tierra cada 12 horas a una altura de más de 20.000 km. Para determinar la posición, los satélites envían una señal desde una posición y hora conocida. La señal electromagnética llegará a un receptor en tierra que sabrá a qué hora exacta llegó la señal. Sabiendo la velocidad de propagación de la onda, el receptor podrá determinar la distancia desde el satélite. Sin embargo, esta distancia sería el radio de una esfera alrededor del propio satélite. Al calcular las distancias con cuatro satélites, el receptor podrá determinar su posición en el punto de cruce de esas cuatro esferas. Dicho cruce no sólo da una posición geográfica sobre un plano horizontal, sino también su altura sobre el terreno.

Dichos satélites emiten varios tipos de ondas en la banda “L”. L1 (1575,42 MHz) transmite en una frecuencia determinada para uso civil y L2 (1227,6 MHz), para uso militar y de manera codificada.

SA (Selective Availability).

En el año 1.983 un B747 de Korean Airlines fue derribado al entrar en espacio aéreo prohibido de la Unión Soviética debido a errores en la navegación. El presidente de Estados Unidos entonces, Ronald Reagan, prometió en ese momento que el GPS estuviera disponible para uso civil de manera gratuita.

La señal del GPS tiene una precisión de unos 30 metros. Cuando el GPS fue creado, el ejército norteamericano, por motivos de seguridad, se reservó que dicha precisión no fuera utilizada por sus enemigos. Así, la señal L1 de uso civil estaba degradada, alterando el reloj de manera aleatoria. Así, la precisión caía hasta niveles de algo más de 100 metros.

A mediados de los años 80, algunas organizaciones como la FAA, United States Department of Transport (DOT) y United States Coast Guard (USCG) ejercieron presión, sin resultado para desconectar el SA.

DGPS (GPS Diferencial).

Como respuesta, la USCG experimentó y desarrolló un sistema que le permitía mejorar la precisión a pesar del Selective Availability. Dicho sistema consistía en colocar una estación en un punto, cuyas coordenadas geográficas eran conocidas. La estación estaba equipada con un receptor de señal GPS y podía cotejar la señal del GPS con su posición real. La estación contaba con un emisor que difundía en frecuencias VHF el error de la señal GPS a otros receptores GPS en la zona de cobertura VHF de la estación para corregir en sus sistemas de posicionamiento el error en la señal del GPS, mejorando la precisión incluso con el SA activado. Este sistema se denominó DGPS o Differential GPS (GPS diferencial).

Esquema de funcionamiento del DGPS.

A finales de los años 90, y dado el éxito del DGPS, la necesidad de mantener el SA desaparecía. Bill Clinton eliminó de manera definitiva el SA en los GPS civiles en el año 2.000. Por otra parte, el ejército norteamericano también había podido desarrollar otra vía para alterar la posición de los GPS en determinadas zonas geográficas por lo que ya no podían alegar seguridad para seguir utilizando el Selective Availability.

Hay que añadir, que el desarrollo del DGPS mejoró la precisión del GPS incluso por encima de la propia señal GPS sin el SA activado, dando posiciones con márgenes de entre 5 y 10 metros.

Cortesía de GARMIN.

La FAA comenzó a utilizar el sistema DGPS para desarrollar sistemas que le permitieran, entre otras cosas, reducir el uso de radioayudas a la navegación, que costaban millones de dólares mantener y cuya precisión quedaba, en algunos casos, muy por debajo del GPS. Comenzaron a estudiar los sistemas de aumentación de la señal GPS, conocido como WAAS (Wide Area Augmentation System). De esto hablaremos en la siguiente parte.  

LAS CINCO CURIOSIDADES DE LA SEMANA.


Descrubre las cinco preguntas sobre curiosidades aeronáuticas.

Hola de nuevo curiosos de la aviación.

En la anterior edición hablábamos del Boeing 737MAX que llevó a paralizar la flota de todos los 737MAX del mundo. Es la primera vez que ocurre. Ni si quiera el modelo de DC-10 que tuvo varios accidentes debido a su diseño de la bodega de carga, ni el propio 737 en su versión clásica, con un problema de diseño en el pistón del timón de dirección, dejaron de volar entonces hasta su solución.

Significa esto que la aviación ha mejorado sus barreras de seguridad y se pueden implementar de manera global en un relativo espacio de tiempo.

En la anterior edición hablábamos de un trimotor… y hemos querido añadir un poquito más al respecto. Esperamos que las encontréis interesantes.

Aquí van las primeras cinco de esta semana:

1.            ¿Sabría decir cuál fue el primer trirreactor comercial en entrar en servicio?

2.            ¿Podría nombrarnos al menos 10 trimotores que se hayan comercializado a lo largo de la historia?

3.            ¿Por qué los pilotos de combate durante la Primera o Segunda Guerra mundial solían llevar bufandas de seda alrededor del cuello?

4.            Para los amantes de la aviación deportiva, especialmente del vuelo sin motor… ¿Sabría decirnos la diferencia fundamental entre un “Planeador” y un “Velero”?

5.            ¿Conocéis la expresión “Elephant walk”?

Respuestas:

  • Fue el famoso Boeing 727 de fabricación americana… diseñado a finales de los años 50 debido a una necesidad comercial de varias compañías americanas de aquella época dorada, -United-Eastern-American-, que necesitaban un avión polivalente capaz de mantener unos costes relativamente bajos en sus vuelos internos dentro de Norteamérica, así como reducir significativamente los costes para vuelos más largos y de baja densidad en los que se empleaban habitualmente cuatrimotores como el 707 o el DC8. Contrariamente a lo que algunos creen, que fue el Hawker Trident, y que, aunque fue el primer trirreactor en surcar los cielos -el vuelo de prueba lo hizo un año antes que el 727-, la primera entrega y el primer vuelo oficial realizado por un cliente fueron ambos en el mismo año (1964) pero le ganó el podio el 727 entrando en servicio con casi dos meses de antelación.

El 727 fue un avión de fuselaje estrecho ya que fue diseñado a partir de los modelos Boeing 707 y 720, lo cual marcó un precedente en aquella época, pues supuso un tremendo ahorro en costes tanto de fabricación en la cadena de producción como en los gastos de mantenimiento en línea de las aerolíneas.

También es reseñable destacar que fue el reactor comercial más vendido hasta principios de los 80, desbancado posteriormente por el, tristemente de actualidad, Boeing 737. Se fabricaron desde su inicio a principios de los años 60 cerca de 1.900 unidades, de las cuales casi 100 siguen a día de hoy en servicio en distintas aerolíneas, compañías cargueras y diferentes fuerzas aéreas en todo el mundo.

  • Aquí van algunos de los más significativos. Seguro que alguno más encontráis para añadir a la lista. Aparte del nombrado 727, claro…
  1. Falcon 50 y sus versiones modernas del 900, 2000 y 7000.
  2. Junkers JU-52;
  3. Lockheed L-1011 TriStar;
  4. Fokker VII;
  5. Tupolev TU-154;
  6. Ford “Tin Goose”;
  7. DC-10 y posteriormente MD-11;
  8. SM.81 Marchetti “Murcielago”;
  9. Stout Bushmaster 2000;
  10. BAC-111;
  11. Yak 40 y 42;
  12. Hawker Trident.
JU-52.
  • La respuesta tiene una sencilla explicación. No era cuestión de “frío” como se puede suponer en primera instancia, puesto que los aviones disponían algunos de calefacción. Su uso se extendió para evitar el enrojecimiento y las posteriores heridas por rozaduras que sufrían los pilotos durante sus misiones y que eran producidas por sus toscas uniformidades de rígidos cuellos y gruesas cazadoras, especialmente en momentos de máxima tensión en combate, cuando hacían girar bruscamente sus cabezas continuamente durante la batalla con la intención de avistar y dar caza al enemigo.
  • Según la FAI (Federación Aeronáutica Internacional) – que es la encargada de regular todos los requisitos de las distintas clases de competiciones – y aunque a nivel de licencias no se establece ninguna diferencia, existe distinción debido a que comúnmente los Veleros poseen mejores prestaciones o “performances” en cuanto al planeo que los planeadores convencionales. En algunos lugares se encuentra escrito que hasta 1:15 de coeficiente de planeo es un planeador, y mayor a 1:15 es un velero.

Puestos a hablar de coeficientes de planeo, ¿Qué es esto? El coeficiente de planeo establece la capacidad de descenso mínima relacionada con su avance en su misma unidad de medida longitudinal. Normalmente se representa con dos números separados con dos puntos. Uno para indicar la capacidad de avance y el otro, con el número “1” para indicar la unidad de pérdida de altura. Lo podéis encontrar escrito como 1:15 o al revés, 27:1. Es decir, un velero que tenga un coeficiente de planeo de 1:37. Así, por cada 1.000 metros que descienda el avión, avanzará 37 Km.

Si profundizamos un poco más en el tema, podemos añadir, que el coeficiente de planeo tiene que ver con la relación L/D, es decir, la relación que existe entre la sustentación y su resistencia aerodinámica, más conocida como “máxima fineza”. Dicha relación se consigue con un ángulo de ataque determinado, es decir, una velocidad concreta para un peso concreto. Los pilotos de vuelo sin motor conocen bien esta velocidad, pues es la que han de utilizar en caso de no encontrar una térmica o ascendencia que les haga ascender y necesiten maximizar su tiempo en el aire.

  • La “senda de los elefantes”, o más conocida por su terminología anglosajona “Elephant walk”, surgió en la Segunda Guerra Mundial cuando durante la salida de los bombarderos hacia sus misiones de bombardeo sobre sus objetivos alemanes despegaban de manera masiva en números cercanos a los mil aparatos. Se desarrolló un sistema para que hicieran despegar el mayor número de fuerzas en el menor tiempo posible, lo que generaba un desfile en tierra al que comenzaron a llamar “elephant walk”.
«Elephant walk» de F-16 Surcoreanos y Norteamericanos en la base aérea de Kunsan (Foto: Wikpedia)

Hoy en día se utiliza el término para un ejercicio que simboliza el lanzamiento del mayor número de fuerzas de manera masiva y de una sola vez. Dadas las implicaciones que supone lanzar de golpe todos sus aviones al aire, se realiza en entrenamiento sin despegar dando lugar a fotos realmente impresionantes en la que aparecen todos los aviones sobre la pista rodando en formación.

Esperemos que os hayan gustado.