Aeronaves en contacto por radio: desarrollo de herramientas de simulación para la ocupación de transpondedores

Los transpondedores son parte del equipo obligatorio de las aeronaves civiles: son dispositivos electrónicos que responden a interrogaciones de radar y, por lo tanto, ayudan al control del tráfico aéreo y a los sistemas de prevención de colisiones aéreas de otras aeronaves en el cielo para determinar la posición exacta de la aeronave. El tiempo que tarda la señal en viajar desde el transpondedor hasta el receptor proporciona información sobre la posición exacta de la aeronave. Según el tipo de transpondedor, también se transmite información adicional, como la altitud de vuelo o la identificación del vuelo.

Si un transpondedor tiene que lidiar con un número particularmente grande de señales de interrogación, existe el riesgo de sobrecarga: es posible que el transpondedor ya no responda a todas las interrogaciones e incluso que ya no responda a ninguna interrogación. Esto puede provocar que la aeronave desaparezca de la pantalla del radar durante un breve período de tiempo. El riesgo de tal escenario es pequeño, pero está presente.

«Una aeronave que desaparece repentinamente de la pantalla de control del tráfico aéreo siempre es extremadamente alarmante», dice Helmut Schreiber del Instituto de Ingeniería de Microondas y Fotónica de la Universidad Tecnológica de Graz (TU Graz). En nombre del control de tráfico aéreo austriaco Austro Control, investigó todos los factores que influyen en la ocupación del transpondedor y, basándose en esto, desarrolló la herramienta de simulación «TOPAS (Software de análisis de ocupación del transpondedor)» para la ocupación del transpondedor en el espacio aéreo austriaco. En nombre de EUROCONTROL, esta herramienta se está desarrollando aún más para todo el espacio aéreo europeo. Bajo el acrónimo ESIT (EUROCONTROL Simulator of Surveillance Interrogators and Transponders), TU Graz está trabajando en estrecha colaboración con Austro Control, así como con la empresa alemana SeRo Systems y EUROCONTROL. «Para la planificación y expansión de la infraestructura de control de tráfico aéreo, es esencial saber cómo esta infraestructura afecta la ocupación del transpondedor. Esto se refiere, por ejemplo, a la adición de nuevas instalaciones de radar o cambios en las estrategias de interrogación. Es importante averiguar dónde cuáles son los puntos críticos y si necesitan ser aliviados. Nuestras herramientas de simulación hacen una contribución importante aquí «, dice Schreiber.

Gemelo digital

Una hoja de cálculo relativamente simple proporciona una visión general rápida y aproximada de la ocupación del transpondedor. Solo tiene en cuenta el número de sensores y aeronaves, pero no su distribución espacial. Las herramientas TOPAS y ESIT, por otro lado, como gemelos digitales, incorporan las posiciones reales de todos los sensores de radar y también situaciones reales de tráfico aéreo. «Con una simulación de este tipo, se pueden programar secuencias de interrogación aún más complejas, tanto para sistemas de radar completos como aislados para sensores individuales. Esto nos brinda resultados más realistas y precisos. Descubrimos específicamente cuándo y dónde habrá situaciones de estrés para transpondedores y qué son», explica Helmut Schreiber.

Paul Bosman, Jefe de Infraestructura ATM de EUROCONTROL añade que «estamos encantados con la excelente cooperación con TU Graz, Austro Control y SeRo Systems. Las herramientas de simulación contribuirán a un uso sostenible de la radiofrecuencia de vigilancia y los recursos críticos de transpondedores que beneficiarán a todo el espacio aéreo europeo. usuarios».

Con la herramienta ESIT, los usuarios (autoridades gubernamentales, proveedores de servicios de navegación aérea) pueden estimar la carga de transpondedores en su espacio aéreo causada por sus propios sistemas y los de los países vecinos. Dado que la herramienta se ejecutará exclusivamente en los servidores de EUROCONTROL, los usuarios no tendrán acceso a datos sensibles de la infraestructura de otros países.

El radar pregunta, el transpondedor responde

Además de las estaciones de radar civiles y militares en los aeropuertos o en los puntos neurálgicos, como el Koralpe, los contactos de radio continuos de los llamados sistemas de multilateración activa exigen aún más a los transpondedores. Hay alrededor de 70 estaciones que admiten la multilateración en toda Austria. La multilateración, o MLAT para abreviar, funciona como un GPS inverso. Varias estaciones de antena en tierra escanean la señal de radio transmitida de un transpondedor y también envían sus propias interrogaciones al transpondedor.

Dependiendo de la distancia de la aeronave, las ondas de radio del transpondedor alcanzan las respectivas antenas receptoras en diferentes momentos. Cada estación receptora informa la hora exacta en la que recibió la señal a una computadora central. Esto permite seguir la trayectoria de la aeronave. Helmut Schreiber, del Instituto de Ingeniería de Microondas y Fotónica de TU Graz, explica: «Los sistemas MLAT tienen grandes ventajas: pueden reemplazar costosas estaciones de radar. Y la falla de un solo receptor es menos dramática que, digamos, la falla de todo un estación de radar. A pesar de estas ventajas, los contactos de radio en curso pueden ejercer una presión extraordinariamente alta sobre los transpondedores en una configuración deficiente, y también pueden hacer que un avión se vuelva virtualmente invisible «.

Según Schreiber, el control del tráfico aéreo civil del futuro estará libre de radares de todos modos. En el futuro, las aeronaves utilizarán sistemas de navegación por satélite para determinar su propia posición y enviarla automáticamente al control de tráfico aéreo. Esto también es simulado por ESIT. TOPAS y ESIT aumentarán la seguridad en el aire para los sistemas existentes y futuros.