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La automatización en los sistemas aeronáuticos

El tráfico aéreo a nivel mundial crece a un ritmo tan acelerado que es necesario desarrollar estrategias para hacer frente a la saturación del espacio aéreo y a la creciente carga de trabajo. La automatización de funciones especializadas ha permitido seguir el ritmo de ese crecimiento, y la tendencia actual apunta a una mayor automatización de labores, tanto en vuelo como en tierra. No obstante, la automatización tiene sus pros y sus contras, depender en exceso de la tecnología genera riesgos para la seguridad. Los accidentes relacionados con fallas de equipos informáticos a bordo de los aviones son una muestra de que la automatización debe estar acompañada de la capacitación necesaria para que los pilotos puedan manejar adecuadamente las emergencias ocasionadas por errores de la tecnología, y revelan que las medidas de seguridad deben ser incrementadas.

Introducción

A pesar de que la aviación constituye una actividad humana relativamente joven (si ubicamos sus inicios en aquel primer intento de los hermanos Wright en Kitty Hawk, Carolina del Norte, en 1903), su desarrollo ha seguido un ritmo realmente vertiginoso. Basta comparar aquel primitivo y rudimentario artilugio con las eficientísimas aeronaves modernas, de dimensiones colosales y de un desempeño tan formidable que provoca la curiosidad y el asombro de cuantos entran en contacto con el mundo de la aviación moderna. El enorme crecimiento experimentado por la aviación desde sus inicios hasta el presente obedece en gran medida a los extraordinarios avances logrados por otras disciplinas científicas y tecnológicas. El diseño y la construcción de aeronaves cada vez más costo-eficientes, reduciendo el peso para aumentar así la capacidad operativa, han sido posibles gracias a los adelantos logrados por la industria metalúrgica, así como al desarrollo de materiales compuestos o “composites” cada vez más livianos y resistentes, que incorporan elementos tales como fibra de vidrio, fibra de carbono, etc. En la actualidad se estima que por encima del 50% de los componentes empleados en la construcción de aeronaves, principalmente en piezas complejas sujetas a las mayores cargas estructurales, están fabricados con materiales compuestos. Paralelamente, el perfeccionamiento de las prestaciones, características de rendimiento (“performance”), y seguridad de las aeronaves ha ido en constante avance, gracias a los progresos alcanzados por la electrónica y la informática, cuyos avances han hecho posible, además, hacer frente a los riesgos y dificultades que ese crecimiento trae consigo.

La aviación: una actividad en constante evolución

El aumento sostenido del tráfico aéreo y la consiguiente saturación del espacio aéreo han traído como consecuencia una sobrecarga de trabajo para el personal de vuelo y el basado en tierra, que tiene un impacto directo en los niveles de seguridad de las operaciones. Lo anterior plantea serios desafíos, tanto para las  autoridades encargadas de regular la aviación civil a nivel mundial como para la industria, que deben ser abordados mediante estrategias efectivas, partiendo de un enfoque multidisciplinario. La automatización de una serie de funciones y tareas complejas ha jugado un rol fundamental en los esfuerzos por solucionar los problemas derivados del ritmo de crecimiento del tráfico aéreo; de ahí que hayan sido desarrolladas herramientas informáticas capaces de agilizar el trabajo del personal aeronáutico. Aunque todas las actividades relacionadas con la aviación guardan estrecha relación con la seguridad, nos referiremos en especial a las funciones de los pilotos en la cabina de mando y a las de los controladores de tránsito aéreo, dada la delicadeza de dichas funciones y su significativo impacto en la seguridad y en la preservación de la vida humana. La automatización de muchas de las funciones en el ambiente de trabajo de los pilotos y controladores persigue dos objetivos primordiales: reducir la carga de trabajo y aumentar la seguridad.

Semejanzas y diferencias entre la automatización de los sistemas de a bordo y los sistemas ATS

Existe una gran gama de ayudas informáticas que automatizan las tareas más complejas, tanto en la cabina de mando de los aviones como en las dependencias de los Servicios de Tránsito Aéreo (ATS, por sus siglas en inglés). Dichas herramientas presentan algunas similitudes, así como diferencias. Las semejanzas más notables entre los sistemas en tierra y los de a bordo tienen que ver con la previsión de conflictos entre aeronaves y con la prevención de colisiones con el terreno. La alerta de Altitud Mínima de Seguridad (MSAW) del radar de control de tránsito aéreo cumple una función análoga a la del Sistema de Alerta de Proximidad con el Terreno (GPWS) a bordo de las aeronaves: prevenir colisiones con el terreno.

Otro ejemplo de analogía funcional existe entre la Alerta de Conflicto a Corto Plazo (STCA) del radar del controlador y el Sistema de Alerta de Tráfico y Evasión de Colisión (TCAS) de los aviones, los cuales cumplen la función de advertir sobre una posible colisión entre aeronaves; con la diferencia de que el TCAS también indica al piloto la maniobra a seguir para evadir una colisión inminente.1 Las principales diferencias entre los sistemas de a bordo y los basados en tierra obedecen, básicamente, a la naturaleza de los datos que alimentan las computadoras de uno y otro. Muchos de los sistemas instalados en las aeronaves se nutren de parámetros del aire “Airdata”, que son magnitudes físicas continuas (análogas) y las computadoras solo entienden ceros y unos.2 En el procesamiento de los datos se suele perder algo (como sucede al convertir audio en MP3). La expresión “garbage in, garbage out” (basura entra, basura sale) explica por qué el ingreso de datos erróneos producirá un funcionamiento erróneo. Los parámetros del aire están sujetos a variaciones atmosféricas que no están presentes en los sistemas de control de tránsito aéreo, por eso estos últimos son menos vulnerables, ya que las fuentes de datos radar son de naturaleza diferente.

 

Ventajas y desventajas de la automatización

La automatización es una valiosa herramienta para pilotos y controladores, ya que contribuye a reducir la carga de trabajo y a disminuir la posibilidad de cometer errores. El piloto automático es un ejemplo de las ventajas de la automatización antropocéntrica (diseñada pensando en el ser humano), en la que la interacción entre el ser humano y la máquina ocurre sin perjuicio de uno sobre el otro. Iguales beneficios ofrecen los sistemas “resistentes al error” en los que, si el piloto intenta realizar un viraje fuera de los límites o una maniobra inapropiada, el sistema le “quita” el control manual al piloto y de manera autónoma estabiliza el avión.3 Desafortunadamente, existen también desventajas: la dependencia excesiva de la automatización genera en los pilotos una “zona de confort” y un exceso de confianza en el equipo que ocasiona, además, que disminuye progresivamente las habilidades prácticas del piloto; es por eso que la FAA está instando a las aerolíneas a que los pilotos dediquen más tiempo a volar manualmente.4 A lo largo de nuestra carrera en aviación hemos manifestado serias preocupaciones en relación con los riesgos de la excesiva dependencia de la tecnología, en especial de la automatización tecnocéntrica (centrada en la función deseada, no en el usuario), debido al peligro de confiar únicamente a la tecnología tareas claves para la seguridad operacional. Cabe resaltar que las máquinas sólo pueden procesar información entrante, en base a parámetros preestablecidos, es decir, no están en capacidad de tomar decisiones no previstas (y a veces no ortodoxas), como el acuatizaje del vuelo 1549 de US Airways en el río Hudson, o el manejo de las emergencias reportadas a la FAA por pilotos del B-737 MAX, que no culminaron en tragedias porque los pilotos “se saltaron las reglas de sus aerolíneas” y desactivaron el piloto automático en cuanto notaron el primer problema.

¿Cómo gestionar los riesgos de la automatización?

Es un hecho que cualquier equipo puede fallar en cualquier momento. Entonces, ¿cómo solucionar los problemas de seguridad que plantea el hecho de dejar la ejecución de funciones críticas en manos de las máquinas? La seguridad puede ser garantizada mediante varias estrategias: la redundancia de equipo, el empleo de sistemas de alerta y, naturalmente, el debido entrenamiento del personal, además de la elaboración de normas estrictas para los fabricantes de tecnología. La redundancia consiste en instalar los sistemas por duplicado para garantizar que, frente a una eventual falla de uno, exista otro que asuma sus funciones. Adicionalmente, en las aeronaves se instala un tercer sistema de respaldo o “stand by”, como otra línea de defensa. Otras importantes medidas de seguridad consisten en la optimización de los sistemas de alerta y de detección de anomalías; y lo más importante: la capacitación; de ahí nuestro celo permanente por asegurar el rigor académico y la calidad técnica de los contenidos que impartimos en la formación de los nuevos profesionales aeronáuticos.

 

Últimas tendencias en materia de transformación digital

En medio de tantas tecnologías emergentes, los controladores de tránsito aéreo también se enfrentan al reto de nuevas formas de automatización. El aumento progresivo de la carga de trabajo les augura nuevas funciones en un ambiente altamente automatizado, según un grupo de investigadores integrado por la Universidad Politécnica de Madrid y otras entidades europeas.6 De acuerdo con los desarrolladores del proyecto AUTOPACE, cuya entrada en operación está previsto para el 2050, los controladores tendrán que interactuar con un sistema que realizará automáticamente tareas propias del controlador, el cual pasará a ejercer una función más de supervisión que de control. El referido proyecto plantea dos escenarios: el primero, con un alto nivel de automatización, donde la mayoría de las tareas son ejecutadas por el sistema y el trabajo del controlador consiste en monitorear el sistema; y un segundo, con un nivel medio de automatización, donde el sistema propone al controlador varias alternativas de solución ante un problema, y el controlador elige la mejor opción para resolverlo. Al mismo tiempo, la empresa LiTak-Tak, basada en Lituania, promociona en Europa su Sistema de Control de Tráfico Aéreo Automatizado (ATCS), diseñado para automatizar funciones de gestión del tránsito aéreo (ATM) a nivel del Centro de Control de Área (ACC), Aproximación (APP), y Torre de Control de Aeródromo (TWR).7 Evidentemente, la gestión del tránsito aéreo se encamina hacia un escenario cada vez más automatizado, que cambiará la forma actual de gestionar el tránsito aéreo, debiendo mantener los márgenes de seguridad operacional apropiados.

 

 

 

La capacitación: la gran diferencia

Los recursos tecnológicos no logran su cometido si el elemento humano carece de formación sobre el equipo, sus posibles fallas y qué hacer frente a una situación de emergencia. El entrenamiento es uno de los pilares fundamentales para utilizar la tecnología con seguridad. Los accidentes que ocasionaron la reciente salida del Boeing 737 MAX de la línea de vuelo, causados por unos sensores que enviaron información falsa al Sistema de Aumento de Características de Maniobra (MCAS), son un ejemplo vivo de la imperiosa necesidad de combinar las tecnologías emergentes con un entrenamiento específico y exhaustivo. Con anterioridad, varios pilotos norteamericanos habían reportado a la Administración Federal de Aviación (FAA) emergencias semejantes a las que causaron dichos accidentes.8 Por falta de entrenamiento sobre el funcionamiento del MCAS y sus riesgos asociados, los pilotos tuvieron que reaccionar por instinto y la seguridad se vio seriamente comprometida. Existe un antecedente: un A330-300 que operaba el vuelo 72 de Qantas, el 7 de octubre de 2008, de Singapur a Perth, Australia, estuvo a punto de estrellarse en el océano índico cuando el avión cayó en picadas incontrolables en dos ocasiones. Milagrosamente, el piloto logró aterrizar de emergencia en el aeropuerto de Learmonth, Australia. La falla del sistema de referencia inercial de datos del aire (ADIRS) causó descensos bruscos de tal magnitud que más de 100 pasajeros y miembros de la tripulación resultaron heridos. Kevin Sullivan, capitán del vuelo, dijo que a los pilotos nunca se les dio ninguna indicación en el entrenamiento de que una computadora podría “enloquecer por completo y tratar de matarte”.9 Conviene saber que no es común que ese nivel de automatización sea instalado en una aeronave sin proveer a los pilotos un entrenamiento lo suficientemente riguroso y exhaustivo. La seguridad es el elemento más importante en la aviación y siempre deberá ser garantizada a toda costa. Cuando, a pesar de todas las precauciones existentes, ocurre un accidente, las medidas inmediatas van orientadas a determinar las causas, analizarlas e impedir la ocurrencia de un suceso semejante en el futuro. La reacción de las autoridades de aviación civil a nivel mundial ante el problema presentado por el B737 MAX demuestra el celo con que se deben abordar las amenazas a la seguridad operacional. Lo anterior explica por qué la aviación continúa siendo el medio de transporte más seguro que existe. El entrenamiento del personal técnico aeronáutico está sujeto a normas internacionales cada vez más exigentes, procurando que dicho personal se adapte a los avances tecnológicos que van surgiendo, con el debido conocimiento de las prestaciones de las herramientas, las posibles causas de situaciones de emergencia y la manera de hacerles frente. En su discurso de clausura ante la 40ª Asamblea de la Organización de Aviación Civil (OACI), el 4 de octubre del presente año, la Secretaria General, Dra. Fang Liu, destacó que los Estados encomendaron a la OACI “la búsqueda de un nuevo objetivo global de cero accidentes fatales de aviación para 2030”10. De seguro esto implicará normas más exigentes para la industria, dada la vulnerabilidad de los sistemas informáticos a la interferencia ilícita. Los grupos de trabajo de la OACI se enfrentan al reto de crear un equilibrio entre la acción oficial y la presión ejercida por la industria en medio de una galopante carrera por la innovación y la competitividad. Un buen punto de partida sería requerir el desarrollo de herramientas más efectivas para validar la fiabilidad de la información (análoga o digital) enviada por los sensores a las computadoras.

 

 

 

 

 

 

 

Conclusión

De todo lo anterior podemos colegir que los riesgos asociados a la automatización no radican en la invasión de la tecnología en la producción de novedosos sistemas aeronáuticos. Más bien, el problema consiste en confiar a la tecnología tareas altamente delicadas y cruciales para la seguridad, en ausencia de suficientes herramientas destinadas a contener los peligros potenciales que la automatización encierra; y sin dotar al personal responsable de operar dichos sistemas del debido entrenamiento, de manera rigurosa y suficiente. Como hemos expresado con anterioridad, ante un crecimiento del tráfico aéreo que parecería desbordar las capacidades de hacerle frente, los organismos reguladores han asumido el rol tradicional de vigilar celosamente la seguridad operacional, factor principal para que en la aviación se siga ejerciendo una adecuada gestión de amenazas y riesgos, manteniendo así las estadísticas de fatalidades en porcentajes ínfimos, en relación con el número de operaciones. Es evidente que las autoridades, tanto la OACI como cada Estado en particular, se enfrentan al reto de crear un equilibrio entre la seguridad y la rentabilidad; entre la acción oficial y la presión ejercida por la industria en medio de una galopante carrera por la innovación y la competitividad. Un buen punto de partida sería reforzar las normas a fin de exigir a los fabricantes el desarrollo de herramientas más efectivas para validar previamente la fiabilidad de la información (análoga o digital) que es enviada por los sensores a las computadoras, de modo tal que la tecnología ayude a la nueva generación de profesionales de la aviación a lidiar con las crecientes cargas de trabajo a las que se ha de enfrentar, sin dejar de garantizar en todo momento los márgenes de seguridad requeridos.

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