Movilidad Aérea Urbana: La NASA ensaya tecnología de gestión tráfico aéreo basada en IA

La inteligencia artificial llega a las torres de control para ejercer de controlador aéreo en las ciudades. En proyecto de la NASA facilitar el control aéreo en un espacio aéreo urbano que, de triunfar la movilidad aérea urbana, podría congestionarse y saturar el cielo, y a los controladores.

Las ciudades son lugares complicados para volar. Los edificios altos, vientos propios encauzados por las calles, térmicas del asfalto, turbulencias y rotores a sotavento de los edificios… y otros factores presentan desafíos para los vehículos aéreos actuales, como los helicópteros de la policía o de emergencias, y futuras aeronaves de movilidad aérea urbana. Y ahí es donde el proyecto Data & Reasoning Fabric (DRF) de la NASA puede ayudar a gestionar el espacio aéreo urbano y permitir la integración de una gran cantidad de aeronaves en él sin saturarlo. La intención de la NASA con el proyecto DRF es desarrollar una tecnología que ayude a formar un tejido (fabric) de inteligencia conectado y entrelazado que envíe información específica y adaptada a cada aeronave, dondequiera que se encuentre.

Esto es, DRF es un sistema basado en una inteligencia artificial capaz de procesar y distribuir datos en tiempo real a cada una de las aeronaves que esté volando en la ciudad, gestionando el espacio aéreo para permitir la implementación de las soluciones de movilidad aérea urbana, manteniendo los altos estándares de seguridad de la aviación, permitiendo el vuelo seguro dentro de la ciudad.

En resumen, un sistema automatizado y autónomo de control aéreo, entenderemosv que supervisado por controladores aéreos.

En febrero y marzo, el equipo realizará la primera prueba de su tecnología en un área urbana simulada, modelada en el área metropolitana de Phoenix.

Los ensayos

A principios de febrero, la NASA y otras empresas, universidades y oros socios comenzaron las pruebas de campo del prototipo actual

Esta actividad puede ayudar a los proveedores de datos y servicios de apoyo a la toma de decisiones a comprender mejor las necesidades de los futuros usuarios del espacio aéreo y los beneficios de DRF. Los usuarios pueden comparar múltiples servicios para seleccionar el que mejor se adapte a sus necesidades: datos meteorológicos de esta fuente, actualizaciones de tráfico aéreo de otra. Con un mayor desarrollo, esperamos que este modelo impulse potencialmente la innovación en la industria, lo que podría conducir a mejoras en la calidad de los servicios del espacio aéreo.

Kenneth Freeman, investigador principal de DRF en el Centro de Investigación Ames de la NASA en Silicon Valley, California.
https://youtu.be/T5uQqJhP-YI

La prueba de Phoenix analiza escenarios específicos donde DRF podría ser útil, estudiándolos en el contexto de un vuelo simulado de drones para entregar equipos y suministros médicos desde el centro de Phoenix a las áreas más alejadas de la gran región.

Los escenarios futuros podrían involucrar la administración de insulina para personas en lugares con acceso limitado a los servicios de atención médica o cambiar la ruta de un taxi aéreo en caso de eventos meteorológicos adversos.

Los participantes de la prueba están trabajando dentro del ecosistema digital habilitado por DRF, evaluando su capacidad para seleccionar datos y servicios de razonamiento que respalden un vuelo seguro y autónomo.

El potencial de DRF para acelerar la respuesta de emergencia aerotransportada se ilustró en una prueba anterior con el ala californiana de Civil Air Patrol. Usando vuelos simulados de drones, la tecnología DRF ayudó a localizar más rápido de lo habitual incendios forestales inducidos por rayos.

Respuestas ágiles a anomalías

Los ensayos actuales estudian cómo de rápido puede admitir el cambio de ruta de una aeronave debido a varias anomalías diferentes: interrupciones de comunicación, por ejemplo, entre la aeronave y los sensores que envían los datos meteorológicos a la aeronave, ayudas para la navegación o control de tierra, un dron no identificado o inesperado en la ruta de vuelo, y cambios repentinos en las condiciones climáticas locales. ¿Tendrán en cuenta también las bandadas de pájaros?

En tales escenarios, la tecnología DRF está diseñada para alertar a una aeronave que se acerca a una de estas anomalías y conectarla a servicios que pueden proporcionar más información y orientación para responder con agilidad.

Para lograr sus objetivos, DRF utiliza computación perimetral, un sistema en el que los datos se manejan, procesan y almacenan localmente, en lugar de enviarse a una nube o un centro de datos, para reducir la latencia. Esto reduce los retrasos asociados con la transmisión de grandes conjuntos de datos y permite una toma de decisiones más rápida en situaciones donde el tiempo de procesado y distribución es crítico.

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Fuente: NASA

[Vídeos] Estampando aviones en nombre de la ciencia

En 2015 os enseñamos un vídeo de la NASA en la que realiza un ensayo con una Cessna, y la estampa contra el suelo para entender dónde es mejor colocar unas balizas. Y, desde entonces, he de reconocer que nos hemos aficionado un tanto a estos espectaculares ensayos de impacto. Son similares a los famosos crash test de la automoción, pero para ensayar aporrizajes severos.

Se equipa la aeronave con sensores, se equipa con maniquíes para simular que son personas, se llena de acelerómetros, se pinta la aeronave de una forma específica para facilitar el trabajo a las cámaras… se carga a través de unas eslingas y se alza en el pórtico desde el que se va a dejar caer, ¡y a estampar aviones en nombre de la ciencia!

Os dejamos algunos de estos ensayos.

Como curiosidad, el último ensayo de este tipo del que tenemos constancia, es el de un fuselaje más o menos característico de un eVTOL. Hay que destacar también que el ensayo se realiza sin tren de aterrizaje ni patines, entendemos que simulando un aterrizaje de emergencia en una aeronave de este estilo que ha tenido problemas para desplegar el tren. Los resultados no fueron muy alentadores… así que es de esperar que pidan algún tipo de medida correctiva. ¿Llevar tren o patines fijo?

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Northrop Grumman y la NASA se asocian para integrar las aeronaves no tripuladas en el espacio aéreo

Northrop Grumman está colaborando con la NASA para desarrollar y probar soluciones para integrar grandes sistemas de aeronaves no tripuladas en el espacio aéreo estadounidense.

El esfuerzo se centrará en las operaciones de carga aérea y es parte del subproyecto Pathfinding for Air Traffic Management-eXploration (ATM-X) de la NASA para el espacio aéreo con vehículos autónomos. Este trabajo incluirá la coordinación con la FAA, revisiones de preparación de vuelo y desarrollo de un plan de prueba para simulaciones y demostraciones de vuelo.

Al asociarnos con la NASA, detallaremos los requisitos y las soluciones para hacer posible que las aeronaves autónomas, en este caso de carga aérea, se integren sin problemas y de manera segura en el espacio aéreo nacional. Nuestro trabajo conjunto mejorará el acceso al espacio aéreo y transformará la forma en que se utilizan los sistemas no tripulados para transportar mercancías a través de los EE. UU.

Tom Jones, vicepresidente corporativo y presidente de Northrop Grumman Aeronautics. Sistemas

Nota de prensa vía Spacewar

Boeing y la NASA construirán un prototipo de «airliner» con alas arriostradas de gran alargamiento

Visión artística del demostrador del airliner del futuro, con ala super esbelta y arriostrada

En el intento de lograr reducir las emisiones de la aviación, Boeing y la NASA han lanzado un proyecto de 425 millones de dólares para diseñar y fabricar un avión demostrador de lo que podría ser el avión de aerolínea del futuro.

Este avión mantiene la forma clásica de fuselaje de tubo, e incorpora un ala de gran alargamiento arriostrada. El ala de gran alargamiento reduce la resistencia inducida, y la riostra hace posible esta gran envergadura sin subir en exceso el peso de la unión al fuselaje, o encastre.

Alas de tal envergadura podrían requerir mecanismos de plegado, cual avión de portaaviones, si superasen las envergaduras para las que están diseñados actualmente los aeropuertos.

Para los que esperaban un avión del futuro con forma de ala volante, explicar que mantener la forma de tubo tiene sentido dado que en un ala volante la presurización es compleja, el tiempo de evacuación podría crecer, las posiciones de los asientos más alejadas de la línea central del avión podrían ser incómodas para los pasajeros durante distintas maniobras, además de que la logística aeroportuaria, incluidas terminales, están diseñadas para aviones de fuselaje tipo tubo. Así pues no es sorprendente que se mantenga esta configuración de tubo y ala.

También podemos observar en el modelo que la flecha del ala, la inclinación hacia atrás de la misma, es menor, de lo que se infiere unas menores velocidades de crucero. Por la forma del ala y la posición de los motores en él se abre la posibilidad a nuevas motorizaciones, desde turbofanes de más alto índice de derivación a turbohélices avanzados o incluso conceptos de rotor abierto.

SUGAR en túnel de viento
Avión de Marcel Hurel comparado con el Sugar.

El avión es una evolución del que ya ensayaran en túnel de viento en 2016, y recuerda al concepto de diseño de Marcel Hurel, y os aconsejamos la lectura de estos dos artículos nuestros que os acabamos de enlazar para ampliar información.

Vamos ahora con la nota de prensa de Boeing

Nota de prensa de Boeing

– La NASA, Boeing y sus socios tienen como objetivo reducir el uso de combustible y las emisiones hasta en un 30 % en aviones de pasillo único

– Los avances en tecnología sostenible son cruciales para alcanzar el objetivo de la aviación civil de tener cero emisiones netas de carbono para 2050

La NASA seleccionó a Boeing  para liderar el desarrollo y las pruebas de vuelo de un demostrador tecnológico del concepto Transonic Truss-Braced Wing (TTBW).

Las tecnologías demostradas y probadas como parte del programa Demostrador de vuelo sostenible (SFD) proporcionarán información imprescindible para los diseños futuros , que podrían conducir a avances aerodinámicos y de eficiencia de combustible.

Cuando se combina con los avances esperados en los sistemas de propulsión, los materiales y la arquitectura de los sistemas, un avión de pasillo único con una configuración TTBW podría reducir el consumo de combustible y las emisiones hasta en un 30 % en relación con los aviones de pasillo único más eficientes de la actualidad, dependiendo del perfil del vuelo. El programa SFD tiene como objetivo promover el compromiso de la industria de la aviación civil de alcanzar cero emisiones netas de carbono para 2050, así como los objetivos establecidos en el Plan de Acción Climática de la Aviación de EE. UU. de la Casa Blanca.

Las alas ultra esbeltas arriostradas de gran alargamiento, podrían eventualmente acomodar motores  más avanzados, cuyo uso ahora queda restringido por la falta de espacio debajo del ala en las configuraciones actuales. Para el vehículo de demostración, Boeing utilizará elementos de vehículos existentes y los integrará con componentes completamente nuevos.

La financiación de la NASA a través del Acuerdo de la Ley Espacial SFD asciende a 425 millones de dólares. El programa SFD también aprovechará hasta $ 725 millones en fondos de Boeing y sus socios de la industria para dar forma al programa de demostración y satisfacer las necesidades de recursos requeridas. Por separado, las inversiones internas anteriores de Boeing para las fases recientes de investigación de aviación sostenible totalizan $ 110 millones.

El concepto de fuselaje TTBW es el resultado de más de una década de desarrollo respaldado por la NASA, Boeing y las inversiones de la industria. Bajo programas anteriores de la NASA, incluido el programa Subsonic Ultra Green Aircraft Research de la agencia, Boeing realizó extensas pruebas en túneles de viento y modelado digital para avanzar en el diseño del TTBW. Los primeros estudios conceptuales comenzaron bajo el programa de Aviación Ambientalmente Responsable de la NASA.

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NASA prueba rotores del octocóptero que volará en Titán

La NASA ha probado en el túnel de viento de Langley una pareja de rotores del helicóptero multirrotor que mandará a Titán, la luna de Saturno, con la misión Dragonfly.

Los investigadores simularon las condiciones previstas para el vuelo estacionario, el descenso y el ascenso, y evaluaron las cargas aerodinámicas de cada rotor con una variedad de velocidades del viento, ángulos del eje de giro y velocidades de rotación. También realizaron pruebas con un rotor en funcionamiento y el otro inmóvil para evaluar los modos de seguridad ante el fallo.

Los sensores y acelerómetros en el especimen de prueba midieron las cargas y aceleraciones en cada rotor. El análisis preliminar de los datos indica que las predicciones de CFD (computación de fluidos por ordenador) sobre el rendimiento del rotor y los requisitos de potencia son válidas, y predicciones similares para la operación en Titán están dentro de las tolerancias esperadas de la misión.

Las pruebas en esta instalación única en su tipo fueron un primer paso crucial para hacer realidad esta emocionante misión. Los datos que recopilamos en el tunel de viento nos darán una imagen mucho más clara de cómo podemos esperar que funcionen los rotores de Dragonfly en la atmósfera alienígena de Titán.

Richard Heisler, líder de ensayos en túnel de viento para Dragonfly

Se trata del helicóptero de la misión Dragon Fly. El helicóptero será un octorrotor, de 450kg, cuyo fuselaje medirá unos 2m de largo (del morro a la cola) y otros dos de ancho (del punto más externo del diámetro descrito por las palas del rotor al otro).

El lanzamiento de Dragonfly está programado para 2027, y la llegada a Titán para 2034, cuando comenzará lo que se espera sea una misión de 3 años para explorar y arrojar luz sobre la compleja química en el exótico satélite. Fue seleccionado en junio de 2019 como parte del programa New Frontiers de la NASA, que incluye la misión New Horizons a Plutón y el Cinturón de Kuiper, Juno a Júpiter y OSIRIS-REx al asteroide Bennu. Dragonfly está dirigido por la investigadora principal Elizabeth Turtle en APL, que se encuentra en Laurel, Maryland.

Se convertiría así en el segundo helicóptero en volar en una atmósfera distinta de la de la Tierra, habiendo sido el primero el Ingenuity (~2kg de masa al despegue y 1.2m de diámetro de rotor).

Las condiciones que se va a encontrar el Drafonfly en Titán son justo las contrarias que el Ingenuity en Marte. Si en Marte había que volar en una atmósfera mucho menos densa que la terrestre y con mucha menos presión, en Titán el octorrotor deberá volar en una atmósfera que se encuentra a unos -177ºC, 1.6 atmósferas de presión y que tiene una densidad de 5.9kg/m³, y 1.35m/s² de aceleración de la gravedad frente a los 15ºC, 1 atmósfera, 1.225kg/m³ y 9.81m/s² de la Tierra.

Por comparar, la gravedad de Marte es entorno a un tercio de la de la Tierra (3.72m/s² frente a los 9.81m/s²). Sin embargo ¡la densidad de la atmósfera es de un 1% la de nuestro planeta (~0.01kg /m3 frente a los 1.225kg/m3).

Así pues el diseño tiene que afrontar los problemas opuestos a los que os contamos que tenía que superar el Ingenuity: muchísima densidad y poca aceleración de la gravedad.

La sustentación depende proporcionalmente de la densidad del aire y de la velocidad de rotación de los rotores de los rotores. La sustentación ha de vencer al peso para que Dragonfly pueda volar. Al tener mucha más densidad que en Marte, no será necesario que roten tan rápido como las del Ingenuity. Así pues, como en el caso del helicóptero marciano, aunque las leyes de la aerodinámica son conocidas, tendrán que rediseñar todo, posiblemente incluso los perfiles aerodinámicos, para adaptarlos a la atmósfera de Titán.

Otros retos de la ingeniería será la elección de los materiales, puesto que sus propiedades mecánicas se degradan mucho con temperaturas tan bajas, el diseño de la electrónica, así como la navegación: como en el caso de Marte no se cuenta con una red de satélites para dotar de navegación GPS al helicóptero.

Fuentes

NASA [ -1-] y [-2-], las fotos se las he robado a Daniel Marín.