Dec 23, 2020

La promesa de movilidad aérea urbana

Los expertos están trabajando en los estándares para hacer realidad los eVTOL o taxis aéreos.

Por Jack Maxwell

Ir de un punto A a un punto B en las áreas urbanas congestionadas puede ser un verdadero calvario. Ya sea que usted conduzca su propio automóvil o dependa de taxis o servicios de transporte compartido, sin duda ha pasado el equivalente a días, meses o incluso años en medio del tránsito. Quizás haya mirado hacia el cielo e imaginado lo bueno que sería volar por encima del embotellamiento.

No mire ahora, pero hay toda una industria trabajando para hacer realidad el sueño de la movilidad aérea urbana (UAM). Varias compañías están centrando sus esfuerzos en una aeronave híbrida única que pueda despegar y aterrizar en vertical como un helicóptero y volar como un avión, y que utilice sistemas de propulsión eléctrica silenciosos y con bajas emisiones. Conocidos como eVTOL, por las siglas en inglés de "despegue y aterrizaje vertical eléctrico" ("electric vertical takeoff and landing"), estos vehículos podrían llegar a ser un día tan comunes como los taxis y Uber.

Sin embargo, antes de que despegue el primer taxi aéreo eVTOL será necesario mucho desarrollo de infraestructura, ingeniería e innovación tecnológica. También es crucial para el futuro de esta prometedora opción de transporte la creación de sólidos estándares y el correspondiente marco regulatorio para garantizar la seguridad de los pasajeros y de quienes están en tierra. Los comités de ASTM International están liderando este esfuerzo.

Tecnología madura, nueva aplicación

Los lectores con conocimientos de aeronaves militares están familiarizados con dos de los más conocidos ejemplos de la tecnología VTOL: el Harrier Jump Jet y el Bell Boeing V22 Osprey. El Harrier, británico, cuenta con toberas montadas sobre los motores de reacción de la aeronave que pueden girarse hacia abajo para un despegue casi vertical o hacia atrás para un vuelo tradicional. El Osprey, estadounidense, emplea un diseño de rotores basculantes para lograr una flexibilidad operativa similar.

Las capacidades únicas de este tipo de máquina voladora —probadas a lo largo de décadas de desarrollo, ensayos y puesta en servicio— son de particular interés de las partes interesadas en el espacio de la UAM. Sin embargo, los temas relacionados con el ruido y el deseo de reducir el impacto ambiental han llevado a muchas de las empresas que trabajan actualmente en estas aeronaves a explorar alternativas a los tradicionales motores de combustible fósil.

De ahí viene la "e" de eVTOL. La "e" significa "eléctrico" y también implica silencio o, al menos, una experiencia más silenciosa que el ruido de un helicóptero tradicional. Una señal del nivel de interés en un enfoque más sostenible para la propulsión de las aeronaves de UAM viene de la publicación Electric VTOL News de la Vertical Flight Society. El sitio enumera más de 100 prototipos de eVTOL eléctricos e híbridos-eléctricos en diferentes etapas de desarrollo hasta septiembre de 2019.

Los sistemas y unidades de propulsión eléctrica (baterías, almacenamiento de energía, etc.) representan el foco de los esfuerzos de ASTM International en pos del desarrollo de estándares para este nuevo modo de transporte. Sin embargo, mientras los estándares relacionados con este elemento único del diseño de eVTOL representan una nueva frontera para el Comité sobre Sistemas de aeronaves (F39), existe una variedad de especificaciones, guías y estándares relacionados con la aviación que pueden utilizarse o adaptarse para abordar los desafíos que enfrenta la comercialización de la tecnología de eVTOL.

La promesa de autonomía

"Los estándares existentes ofrecen cerca del 80 % de la solución tal como están, pero algunos de ellos deben revisarse o ampliarse y también deben crearse algunos estándares nuevos", explicó Anna Dietrich. Ella es consultora industrial, fundadora de la Iniciativa para la movilidad aérea comunitaria, sin fines de lucro, y presidente del Comité de asesoramiento estratégico AC377, que actualmente está compuesto por miembros del Comité sobre Sistemas de aeronaves no tripuladas (F38), el F39 y el Comité sobre Aeronaves de aviación general (F44). Se espera que en breve se una el Comité sobre Personal aeroespacial (F46).

El mandato principal del AC377 es examinar la autonomía en todos los aspectos de la aviación, desde los pequeños sistemas autónomos no tripulados (drones) hasta las aeronaves de aviación general y el espacio de UAM. Muchas de las empresas y organizaciones que trabajan en los eVTOL están explorando los temas relacionados con las aeronaves autónomas, aunque existe consenso en torno a que los taxis aéreos sin piloto están lejos de hacerse realidad (se amplía más adelante).

El comité AC377 ha estado muy atareado. El verano pasado, el comité publicó un informe técnico que abarca la terminología y un marco para determinar los requisitos de certificación para los sistemas autónomos. La publicación es el primer informe técnico de este tipo producido por ASTM International.

Pensado como una guía, el informe incluye información relevante de varios comités de ASTM International que han desarrollado docenas de estándares relacionados con la aviación, así como de organizaciones externas como la Asociación de Fabricantes de Aviación General, SAE International (con referencia a su trabajo sobre vehículos terrestres autónomos) y varias agencias del gobierno de los EE. UU. como la Administración Federal de Aviación (FAA).

Actualmente, se está redactando un segundo informe técnico centrado en los "pilares de la autonomía" —las principales áreas técnicas que deben tenerse en cuenta en cualquier proyecto de autonomía de la aviación—. El ámbito normativo será el tema de un tercer informe, que incluirá las bases de la certificación (el proceso legal que utiliza la FAA para aprobar una solicitud) y los medios de cumplimiento (cómo demuestra un solicitante que ha cumplido con los requisitos de las bases de la certificación).

Es probable que no haya aeronaves autónomas para pasajeros dando vueltas a su ciudad a corto plazo. Tom Gunnarson es el director de asuntos reglamentarios de Cora, un taxi aéreo completamente eléctrico autónomo para dos personas. “La mayoría de los fabricantes y operadores de aeronaves eVTOL esperan que en la etapa final el taxi aéreo sea autónomo", comenta. "Algunos creen que comenzar con un piloto a bordo permitirá comercializarlo más rápido, a pesar de que muchos de los sistemas de vuelo autónomo se están integrando a la aeronave desde el inicio. Otros comenzarán el servicio sin piloto a bordo. En cualquier caso, las autoridades limitarán las operaciones iniciales y permitirán paulatinamente más accesos a medida que los datos de seguridad aumenten la confianza pública".

Cerrar las brechas

El trabajo del comité AC377 de Dietrich a lo largo de los últimos 18 meses dio lugar a la formación de otro comité de asesoramiento estratégico de ASTM en abril. "El AC433 es el grupo de los medios de cumplimiento de eVTOL", explica. "Lo que estamos haciendo es tomar los análisis de brechas que han hecho los miembros de AC377 y ver cómo cerrar esas brechas. Algunas son muy, muy pequeñas. Otras necesitan un estándar completamente nuevo".

Liderado por ella y por Gunnarson, el comité AC433 no redactará el contenido técnico real de los nuevos estándares. En cambio, identificará las áreas que necesitan nuevo contenido y luego pedirá a los directores que trabajen con los comités adecuados para la redacción de los estándares técnicos en cada área específica. El comité también funcionará como una especie de gerente de proyectos, que se ocupará del seguimiento de más de dos docenas de trabajos de ASTM relacionados con eVTOL. La meta es garantizar que este trabajo se coordine tanto como sea posible con el de otras organizaciones que desarrollan estándares (SDO) en Estados Unidos y en el mundo.

Rectificar la brecha de un medio de cumplimiento puede ser tan sencillo como agregar un párrafo a un estándar existente o tan difícil como desarrollar uno completamente nuevo para una tecnología hasta ahora inimaginable. La división 80/20 entre los estándares actuales que pueden adaptarse a las necesidades de los eVTOL y las áreas que requieren nuevos estándares debería ser útil para quienes intentan promover la causa de la movilidad aérea urbana.

Como presidente del Comité sobre Aeronaves de aviación general, Greg Bowles está muy familiarizado con el 80 %. Él explica que muchos de los estándares recientes de aviación están redactados de forma que sea más fácil modificarlos. Por ejemplo, los métodos tradicionales de hacer análisis estructural y descubrir los márgenes de los materiales se han actualizado para tener en cuenta nuevos materiales y mejores diseños.

"Podemos tomar todo el trabajo realizado hasta ahora por la aviación tradicional y mejorarlo ligeramente dentro de los estándares. Eso nos permite hacer cosas en las estructuras y los diseños de las aeronaves que ayudan a todos, desde la aviación tradicional hasta este nuevo campo de la movilidad urbana", dice Bowles, miembro de la junta directiva de ASTM International.

Dietrich señala que otro estándar que puede ajustarse con relativa facilidad para abordar el diseño inusual de las aeronaves de despegue y aterrizaje vertical es el F3083 sobre accidentes en base al desempeño, correspondiente al comité F44. "Deberíamos agregar un párrafo relacionado con las condiciones óptimas de cargas verticales que se esperarían en el improbable evento de que una aeronave eVTOL se accidente en el despegue. Es un ejemplo en el que, con relativamente poco esfuerzo, podemos valernos de los datos y la información aceptada para las aeronaves de rotores y helicópteros tradicionales", nos dice.

Luego está el 20 % en el que la promesa de nueva tecnología debe examinarse y evaluarse desde todos los ángulos —con la seguridad como prioridad— y codificarse en un régimen de estándares aceptable para todas las partes interesadas.

"Un área en la que ya se ha creado una cantidad importante de contenido es la de los estándares para la unidad de propulsión eléctrica y la forma de integración de un motor eléctrico en una aeronave", explica Dietrich. "El año pasado salió un nuevo estándar en el ámbito del comité F39, que trata sobre la propulsión eléctrica y cómo se aplican los requisitos a esos componentes. También hubo revisiones a los estándares de integración de la propulsión en el comité F44, para abordar la propulsión eléctrica".

Es evidente que los esfuerzos de ASTM para promover la causa del desarrollo de estándares de eVTOL generan mucha actividad en varios frentes. Y aunque los taxis aéreos autónomos estén lejos de hacerse realidad, el trabajo que está haciendo el comité sobre sistemas de aeronaves no tripuladas está sentando las bases para un futuro sin pilotos.

Jonathan Daniels, director ejecutivo de Praxis Aerospace, es el secretario de membresía del F38 y presidente del subcomité F38.03. Él destaca que muchos diseños de drones pequeños son en esencia eVTOL en miniatura, y que el comité completó la especificación para el diseño, construcción y verificación de sistemas de aeronaves no tripuladas ligeras (F3298) en 2018. Se definen como "ligeras" las aeronaves que pesan menos de 1320 libras (599 kilogramos). El comité está trabajando ahora en la especificación para el diseño y la construcción de UAS grandes, que abarcará las aeronaves que pesen hasta 19 000 libras (8618 kilogramos), que es un poco más que el peso típico de un taxi aéreo eVTOL actualmente previsto en la industria.

Aunque estos estándares serán valiosos sin duda a medida que evolucionen los eVTOL, Daniels cita un trabajo sobre diseño de vertipuertos (WK59317) como el cruce más directo del comité hacia los ecosistemas de movilidad. "Comenzamos con los vertipuertos gracias a la existencia de un estándar para el manejo de UAS en diversos aeródromos y un trabajo propuesto para puertos de drones", dice Daniels. "Una vez que iniciamos los grupos de trabajo, nos dimos cuenta rápidamente de que los UAS de mayor tamaño necesitaban los mismos tipos de instalaciones que los eVTOL y decidimos combinarlos. El estándar propuesto para vertipuertos corresponde a aeronaves de categoría estándar [7 000 libras/3175 kg y nueve pasajeros], aeronaves con piloto opcional y aeronaves no tripuladas".

Gunnarson destaca que algunos de los trabajos del comité F38 centrados en la integración del espacio aéreo y la fiabilidad del software también pueden ampliarse para dar la asistencia necesaria a la certificación de aeronaves de mayor tamaño, como los taxis aéreos para pasajeros.

Progreso mediante estándares

Desde la promulgación de la Ley Nacional de Transferencia y Avance de Tecnología (National Technology Transfer and Advancement Act) de los EE. UU., se dispuso que las agencias federales adoptaran los estándares de consenso privados siempre que fuese posible. Este cambio —de un enfoque prescriptivo, vertical, dirigido por el gobierno a otro que depende de las Organizaciones de desarrollo de estándares (SDO) y las partes interesadas asociadas en el sector privado— aumenta la importancia de los trabajos de ASTM International en el área de movilidad urbana.

"Las antiguas reglas eran muy específicas y nos decían qué debíamos hacer", cuenta Bowles. "Las nuevas reglas nos piden que determinemos en detalle los medios de cumplimiento mediante estándares. Y ASTM se ha convertido en el organismo clave. Cuando se hace un cambio tan radical, se espera que la innovación comience a fluir y que sucedan cosas nuevas, pero creo que todos nos sorprendimos de la velocidad y la innovación que transforma la industria. El uso específico e intencional de los estándares de esta forma, como medio de cumplimiento de los reglamentos en todo el mundo, es una herramienta muy poderosa".

Daniels cree que los esfuerzos de ASTM International y los de otros grupos industriales y partes interesadas van a dar lugar finalmente a un enfoque normativo imparcial e integral. "Parte de nuestro desafío, en todo el sector, es anticipar la ruta que seguirán los reglamentos", nos dice. "La FAA confía cada vez más en el sector para ayudar a guiar el entorno normativo, y eso incluye los estándares desarrollados por ASTM. La utilización de estándares desarrollados en ese tipo de entornos permite mucha más flexibilidad ante la tecnología emergente de lo que hemos visto en el pasado".

Según Dietrich, para resolver el rompecabezas multifacético que es la movilidad aérea urbana será necesario que todas las piezas se alineen correctamente: "Mantener la coordinación entre los actores del sector, mantener abiertos los canales de comunicación entre las organizaciones reguladoras y las que desarrollan los estándares y entre las SDO entre sí serán las claves del éxito".

Jack Maxwell es un escritor independiente que reside en Westmont, Nueva Jersey, EE. UU.