Un nuevo subcomité está ayudando a transformar el mundo de las aeronaves de despegue y aterrizaje eléctricos verticales (eVTOL).

By KATHY HUNT

Nov 29, 2023

Las aeronaves de despegue y aterrizaje verticales (VTOL) han recorrido un largo camino desde el revolucionario vuelo de 20 segundos del helicóptero Cornu en 1907. Desde aquel primer vuelo en Normandía, Francia, hasta la introducción de los helicópteros comerciales en la década de 1940 y el Osprey de rotor basculante de la década de 1980, las personas imaginan utilizar estos vehículos para el transporte personal. Sus defensores llevan mucho tiempo sosteniendo que los “taxis aéreos”, como se los conoce coloquialmente, aliviarían la congestión del tráfico, reducirían la demanda de infraestructuras pavimentadas y llevarían rápidamente a las personas a sus destinos.

En las últimas décadas, el interés ha pasado de las aeronaves VTOL a base de petróleo a un tipo de taxi aéreo más sostenible que tiene las ventajas de vuelo de los aviones y las de aterrizaje de los helicópteros: las aeronaves de despegue y aterrizaje eléctricos verticales (eVTOL). Propulsados por baterías, las aeronaves eVTOL prometen cero emisiones y menos contaminación acústica, además de las ventajas de las VTOL convencionales. A medida que los grandes fabricantes y las nuevas empresas ponen la mira en la producción de eVTOL, el sueño del taxi aéreo podría convertirse en realidad muy pronto.

En julio de 2023, la Administración Federal de Aviación de EE. UU. (FAA) impulsó aún más el concepto de taxi aéreo con su plan de integrar eVTOL y otras aeronaves eléctricas en la actual infraestructura aérea estadounidense para el año 2028. La FAA también ha concedido certificados especiales de aeronavegabilidad a los fabricantes de eVTOL Archer y Joby Aviation para realizar pruebas de vuelo de sus taxis aéreos. Fuera de Estados Unidos, la empresa alemana de movilidad aérea urbana (MAU) Volocopter será la primera en obtener la certificación de la Agencia de la Unión Europea para la Seguridad Aérea (AESA) para su eVTOL. Volocopter tiene previsto distribuir sus aeronaves eléctricas en todo el mundo y lanzar un servicio comercial de taxis aéreos en 2024.

PARA USTED: La promesa de la movilidad aérea urbana

El nuevo subcomité de ASTM International sobre infraestructura de sistemas aéreos no tripulados (UAS) (F38.04), creado en el verano de 2023, contribuye a garantizar que los eVTOL dispongan de una infraestructura adecuada, que incluya una estructura apropiada para el despegue y el aterrizaje. La infraestructura se refiere tanto al sistema de gestión del tráfico de los UAS como a la arquitectura física: los vertipuertos. Según se define en la especificación estándar de ASTM para el diseño de vertipuertos (F3423), un vertipuerto es el área de tierra, agua o estructura utilizada para el aterrizaje y despegue de aeronaves VTOL. Incluye todos los edificios e instalaciones asociados.

“Uno de los motivos por los que contamos con el subcomité de infraestructura es que es necesario integrar de forma segura la gestión del tráfico aéreo heredada con estas nuevas plataformas, AAM (movilidad aérea avanzada) y UTM (gestión del tráfico de sistemas de aeronaves no tripuladas)”, afirma Phil Kenul, presidente del Comité de sistemas de aeronaves no tripuladas (F38) y consultor de aviación para ASTM. “Tenemos toda esta nueva tecnología revolucionaria: la expectativa es que en el futuro volemos como los Supersónicos. Pero debemos asegurarnos de que esto no interfiera con las plataformas de la policía y los servicios médicos de urgencia en estas altitudes más bajas o con la expansión de los servicios de entrega de paquetes desde UAS. El subcomité trabaja en la gestión del tráfico AAM y en los protocolos de comunicación del proveedor de servicios de movilidad aérea urbana (PSU). Para eliminar de forma segura los conflictos entre todos estos usuarios del espacio aéreo será necesario un nuevo enfoque de la infraestructura”.

“Hasta ahora, el sector de los UAS ha gestionado en gran medida el tráfico aéreo y no ha interferido con la plataforma existente, pero es posible que, en última instancia, la AAM requiera un enfoque diferente”, afirma Kenul.

Vertipuertos

Un supuesto obvio respecto de dónde despegarían y aterrizarían los eVTOL es que utilizarían los helipuertos terrestres o elevados/de techo existentes. Sin embargo, a diferencia de los helicópteros con motor de combustión, los eVTOL requieren una infraestructura de carga eléctrica que no poseen los actuales helipuertos. Por otra parte, las baterías de iones de litio que alimentan los eVTOL requieren un plan de seguridad contra incendios diferente. Como estas baterías no necesitan oxígeno exterior para quemarse y son propensas a encenderse de nuevo, los extintores tradicionales y los sistemas de extinción con espuma no serían eficaces en un incendio de eVTOL. El acceso una gran cantidad de agua es fundamental.

“Cuando se analizan los criterios empleados para los helipuertos, muchos se basan en una gran cantidad de antecedentes”, explica Rex Alexander, presidente y director ejecutivo de Five-Alpha LLC y asesor de infraestructuras de la Vertical Flight Society.

“La primera circular de diseño de helipuertos fue publicada por la FAA en 1959. Si observamos la circular [AC 150/5390] desde un punto de vista histórico, habla del hecho de que los helicópteros pueden utilizar los helipuertos porque están certificados como helicópteros en virtud del CFR Título 14 Parte 27 o 29. Si analizamos los eVTOL de movilidad aérea avanzada, debemos asegurarnos de que, si van a utilizar un helipuerto, al menos, cumplan o superen las capacidades de rendimiento que se exigen a los helicópteros para su certificación. No obstante, nadie ha publicado datos sobre el rendimiento de los eVTOL. ¿De qué son capaces y, lo que es más importante, de qué no son capaces? ¿Cuáles son sus deficiencias aerodinámicas?”.

Alexander señala que el helipuerto medio de EE. UU. está diseñado con un área de aterrizaje y despegue (TLOF) de 40 x40 pies (12 x 12 metros) o menos, lo que sería insuficiente para un vertipuerto según los criterios que figuran en el Informe de ingeniería (EB) n.º 105 de la FAA, Diseño de vertipuertos. El EB 105 se basa en los criterios de los helipuertos de transporte y requiere una superficie mayor que la de un helipuerto medio de aviación general (GA). Requiere aproximadamente el doble de espacio que un helipuerto GA para albergar el espacio aéreo despejado y sin obstáculos necesario para un TLOF, un área de aproximación final y despegue (FATO) y un área de seguridad.

Aunque, en la actualidad, no existe una forma ni dimensiones comunes para los taxis aéreos, todos comparten una característica y una limitación de espacio: las alas.

“Cuando se dice ‘eVTOL’, se está haciendo referencia a muchos diseños diferentes: elevador motorizado, giroavión, ala fija”, comenta Jonathan Daniels, miembro de ASTM y presidente del subcomité F38.04. También es director ejecutivo de Praxis Aerospace. “Construir algo que pueda manejar esas características de rendimiento es un desafío”.

Los nuevos estándares para los vertipuertos garantizarán que los eVTOL cuenten con una infraestructura sólida.

Además, hay dudas sobre los casos de uso y los helipuertos públicos frente a los privados. Actualmente, la FAA identifica 6156 helipuertos en EE. UU. en su sistema Portal de datos e información aeroportuaria (ADIP). De este número, 54 están identificados como de uso público y no requieren permiso previo del propietario para su utilización. Según Alexander, en función de su investigación independiente, cerca del 11 % de los helipuertos de uso público podrían admitir potencialmente un modelo de transporte público AAM que utilice aeronaves eVTOL. El resto están limitados por su entorno, como la presencia de edificios, cables, antenas y árboles, y por el hecho de que los helipuertos nunca se diseñaron para el volumen de tráfico previsto de las operaciones de taxi aéreo de AAM. Alexander prevé que un mínimo de 30 despegues y aterrizajes de eVTOL por hora desde un único vertipuerto permitiría un modelo de negocio rentable.

Información y comunicación

En F3423, la industria eVTOL tiene los requisitos para planificar, diseñar y establecer vertipuertos. Pero, ¿cómo difundirá la información crítica y gestionará el tráfico aéreo cerca de estos lugares? Para afrontar estas inquietudes, el subcomité de infraestructuras de ASTM ha redactado la nueva especificación para el rendimiento del proveedor de servicios de datos suplementarios (SDSP) de automatización de vertipuertos (WK85153). El tema de trabajo define los servicios SDSP de automatización de vertipuertos para proveedores de servicios UAS (USS) y otros proveedores, operadores UTM y proveedores de servicios para UAM, que también se conocen como PSU. Estos servicios permitirán operaciones fundamentales, como dentro del alcance de la línea visual (VLOS) y más allá del alcance de la línea visual (BVLOS) para UAS, y también ayudarán en la planificación de vuelos y en la toma de decisiones en vuelo para UAS y UAM.

“Se trata de la parte informativa o digital, que explica qué información saldrá del vertipuerto y se facilitará a los usuarios”, explica Kenul. “Puede tratarse de información meteorológica, apoyo a la navegación o comunicación con la FAA cuando sea necesario. Es toda la información necesaria para realizar el aterrizaje y el despegue en vertipuertos. El tema de trabajo surgió de un estudio de la NASA y abordará tanto el hardware como el software”.

La especificación puede ofrecer pautas sobre cómo presentar la información al operador del eVTOL, teniendo en cuenta los factores humanos y el conocimiento de la situación. También puede dar soporte a otras capacidades USS/PSU, como el geoperimetraje y la planificación de vuelos para aplicaciones que incluyan UAS y UAM. La fundamentación del tema de trabajo establece que debe ayudar a abordar “las consideraciones y exenciones basadas en el riesgo, las certificaciones operativas y las certificaciones de equipos al permitir la determinación de los límites de rendimiento que son aceptables para los reguladores civiles”.

Para recopilar esta información, los vertipuertos deberán contar con una serie de sensores y otros instrumentos in situ. Estos dispositivos deben medir o registrar las condiciones meteorológicas, los niveles de ruido, los peligros potenciales y los residuos, entre otras cosas.

“Nos referimos al estándar de SDSP como el hotels.com de los vertipuertos. La idea es que se conecte al sistema o a la aplicación y diga: ‘Voy a volar a este punto y quiero estacionar en esta ubicación. ¿Tienen la estación de carga que necesito y estará disponible?’”, comenta Daniels.

Agrega que el estándar de los vertipuertos es escalable y puede aplicarse a los drones, que tienen problemas similares a los de los eVTOL.

Los eVTOL y la movilidad aérea avanzada

Cuando se implementa una nueva tecnología como la AAM, hay que explorar todos los desafíos posibles. Para los eVTOL, la conectividad de red es un buen punto de partida.

“La conectividad de red es fantástica cuando se está en un lugar donde se dispone de una gran redundancia de conectividad. En cuanto uno va a un lugar donde no está presente y se produce una falla del GPS, todo se detiene”, amplía Daniels. “Con la conectividad en los vertipuertos, nos referimos a tener esa redundancia. Y si se desconecta, ¿los vertipuertos tienen la obligación de disponer de esa infraestructura para que se pueda seguir conectando, aunque sea de forma local? Mientras esté dentro de la línea de visión (puedo ver los vertipuertos y estoy llegando a tierra), ¿necesito tener radio, comunicaciones de datos y ese tipo de cosas en funcionamiento?”.

LECTURA ADICIONAL: Los drones se vuelven masivos

El subcomité de infraestructura también trabajará para garantizar que los eVTOL no interfieran con las comunicaciones terrestres. “Ya hemos encontrado casos en los que la tecnología 5G ha interferido con los antiguos altímetros de radar. Tuvimos que cambiar las reglas de los helicópteros y crear nuevos dispositivos para evitar problemas de seguridad. Entonces, ¿cómo podemos hacer para que los eVTOL y los drones dependan de la tecnología 5G para su conectividad, ya que tienen que comunicarse entre sí? Es un aspecto que estudiaremos en el subcomité 38.04”, afirma Daniels.

Otro aspecto preocupante es el movimiento en tierra de las aeronaves eVTOL, algunas de las cuales no cuentan con ruedas. “¿Se va a jalar o remolcar la plataforma? ¿Es autopropulsada o robotizada?”, se pregunta Alexander. “Si tiene ruedas, no querrá consumir la electricidad que lleva incorporada para moverlo por sus propios medios y, desde luego, no querrá que se mantenga suspendido. Lo mejor es aterrizar y apagar el motor lo más rápido posible para conservar energía y prolongar la autonomía”.

Otros aspectos que se deben tener en cuenta son el radio de giro mínimo y si las ruedas de un eVTOL soportarán un uso diario riguroso.

En lo que respecta específicamente a la UAM, se pone en tela de juicio la cantidad de espacio aéreo de que dispone un eVTOL para despegar y aterrizar. En las áreas urbanas densas, que son el mercado objetivo de los taxis aéreos, el espacio abierto es escaso, pero hay muchos obstáculos.

“Tenemos estos hermosos renders de aviones que vuelan entre dos edificios, en posición completamente vertical durante todo el trayecto. Es una maniobra de vuelo extremadamente difícil y, ante una emergencia, no se tiene capacidad de reacción. Lo mejor que se puede esperar es que suba o baje. Debe esperar no perder el control e irse de lado, porque ya no está volando en un cañón urbano, sino que cae por el pozo de una mina”, afirma Daniels.

La ausencia de vertipuertos operativos también es un cuello de botella. Aunque hay varios helipuertos estadounidenses con base en aeropuertos que se autodenominan “vertipuertos”, no disponen de este tipo de capacidad. Cumplir con los requisitos de rendimiento para el despegue y el aterrizaje verticales, y los requisitos de asistencia, como la carga eléctrica, son desafíos a los que se enfrentan los helipuertos para soportar los eVTOL.

En la actualidad, no hay vertipuertos operativos en Estados Unidos, pero sí existen vertipuertos beta cerca de París y en Singapur, Roma y Coventry. Centrados en demostraciones puntuales, no están preparados para vuelos eVTOL de rutina.

Sin embargo, los vuelos regulares de eVTOL están cada vez más cerca. Los residentes de Orlando, Florida, prevén la finalización del vertipuerto Lilium Lake Nona para 2025. Creado en colaboración con la empresa alemana de aviación Lilium y la ciudad de Orlando, el vertipuerto servirá de centro de operaciones de AAM y facilitará los viajes en eVTOL a más de 20 millones de personas en un radio de 300 kilómetros.

Para obtener más información sobre el subcomité de infraestructura del UAS (F38.04) o si desea unirse al grupo, póngase en contacto con la responsable de personal Mary Mikolajewski.

Kathy Hunt es una periodista y escritora que reside en la costa este de los EE. UU.