Autoland

El aterrizaje automático en la aviación comercial se desarrolló inicialmente en el Reino Unido , como consecuencia de la frecuente aparición de condiciones de muy baja visibilidad durante el invierno en el noroeste de Europa . Estas condiciones se dan especialmente cuando hay anticiclones sobre Europa Central en noviembre, diciembre y enero, cuando las temperaturas son bajas y la niebla de radiación se forma fácilmente en aire relativamente estable. La gravedad de este tipo de niebla se vio agravada a finales de la década de 1940 y en la de 1950 por la presencia de partículas de carbono y otras partículas de humo en el aire, procedentes de la calefacción y la generación de energía mediante la quema de carbón .

Entre las ciudades más afectadas se encontraban los principales centros urbanos del Reino Unido y sus aeropuertos, como Londres Heathrow , Londres Gatwick , Manchester , Birmingham y Glasgow , así como ciudades europeas como Ámsterdam , Bruselas , París , Zúrich y Milán . La visibilidad en esos momentos podía reducirse a tan solo unos metros (de ahí la famosa niebla londinense del cine) y, combinada con el hollín, creaba una niebla tóxica letal y persistente. Estas condiciones llevaron a la aprobación de la Ley de Aire Limpio del Reino Unido , que prohibió la quema de combustibles que producen humo.

Durante el período inmediatamente posterior a la guerra, British European Airways (BEA) sufrió varios accidentes durante la aproximación y el aterrizaje en condiciones de baja visibilidad, lo que la llevó a centrarse en cómo los pilotos podían aterrizar de forma segura en tales condiciones. Un avance fundamental se produjo al reconocer que, con tan poca visibilidad, la escasa información visual disponible (luces, etc.) era extraordinariamente fácil de malinterpretar, especialmente cuando la necesidad de evaluarla se combinaba con la de volar simultáneamente con instrumentos. Esto condujo al desarrollo de lo que hoy se conoce como el procedimiento de "aproximación supervisada".

Un piloto se encarga del vuelo instrumental preciso, mientras que el otro evalúa las referencias visuales disponibles a la altura de decisión , tomando el control para ejecutar el aterrizaje una vez que se asegura de que la aeronave se encuentra en el lugar correcto y en una trayectoria segura. El resultado fue una mejora significativa en la seguridad de las operaciones con baja visibilidad, y dado que el concepto incorpora claramente amplios elementos de lo que hoy se conoce como gestión de recursos de la tripulación (aunque anterior a esta expresión en unas tres décadas), se amplió para abarcar un espectro de operaciones mucho más amplio que el de la baja visibilidad.

Sin embargo, este enfoque centrado en los factores humanos implicaba reconocer que los sistemas de piloto automático mejorados podrían desempeñar un papel fundamental en los aterrizajes con baja visibilidad. Todos los aterrizajes se basan en los mismos componentes: la navegación desde un punto de altitud hasta el punto donde las ruedas se encuentran sobre la pista deseada. Esta navegación se realiza mediante información procedente de señales visuales externas, físicas o sintéticas, como los instrumentos de vuelo. En todo momento, debe existir información suficiente para garantizar que la posición y la trayectoria (vertical y horizontal) de la aeronave sean correctas.

El problema de operar con baja visibilidad radica en que las referencias visuales pueden reducirse prácticamente a cero, lo que conlleva una mayor dependencia de la información sintética. El dilema de BEA consistía en encontrar la manera de operar sin referencias visuales, dado que esta situación se presentaba en su red con mucha más frecuencia que en la de cualquier otra aerolínea. Era especialmente común en su base principal, el aeropuerto de Londres Heathrow, que podía permanecer cerrado durante días.

Las instalaciones de investigación aeronáutica del gobierno del Reino Unido, incluida la Unidad Experimental de Aterrizaje a Ciegas (BLEU), se establecieron entre 1945 y 1946 en las bases aéreas de RAF Martlesham Heath y RAF Woodbridge para investigar todos los factores relevantes. El personal técnico de vuelo de BEA participó activamente en las actividades de BLEU para el desarrollo del sistema de aterrizaje automático (Autoland) para su flota Trident desde finales de la década de 1950. El trabajo incluyó el análisis de estructuras de niebla, percepción humana, diseño de instrumentos y señales de iluminación, entre otros aspectos. Tras nuevos accidentes, este trabajo también condujo al desarrollo de los mínimos operativos de las aeronaves tal como los conocemos hoy. En particular, dio lugar al requisito de que se informara de una visibilidad mínima disponible antes de que la aeronave pudiera iniciar una aproximación, un concepto que no existía anteriormente. El concepto básico de un "nivel objetivo de seguridad" (10⁻⁷) y del análisis de "árboles de fallos" para determinar la probabilidad de eventos de fallo surgieron aproximadamente en este período.

El concepto básico del aterrizaje automático se basa en la posibilidad de configurar un piloto automático para seguir una señal artificial, como el haz del Sistema de Aterrizaje Instrumental (ILS), con mayor precisión que un piloto humano, debido, entre otras cosas, a las limitaciones de los instrumentos de vuelo electromecánicos de la época. Si el haz del ILS se podía seguir a menor altura, la aeronave estaría más cerca de la pista al alcanzar el límite de uso del ILS, y a menor distancia de la pista, se requeriría menor visibilidad para obtener referencias suficientes que confirmaran la posición y la trayectoria de la aeronave. Con un sistema de señales angulares como el ILS, a medida que disminuye la altitud, todas las tolerancias deben reducirse, tanto en el sistema de la aeronave como en la señal de entrada, para mantener el grado de seguridad requerido.

Esto se debe a que ciertos factores —leyes físicas y fisiológicas que rigen, por ejemplo, la capacidad del piloto para controlar la aeronave— permanecen constantes. Por ejemplo, a 300 pies sobre la pista en una aproximación estándar de 3 grados, la aeronave estará a 6000 pies del punto de aterrizaje, y a 100 pies estará a 2000 pies. Si una pequeña corrección de rumbo requiere 10 segundos para efectuarse a 180 nudos, se necesitarán 3000 pies. Será posible si se inicia a 300 pies de altura, pero no a 100 pies. En consecuencia, solo se puede tolerar una corrección de rumbo menor a menor altura, y el sistema debe ser más preciso.  

Esto impone la exigencia de que el elemento de guiado terrestre, así como los elementos aéreos, cumplan con estándares específicos. Por lo tanto, aunque una aeronave esté equipada con un sistema de aterrizaje automático, será totalmente inutilizable sin el entorno terrestre adecuado. De igual modo, se requiere una tripulación capacitada en todos los aspectos de la operación para reconocer posibles fallos tanto en el equipo aéreo como en el terrestre, y reaccionar adecuadamente, para poder utilizar el sistema en las circunstancias para las que fue diseñado. En consecuencia, las categorías de operaciones de baja visibilidad (Cat. I, Cat. II y Cat. III) se aplican a los tres elementos del aterrizaje: el equipo de la aeronave, el entorno terrestre y la tripulación. El resultado de todo esto es la creación de un espectro de equipos de baja visibilidad, en el que el piloto automático de aterrizaje automático de una aeronave es solo un componente.

El desarrollo de estos sistemas se basó en el reconocimiento de que, si bien el ILS sería la fuente de la guía, el propio ILS contiene elementos laterales y verticales con características bastante diferentes. En particular, el elemento vertical (trayectoria de planeo) se origina en el punto de aterrizaje previsto de la aproximación, es decir, normalmente a 1000  pies del inicio de la pista , mientras que el elemento lateral (localizador) se origina más allá del extremo opuesto. Por lo tanto, la trayectoria de planeo transmitida se vuelve irrelevante poco después de que la aeronave haya alcanzado el umbral de la pista, y de hecho, la aeronave tiene que entrar en modo de aterrizaje y reducir su velocidad vertical bastante tiempo antes de pasar el transmisor de la trayectoria de planeo . Las imprecisiones del ILS básico se podían observar en que solo era adecuado para su uso hasta los 200  pies (Categoría I), y de manera similar, ningún piloto automático era adecuado o estaba aprobado para su uso por debajo de esta altura.

La guía lateral del localizador ILS, sin embargo, se puede utilizar hasta el final de la carrera de aterrizaje y, por lo tanto, se usa para alimentar el canal del timón del piloto automático después del contacto con la pista. A medida que la aeronave se acerca al transmisor, su velocidad disminuye y la efectividad del timón se reduce, compensando en cierta medida la mayor sensibilidad de la señal transmitida. Sin embargo, lo más importante es que la seguridad de la aeronave sigue dependiendo del ILS durante la carrera de aterrizaje. Además, al rodar fuera de la pista y por cualquier calle de rodaje paralela, actúa como reflector y puede interferir con la señal del localizador. Esto significa que puede afectar la seguridad de cualquier aeronave que la siga y que aún utilice el localizador. Por lo tanto, no se puede permitir que dichas aeronaves dependan de esa señal hasta que la primera aeronave se haya alejado completamente de la pista y del área protegida de categoría 3.

El resultado es que, durante estas operaciones de baja visibilidad, las operaciones en tierra afectan mucho más a las operaciones aéreas que en condiciones de buena visibilidad, cuando los pilotos pueden ver lo que sucede. En aeropuertos con mucho tráfico, esto conlleva restricciones de movimiento que, a su vez, pueden afectar gravemente la capacidad del aeropuerto. En resumen, las operaciones de muy baja visibilidad, como el aterrizaje automático, solo pueden llevarse a cabo cuando las aeronaves, las tripulaciones, el equipo de tierra y el control del tráfico aéreo y terrestre cumplen con requisitos más estrictos de lo habitual.

Los primeros aterrizajes automáticos de "desarrollo comercial" (a diferencia de la mera experimentación) se lograron al comprender que las trayectorias vertical y lateral seguían reglas diferentes. Si bien la señal del localizador estaría presente durante todo el aterrizaje, la senda de planeo debía descartarse antes del contacto con la pista. Se reconoció que si la aeronave había alcanzado la altura de decisión (200  pies) en una trayectoria de aproximación correcta y estable —un requisito previo para un aterrizaje seguro—, tendría impulso a lo largo de esa trayectoria. En consecuencia, el sistema de aterrizaje automático podía descartar la información de la senda de planeo cuando esta dejaba de ser fiable (es decir, a 200  pies), y el uso de la información de cabeceo derivada de los últimos segundos de vuelo garantizaría, con el grado de fiabilidad requerido, que la velocidad de descenso (y, por lo tanto, el cumplimiento del perfil correcto) se mantendría constante. Esta fase " balística " terminaría a la altura en la que fuera necesario aumentar el cabeceo y reducir la potencia para iniciar la maniobra de aterrizaje. El cambio de cabeceo se produce sobre la pista en los 1000 pies horizontales que hay entre el umbral y la antena de senda de planeo, por lo que puede detectarse con precisión mediante un radioaltímetro.

El sistema Autoland se desarrolló inicialmente en aeronaves de BLEU y de la Real Fuerza Aérea (RAF), como el English Electric Canberra , el Vickers Varsity y el Avro Vulcan , y posteriormente para la flota Trident de BEA , que entró en servicio a principios de la década de 1960. El Trident era un avión a reacción de tres motores fabricado por de Havilland con una configuración similar a la del Boeing 727, y era extremadamente sofisticado para su época. BEA había especificado que tuviera capacidad de "visibilidad cero" para hacer frente a los problemas de su red propensa a la niebla. Contaba con un piloto automático diseñado para proporcionar la redundancia necesaria para tolerar fallos durante el aterrizaje automático, y fue este diseño el que tenía triple redundancia.

Este piloto automático utilizaba tres canales de procesamiento simultáneos, cada uno con una salida física. El mecanismo de seguridad contra fallos se implementaba mediante un procedimiento de votación con interruptores de par, según el cual, en caso de que un canal difiriera de los otros dos, se descartaba la probabilidad de dos fallos simultáneos similares y los dos canales coincidentes prevalecerían, desconectando el tercer canal. Sin embargo, este sistema de triple votación no es la única forma de lograr una redundancia y fiabilidad adecuadas. De hecho, poco después de que BEA y de Havilland optaran por esta vía, se puso en marcha una prueba paralela con un concepto de doble controlador, elegido por BOAC y Vickers para el avión de largo alcance VC10 de cuatro motores. Este concepto se utilizó posteriormente en el Concorde . Algunos aviones BAC 1-11 utilizados por BEA también contaban con un sistema similar.

Los primeros aterrizajes experimentales controlados por piloto automático en servicio comercial no eran, de hecho, aterrizajes totalmente automáticos, sino que se denominaban "auto-flare". En este modo, el piloto controlaba manualmente los ejes de alabeo y guiñada , mientras que el piloto automático controlaba el "flare" o cabeceo. Estos aterrizajes se realizaban a menudo en vuelos de pasajeros como parte del programa de desarrollo. El piloto automático del Trident disponía de interruptores de activación independientes para los componentes de cabeceo y alabeo, y aunque la desconexión habitual del piloto automático se realizaba mediante un botón convencional en el volante de control, también era posible desactivar el canal de alabeo manteniendo activado el de cabeceo.

En estas operaciones, el piloto había adquirido una referencia visual completa, normalmente muy por encima de la altura de decisión, pero en lugar de desconectar completamente el piloto automático con el botón, solicitó al segundo oficial que desactivara únicamente el canal de alabeo. El segundo oficial controlaba entonces la trayectoria de vuelo lateral manualmente mientras supervisaba el control continuo del piloto automático sobre la trayectoria de vuelo vertical, listo para desconectarlo por completo ante la primera señal de desviación. Si bien esto podría parecer que añade un elemento de riesgo, en la práctica, en principio, no difiere de un piloto instructor que supervisa el manejo de un alumno durante la formación o la cualificación en línea.

Tras demostrar la fiabilidad y precisión del piloto automático para realizar el aterrizaje de forma segura, el siguiente paso fue incorporar un control similar del empuje. Esto se logró mediante una señal de radioaltímetro que ajustaba los servos del acelerador automático a la posición de ralentí. A medida que se mejoraba la precisión y fiabilidad del localizador ILS terrestre, se podía mantener el canal de alabeo activado durante periodos cada vez más prolongados, hasta que, de hecho, la aeronave dejaba de estar en el aire y se completaba un aterrizaje totalmente automático. El primer aterrizaje de este tipo en un BEA Trident se realizó en RAE Bedford (sede del BLEU en aquel entonces) en marzo de 1964. El primero en un vuelo comercial con pasajeros a bordo se logró en el vuelo BE 343 el 10 de junio de 1965, con un Trident 1 G-ARPR, de París a Heathrow, con los capitanes Eric Poole y Frank Ormonroyd a bordo.

Posteriormente, los sistemas de aterrizaje automático estuvieron disponibles en varios tipos de aeronaves, pero los principales clientes fueron las aerolíneas, sobre todo europeas, cuyas redes se vieron gravemente afectadas por la niebla radiactiva. Los primeros sistemas de aterrizaje automático requerían una masa de aire relativamente estable y no podían operar en condiciones de turbulencia , y en particular con fuertes vientos cruzados. En Norteamérica , estas condiciones solían ir acompañadas de una visibilidad reducida, aunque no nula, y si la visibilidad llegaba a ser prácticamente nula, por ejemplo, debido a ventiscas u otras precipitaciones , las operaciones resultaban imposibles por otros motivos.

En consecuencia, ni las aerolíneas ni los aeropuertos priorizaban las operaciones en condiciones de baja visibilidad. El suministro del equipo terrestre necesario (ILS) y los sistemas asociados para operaciones de Categoría 3 era prácticamente inexistente, y los principales fabricantes no lo consideraban una necesidad básica para las aeronaves nuevas. En general, durante las décadas de 1970 y 1980, estaba disponible si el cliente lo solicitaba, pero a un precio tan elevado (debido a que se trataba de un artículo de producción limitada) que pocas aerolíneas podían justificar su coste.

Esto llevó a la absurda situación de British Airways: como cliente de lanzamiento del Boeing 757 para reemplazar al Trident, el flamante avión "avanzado" tenía una capacidad operativa en cualquier condición meteorológica inferior a la de la flota que se estaba desmantelando. Una muestra de esta divergencia filosófica es el comentario de un vicepresidente sénior de Boeing, quien afirmó no comprender la preocupación de British Airways por la certificación de Categoría 3, dado que en aquel momento solo existían dos o tres pistas adecuadas en Norteamérica donde podría utilizarse plenamente. Se señaló que British Airways contaba con doce pistas de este tipo solo en su red nacional, cuatro de ellas en su base principal de Heathrow.

En las décadas de 1980 y 1990, las aerolíneas clientes ejercieron una presión creciente a nivel mundial para que se mejoraran, al menos parcialmente, las operaciones con baja visibilidad, tanto por la regularidad de los vuelos como por motivos de seguridad. Al mismo tiempo, se hizo evidente que la necesidad de operar con visibilidad cero (tal como se contemplaba originalmente en las definiciones de categoría de la OACI ) había disminuido, ya que las leyes de calidad del aire habían reducido el efecto adverso del humo que se sumaba a la niebla radiactiva en las zonas más afectadas. La mejora de la aviónica hizo que la tecnología fuera más económica de implementar, y los fabricantes elevaron el estándar de precisión y fiabilidad del piloto automático "básico". Como resultado, en general, los nuevos aviones de pasajeros de mayor tamaño pudieron incorporar los costes de los sistemas de aterrizaje automático de categoría 2 en su configuración básica.

Simultáneamente, las organizaciones de pilotos de todo el mundo abogaban por el uso de sistemas de visualización frontal (HUD), principalmente desde el punto de vista de la seguridad. Muchos operadores en entornos menos sofisticados, sin muchas pistas equipadas con ILS, también buscaban mejoras. El resultado fue una presión dentro de la industria para encontrar formas alternativas de operar con baja visibilidad, como un sistema "híbrido" que utilizaba un sistema de aterrizaje automático de fiabilidad relativamente baja, supervisado por los pilotos a través de un HUD. Alaska Airlines fue pionera en este enfoque y llevó a cabo un importante trabajo de desarrollo con Flight Dynamics y Boeing en este sentido.

Un problema importante de este enfoque era la reticencia de las autoridades europeas a certificar tales sistemas, ya que socavaban los conceptos probados de los sistemas de aterrizaje automático "puros". Este obstáculo se superó cuando British Airways se involucró como cliente potencial del Regional Jet de Bombardier , que no podía incorporar un sistema de aterrizaje automático Cat 3 completo, pero que debía operar en esas condiciones. Al colaborar con Alaska Airlines y Boeing, los pilotos técnicos de British Airways pudieron demostrar la viabilidad de un concepto híbrido, y aunque British Airways finalmente no compró el Regional Jet, este fue el avance necesario para la aprobación internacional de dichos sistemas, lo que les permitió acceder al mercado global.

La situación dio un giro completo en diciembre de 2006, cuando el aeropuerto de Londres Heathrow se vio afectado durante un largo periodo por una densa niebla. Este aeropuerto operaba a su máxima capacidad en buenas condiciones, y la imposición de los procedimientos de baja visibilidad necesarios para proteger la señal del localizador de los sistemas de aterrizaje automático supuso una importante reducción de la capacidad, de aproximadamente 60 a 30 aterrizajes por hora. Dado que la mayoría de las aerolíneas que operaban en Heathrow ya contaban con aviones equipados con sistemas de aterrizaje automático y, por lo tanto, esperaban operar con normalidad, se produjeron retrasos masivos. La aerolínea más afectada fue British Airways, al ser la mayor operadora del aeropuerto.

Garmin Aviation comenzó a estudiar una función de aterrizaje automático de emergencia en 2001 y lanzó el programa en 2010 con más de 100 empleados e invirtió alrededor de 20 millones de dólares. Las pruebas de vuelo comenzaron en 2014 con 329 aterrizajes de prueba realizados en un Cessna 400 Corvalis y otros 300 aterrizajes en otras aeronaves. La función se activa mediante un botón rojo protegido en la aviónica Garmin G3000 . Evalúa los vientos, las condiciones meteorológicas y las reservas de combustible para seleccionar un aeropuerto alternativo adecuado y toma el control de la aeronave para aterrizar. Además, informa al control de tráfico aéreo (ATC) sobre las intenciones de la función y muestra instrucciones a los ocupantes. ^{[ 7 ]}

Un avión turbohélice monomotor Piper M600 comenzó las pruebas de vuelo a principios de 2018 y completó más de 170 aterrizajes para obtener la certificación de la FAA , la cual consiguió en 2020. Con acceso a más de 9000 pistas de aterrizaje de más de 1400 m (4500 pies ) de longitud, se ofrece a partir de 2020 por 170 000 dólares, incluyendo equipamiento adicional. Ese mismo año también fue certificado para el jet monomotor Cirrus Vision SF50 , aterrizando en pistas de más de 1779 m (5836 pies ) , el SOCATA-Daher TBM 900 , y eventualmente será certificado para otras aeronaves. ^{[ 7 ]}    

En junio de 2021, el sistema Garmin Autoland ganó el Trofeo Collier 2020 , por "el mayor logro en aeronáutica o astronáutica en Estados Unidos" durante el año anterior. ^{[ 8 ]}

El 20 de diciembre de 2025, se registró la primera activación de emergencia real de un sistema de aterrizaje automático totalmente autónomo (Autoland) tras la detección por aviónica de una presión de cabina peligrosamente baja en un avión bimotor turbohélice Beechcraft Super King Air B200 (indicativo de llamada N479BR), lo que culminó en un aterrizaje completo y la posterior parada de los motores. El sistema Autoland, que seleccionó automáticamente un aeropuerto adecuado, un plan de vuelo y un patrón de descenso desde gran altitud, aterrizó sin problemas en el Aeropuerto Metropolitano de Rocky Mountain en Broomfield, Colorado. Durante el incidente, el subsistema Autoland sintonizó la radio a la frecuencia correcta de la torre de control y transmitió mensajes de radio de voz generados por computadora , incluyendo el indicativo de llamada, la incapacitación del piloto, la posición de la aeronave y la hora estimada de llegada al aeropuerto seleccionado. Se transmitieron actualizaciones cada pocos minutos, lo que permitió a las unidades de emergencia en tierra y a los controladores de tráfico aéreo preparar el aeropuerto y despejar el espacio aéreo de aproximación para la aeronave de emergencia. Este incidente marcó el primer caso registrado de un aterrizaje automático por incapacitación del piloto, totalmente navegado y planificado, en la historia de la aviación general de Estados Unidos . ^{[ 9 ] [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ]}