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¿Cómo se orientaban los aviones en el aire?

EL RUMBO

En un principio la forma de orientación era exclusivamente “visual” los aviones realizaban sus vuelos en zonas próximas al aeródromo e identificaban distintos accidentes geográficos o pueblos sobre el mapa. Pero cuando se vio que el avión era capaz incluso de atravesar el océano esto ya no era suficiente.

La navegación, de la cual se toma hasta el nombre, consiste en determinar la posición de un navío sobre la superficie de la tierra. Los marinos habían ido desarrollando sus propios instrumentos para conseguirlo.

A la emisora (antena) se le denomina NDB (Non Directional Beacon) y al instrumento del avión ADF (Automatic Direction Finding). El desarrollo y evolución de este sistema ha permitido el vuelo “punto a punto” durante muchísimos años. En la actualidad se sigue utilizando como apoyo en las aproximaciones instrumentales avanzadas (ILS o Instrumental Landing System) siendo en este caso utilizadas como “BALIZAS”, o como aproximaciones en sí mismas (aproximaciones de no precisión). Dada su “simplicidad” de funcionamiento sigue siendo de gran ayuda en caso de que fallen otros sistemas más sofisticados.

El navegador usa el término rumbo para indicar la dirección en que el avión se orienta o mueve con respecto a la masa de aire que lo rodea. Este rumbo está dado por la lectura de la brújula del avión. No obstante, cuando el viento desplaza a toda la masa de

aire sobre la tierra, la trayectoria del avión con respecto al suelo no coincidirá con el rumbo, a menos que el avión haya estado volando exactamente a favor o contra el viento.

La trayectoria que la sombra del avión proyecta sobre la Tierra se conoce con el nombre de paso o huella y puede ser trazada sobre la carta. Al proyectarse el curso de un vuelo, se traza sobre dicha carta una línea desde el punto de partida al de destino. Midiendo el ángulo que forma esta línea con el Norte verdadero, se obtiene el rumbo de un punto respecto del otro. Aplicando una corrección para anular la deriva del viento, el navegador puede decidir en qué dirección debe orientar el avión para volar sobre el rumbo correspondiente.

Con el objeto de llevar este rumbo verdadero ("verdadero" significa, en este caso, cualquier relación que pueda ser trazada exactamente o medida sobre una carta), el aviador debe aplicar las correcciones magnéticas correspondientes, a la lectura que indica la brújula en la cabina.

Como el polo magnético no es igual al polo norte geográfico (el polo magnético se halla situado al norte del Canadá), existe una variación angular entre los dos polos desde casi todos los puntos de la superficie terrestre. Las líneas agónicas, o líneas imaginarias que conectan puntos de igual variación magnética, no son rectas como podría creerse, sino curvadas por atracciones magnéticas locales provocadas por depósitos minerales, etc. Como las

partes metálicas del avión también alteran la lectura de la brújula, este error (desviación) se computa en cada avión, para distintos rumbos, en una tabla de desviaciones establecida para uso del navegador.

La variación y la desviación corresponderán a una corrección de pocos grados en "más" o en "menos".

De esta manera puede verse que la brújula magnética es uno de los instrumentos básicos de Navegación. El principio del funcionamiento de la brújula es la fuerza magnética terrestre.

La brújula del avión podría compararse con una aguja o anillo magnético suspendido en un recipiente en el cual oscila, con un fluido para amortiguar los movimientos ocasionales. La aguja es atraída hacia el polo magnético, cualquiera sea el rumbo que el avión tome. El movimiento relativo del avión alrededor de esta aguja es medido por una escala en el aro de la brújula, siendo este movimiento indicado con respecto a una línea de referencia o línea de fe, marcada sobre el recipiente.

A pesar de dar una buena indicación de la dirección, el uso de la brújula está sujeto a muchos errores, además de la variación y de la desviación. Con vientos fuertes, la brújula oscila dando indicaciones erróneas a menos que se mantenga el vuelo horizontal.

Aunque la deriva puede ser computada en vuelo según el resultado del rumbo, la velocidad terrestre y la velocidad indicada, los navegadores cuentan generalmente con derivómetros de mesa o instalados en el avión. En

el piso del avión se coloca un vidrio circular montado de manera que pueda girar libremente, y marcado en grados a izquierda o derecha de una línea de referencia central. Al moverse la Tierra bajo el avión, se hace girar el círculo de manera que los retículos o líneas del derivómetro se alineen con el movimiento aparente de la Tierra.

Una aguja marca el número de grados que el círculo ha girado, indicando la deriva en un cierto número de grados a la izquierda o derecha.

¿Cómo se orientaban los barcos en el mar?

LA NAVEGACIÓN

Se considera que la navegación es tan antigua como la propia humanidad y su desarrollo, al igual que el de otras ciencias y tecnología, ha presentado una evolución que ha corrido paralela a la del hombre. La navegación se podría definir como el proceso de dirigir los movimientos de un vehículo, generalmente un barco. La navegación puede realizarse en ambientes diferentes, entre los que se pueden mencionar, según el caso: la navegación marítima, la submarina, la aérea y la espacial, y en cada una de ellas se precisa de la ayuda de algunas ciencias, que en este sentido pueden dividirse en: navegación plana, aquella que utiliza los principios de la geometría y de la trigonometría para resolver el problema de la situación del vehículo; navegación astronómica, la que toma las bases de la astronomía y de la trigonometría esférica, y la navegación electrónica, que emplea aparatos electrónicos.

El primer

instrumento que se cree que fue utilizado para la navegación es la brújula, considerándose que los noruegos, en el año 868, fueron los primeros en hacerlo para orientarse en sus viajes hacia Islandia; sin embargo, el primer reporte escrito en cuanto a su fabricación se encuentra en la literatura china del año 424 a.C. y la primera noticia sobre el uso de la aguja imantada como ayuda para navegar está en un informe del año 1115.

El conocimiento de la propiedad magnética de atraer el hierro data de fechas anteriores, pero sólo en el siglo XI se descubrió su particularidad de orientarse siempre en el mismo sentido, indicando la dirección del Polo Norte; años después, la aguja magnética basada en este principio y mejorada en muchos aspectos, ya que es simplemente una brújula más sensible y perfeccionada, sigue siendo un instrumento de vital importancia para las embarcaciones que se adentren en los mares, puesto que al señalar continuamente al norte se puede calcular el rumbo que lleva el barco. El norte que marca la aguja magnética no es el norte geográfico sino el magnético.

El descubrimiento de las propiedades del giroscopio, aparato que permite que la aguja gire, ocasionó que se creara el compás giroscópico con una aguja magnética que puede girar en cualquier dirección y por lo tanto no es desviada por las estructuras metálicas de la embarcación. La gravedad hace que se mantenga el giroscopio horizontal y la rotación de la Tierra lo

orienta hacia el norte.

En el siglo XII este instrumento es introducido en Europa por los árabes, cuando con sus flotas dominan el Mediterráneo, teniendo que realizar viajes lejos de la costa. Se piensa que además utilizaban los astros para orientarse, aunque en forma inexacta, ya que habían elaborado detalladas cartas astronómicas.

Entre los de navegación, uno de los primeros que se utilizaron fue el astrolabio plano, antecesor del cuadrante y éste del sextante que en la actualidad se sigue empleando. El astrolabio, conocido desde el siglo III a.C. por los egipcios y griegos, fue introducido en la navegación por los musulmanes; consistía en un círculo proyectado sobre el plano del ecuador con el centro de proyección en el polo sur. En el otro extremo contaba con una regla móvil provista de un anteojo llamado "alidada", con la que se podía calcular la altura de un astro sobre el horizonte; así, con este instrumento era posible determinar la latitud mediante la sombra del Sol en el día y con las estrellas durante la noche.

Los de trazado son instrumentos de dibujo, como el compás, muy parecido al corriente, pero que presenta en ambos brazos puntas de acero; está diseñado para manejarlo con una sola mano y se utiliza para medir distancias sobre las cartas de navegación. Para medir la altura de los astros sobre el horizonte y concretamente la del Sol, se utiliza el sextante, instrumento que permite medir la distancia angular entre

dos puntos cualesquiera usando un rayo de luz reflejada que hace ángulo con el de luz incidente, lo cual sirve para conocer la altura, la declinación y la latitud aproximada, y hace que de esta manera pueda calcularse la posición exacta de la embarcación.

En épocas más recientes los sistemas de navegación se han mejorado con la incorporación de las "radio ayudas", estaciones que permiten conocer la situación de la embarcación empleando aparatos electrónicos que emiten ondas de radio constantemente a una velocidad de 300 kilómetros por segundo y en todas direcciones, las cuales pueden ser captadas por los receptores de los barcos.

¿Cómo funciona el sistema GPS?

El SPG o GPS (GlobalPositioning System: sistema de posicionamiento global) o NAVSTAR-GPS1 es un sistema global de navegación por satélite (GNSS) que permite determinar en todo el mundo la posición de un objeto, una persona o un vehículo con una precisión hasta de centímetros (si se utiliza GPS diferencial), aunque lo habitual son unos pocos metros de precisión. El sistema fue desarrollado, instalado y actualmente operado por el Departamento de Defensa de los Estados Unidos.

El GPS funciona mediante una red de 24 satélites en órbita sobre el planeta tierra, a 20.200 km, con trayectorias sincronizadas para cubrir toda la superficie de la Tierra. Cuando se desea determinar la posición, el receptor que se utiliza para ello localiza

automáticamente como mínimo tres satélites de la red, de los que recibe unas señales indicando la identificación y la hora del reloj de cada uno de ellos. Con base en estas señales, el aparato sincroniza el reloj del GPS y calcula el tiempo que tardan en llegar las señales al equipo, y de tal modo mide la distancia al satélite mediante "triangulación" (método detrilateración inversa), la cual se basa en determinar la distancia de cada satélite respecto al punto de medición. Conocidas las distancias, se determina fácilmente la propia posición relativa respecto a los tres satélites. Conociendo además las coordenadas o posición de cada uno de ellos por la señal que emiten, se obtiene la posición absoluta o coordenada reales del punto de medición. También se consigue una exactitud extrema en el reloj del GPS, similar a la de los relojes atómicos que llevan a bordo cada uno de los satélites.

La antigua Unión Soviética construyó un sistema similar llamado GLONASS, ahora gestionado por la Federación Rusa.

Actualmente la Unión Europea está desarrollando su propio sistema de posicionamiento por satélite, denominado Galileo.

A su vez, la República Popular China está implementando su propio sistema de navegación, el denominado Beidou, que prevén que cuente con entre 12 y 14 satélites entre 2011 y 2015. Para 2020, ya plenamente operativo deberá contar con 30 satélites. De momento (abril 2011), ya tienen 8 en órbita.

El Sistema Global de

Navegación por Satélite lo componen:

Segmento espacial

• Satélites en la constelación: 24 (4 × 6 órbitas)

• Altitud: 20200 km

• Período: 11 h 58 min (12 horas sidéreas )

• Inclinación: 55 grados (respecto al ecuador terrestre).

• Vida útil: 7,5 años

• Segmento de control (estaciones terrestres)

• Estación principal: 1

• Antena de tierra: 4

• Estación monitora (de seguimiento): 5, Colorado Springs, Hawái, Kwajalein, Isla de Ascensión e Isla de Diego García

• Señal RF

• Frecuencia portadora:

• Civil – 1575,42 MHz (L1). Utiliza el Código de Adquisición Aproximativa (C/A).

• Militar – 1227,60 MHz (L2). Utiliza el Código de Precisión (P), cifrado.

• Nivel de potencia de la señal: –160 dBW (en superficie tierra).

• Polarización: circular dextrógira.

• Exactitud

• Posición: oficialmente indican aproximadamente 15 m (en el 95% del tiempo). En la realidad un GPS portátil mono frecuencia de 12 canales paralelos ofrece una precisión de 2,5 a 3 metros en más del 95% del tiempo. Con el WAAS / EGNOS / MSAS activado, la precisión asciende de 1 a 2 metros.

• Hora: 1 ns

• Cobertura: mundial

• Capacidad de usuarios: ilimitada

• Sistema de coordenadas:

• Sistema Geodésico Mundial 1984 (WGS84).

• Centrado en la Tierra, fijo.

• Integridad: tiempo de notificación de 15 minutos o mayor. No es suficiente para la aviación civil.

• Disponibilidad: 24 satélites y 21 satélites. No es suficiente como medio primario de navegación.

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