El fenómeno conocido como Brownout que sufren las tripulaciones de helicópteros es una situación en la que se produce una falta total o parcial de visibilidad en cabina generada por el polvo y la arena que son removidos por el rebufo de los rotores fundamentalmente, durante las maniobras de toma y despegue en zonas áridas. Se pueden generar situaciones similares en operaciones sobre zonas nevadas denominadas Whiteout, y también, aunque con menor intensidad en maniobras sobre el agua. Estos fenómenos que generan lo que se conoce como Entornos Visuales Degradados (DVE) requieren que los pilotos dependan en gran medida de los instrumentos, de la coordinación y comunicación adecuada con el resto de tripulación, así como de su experiencia y pericia a los mandos.
El vuelo en condiciones DVE durante las maniobras críticas de toma y despegue suponen un desafío para las tripulaciones de helicópteros, llegando esto a generar hasta el 75% de los accidentes que la OTAN ha sufrido en los escenarios en los que ha realizado, y realiza, sus operaciones internacionales. Hablamos de escenarios como Iraq, Afganistán, Siria, etc.
La tecnología aplicada al helicóptero ha evolucionado de forma muy rápida en la última década, permitiendo equipar a los aparatos con sistemas electrónicos de ayuda al vuelo, a la navegación, al pilotaje, de mejora en las comunicaciones y en la seguridad activa y pasiva, que aportan mejoras y nuevos niveles de seguridad para las operaciones. Y paralelamente al desarrollo de estas nuevas tecnologías se trabaja también en la investigación para la creación de sistemas de ayuda para las maniobras en condiciones DVE como las que se dan durante las tomas y despegues bajo condiciones de Brownout y Whiteout, que proporcionen algún grado de visibilidad a través del polvo o la nieve, y que permita identificar posibles obstáculos sobre el terreno, su irregularidad, así como también se estudia el desarrollo de sistemas de alerta ante la presencia de obstáculos.
Hoy por hoy no se ha conseguido un nivel tecnológico que permita disponer de un tipo de herramientas concretas para tales fines, siendo lo más cercano los equipos FLIR que ofrecen un grado de imagen que contribuye a incrementar la seguridad. En paralelo, las tripulaciones se apoyan en los sistemas automáticos de ayuda al vuelo y autopilotos que hoy en día disponen de los helicópteros más modernos, así como en la presentación digital de datos en el casco que facilita disponer de la información necesaria que ayude a mantener la estabilidad del vuelo reduciendo, que no eliminando, los efectos de la desorientación espacial que se genera en condiciones DVE.
Tal es la importancia de este fenómeno que la OTAN creó un grupo de trabajo a principios de la primera década del 2000 cuyos objetivos se centraron en la búsqueda de la mejora de las capacidades de los países socios de la coalición y de sus PFP (Partners for Peace), para operar de forma segura y efectiva ante condiciones DVE. Para ello los ejércitos de los países socios compartieron información y procedimientos para las maniobras de toma y despegue, realizaron estudios sobre nuevas tecnologías aplicables a este ámbito, y crearon protocolos de actuación para la mitigación de riesgos durante estas partes del vuelo.
Como parte de todo el trabajo realizado se evaluó la gravedad de los efectos Brownout y Whiteout sufridos por los socios, y se creó un archivo estadístico de accidentes e incidentes atribuidos a estos fenómenos. Se evaluaron los desarrollos de nuevas tecnologías de aplicación en la aviación de ala rotativa destinadas a minimizar los efectos DVE, se estudiaron y desarrollaron las técnicas y procedimientos de trabajo en cabina (CRM), y se crearon programas de entrenamiento en simulación para todas las maniobras críticas.
Todo este trabajo se completó con la documentación generada con las experiencias de tripulaciones y pilotos que han sufrido incidentes o accidentes en maniobras bajo condiciones Brownout y Whiteout, dando como resultado un informe final puesto a disposición de los socios con el fin de completar las doctrinas propias y mejorar la seguridad y operatividad de las operaciones con helicópteros.
Orientación espacial
Nuestra percepción de posición, movimiento y actitud con respecto a una posición fija se basa en la integración e interpretación neuronal de las señales visuales, vestibulares, sensoriales, y en menor medida del sistema auditivo que también proporciona información sobre nuestra orientación. La interactuación de este conjunto de sistemas es lo que nos proporciona la orientación espacial y si se produce la falta de interactuación de alguno de estos sistemas, el resto intentará compensar la deficiencia. Si la visión es correcta y disponemos de referencias visuales que no son ambiguas, a frecuencias por debajo de 1 a 2 Hz, la vista proporciona información sensorial confiable facilitando una orientación espacio/temporal correcta. Sin embargo, en una situación de nula visibilidad como las producidas por el Brownout / Whiteout, o en condiciones de IFR donde el piloto tiene escasa o nula visibilidad del exterior, el sistema vestibular pasa a jugar un papel muy importante.
Nuestras percepciones de orientación están desarrolladas por las reacciones que nuestro sistema sensorial desarrolla en un entorno 1G. Por lo tanto, la exposición a entornos gravitacionales diferentes como el vuelo, contribuyen a que nuestro sistema sensorial sufra alteraciones significativas. En el aire y sometidos a fuerzas de aceleración inusuales la información sensorial, particularmente la vestibular, puede producir interpretaciones equivocadas que generen situaciones potencialmente peligrosas. Por ejemplo, puede generarse una respuesta anómala del sistema vestibular que impida percibir las sensaciones de ascenso cuando no se cuenta con información visual.
En condiciones constantes de variación de la magnitud y dirección del campo visual y bajo movimientos de rotación prolongados, el sistema nervioso central es el responsable de determinar qué información sensorial es correcta, y cuál no. Cuando la situación en la que se encuentra el piloto genera información sensorial contradictoria entre nuestros sistemas, se genera lo que se conoce como desorientación espacial. Este término es el utilizado para definir el fenómeno por el cual se produce la incapacidad de percibir correctamente la posición, movimiento y actitud de la aeronave respecto al suelo.
El Brownout pues, supone uno de las principales causas de desorientación espacial debido a la falta total de visibilidad producida por el polvo y la arena, o la nieve en su caso, al ser movidos por el rebufo del rotor, especialmente durante los últimos 70 pies de altura en las maniobras realizadas con helicóptero.
Campo de visión
La principal fuente de información de los pilotos durante las tomas o los despegues es su contacto visual con el exterior. Los seres humanos disponemos de un campo visual de 30 grados centrales aproximadamente, a través del cual podemos identificar los objetos ubicados dentro de ese campo visual. La información procesada por nuestra vista es analizada por lo que conocemos como “nuestra conciencia” que contribuye a tener las percepciones conscientes de orientación y conocimiento del entorno.
Durante los vuelos en condiciones visuales, nuestro campo visual central permite identificar distancias y profundidades de campo del exterior pero, además de la visión central, nuestro sistema de visión nos ofrece otra información que abarca zonas más amplias del campo visual, y que percibimos a través de lo que se conoce como “periferia visual”. Gracias a esto tenemos conciencia sobre nuestra ubicación y orientación respecto al entorno en el que nos encontramos, a la vez que percibimos el movimiento y actitud.
En resumen, la visión central nos permite percibir un objeto en relación con nuestra posición, mientras que la visión periférica nos orienta en relación con el entorno en el que nos encontramos.
Limitaciones fisiológicas
La desorientación espacial durante las tomas en polvo o nieve puede generarse debido a las deficiencias sensoriales que son inherentes al humano como hemos visto en líneas anteriores. El sistema vestibular es el encargado de ofrecer las sensaciones de inclinación y aceleración que se generaran durante el vuelo. Las limitaciones de nuestro sistema vestibular respecto al mismo se han demostrado, por ejemplo, en las sensaciones de velocidad que percibimos cuando se trata de velocidades de aceleración, y en la falta de percepción física de las velocidades constantes. También se ha demostrado que existe un grado inferior al umbral de nuestra percepción que no nos permite detectar determinados movimientos de desviación, así como también puede darse el caso de percepción errónea de la velocidad y dirección de movimientos de aceleración a lo largo del eje Z.
Estas limitaciones naturales de nuestro sistema vestibular son las que pueden generar momentos críticos durante las operaciones en condiciones DVE, como sucede en el caso de un Brownout. Las derivas laterales por debajo del umbral de percepción suelen generarse justo antes de la toma en el momento en el que se reduce la velocidad hasta el umbral en el que nuestro sistema no detecta el movimiento y situación del helicóptero. Los umbrales de detención dependen también de la duración a la que están sometidos nuestros estímulos. Todos estos condicionantes se catalogan como desorientación espacial Tipo I en la que el piloto pierde la conciencia situacional y no se percata de la actitud del helicóptero, generándose una deriva lateral descontrolada.
A estos factores se le añade que el movimiento de la nube de polvo y arena removidos por el rebufo pueden producir en el piloto la sensación de que el helicóptero se encuentra en posición inclinada, que está realizando un movimiento de giro, o también puede sufrir el efecto conocido como vección, en el que se tiene la percepción de estar en movimiento cuando en realidad se está en vuelo estacionario. La vección es provocada por el movimiento casi uniforme de la masa de arena que ocupa la mayor parte del campo visual, y se produce normalmente en la dirección contraria a la dirección del estímulo, es decir, si el polvo y la arena giraran en el sentido de las agujas del reloj, la vección podría inducir la sensación de movimiento propio en el sentido contrario.
Además de lo descrito, a estas situaciones se pueden añadir otros agravantes que contribuyen a la desorientación espacial del piloto durante un Brownout como son la fatiga, una alta carga de trabajo, estrés motivado por cambios no programados en la misión o el plan de vuelo, o la inexperiencia de la persona en este tipo de maniobras complejas.
Especial mención se ha de realizar a las alteraciones sensitivas que se pueden producir cuando estas maniobras se realizan en el arco nocturno con gafas de visión nocturna (GVN) y que se explican más adelante.
Las tomas y los despegues en polvo o nieve con GVN son maniobras sumamente complicadas debido a la reducción del campo de visión (FOV), a la falta de profundidad de campo en la imagen que recibe el piloto, a la falta de contraste del exterior y de los objetos cercanos, y a las diferencias de color entre las zonas iluminadas y las zonas de sombra. A esto se le puede añadir el efecto de reflejo en la nueve de polvo o nieve que puede provocar la utilización de iluminación convencional exterior (anticolisión, por ejemplo) de la propia aeronave o de otro aparato en caso de formaciones, la sensación de vértigo que puede provocar el destello de estas luces anti-coll, y también los destellos que se producen por la abrasión del polvo al contacto con las palas en movimiento, que pueden saturar algunas zonas de las GVN.
El aterrizaje
La técnica común para los aterrizajes normalmente comienza con la fijación de referencias visuales sobre el terreno que ayuden a establecer la aproximación adecuada hasta la zona de toma.
Estas referencias del terreno tomadas por el piloto proporcionan la información necesaria para el aterrizaje, pero en el caso de las tomas en polvo, la pérdida repentina de visibilidad anulará por completo las referencias tomadas, eliminando también la percepción de la distancia, velocidad y altura respecto al suelo, esenciales para controlar el helicóptero durante la maniobra. La entrada en el Brownout se produce cerca del suelo dando esto poco tiempo para reaccionar ante imprevistos, lo que motiva que la tripulación deba tener establecidos unos protocolos de actuación que combinen la transición entre las referencias visuales exteriores y la entrada en instrumentos, sobre todo, para controlar la deriva y altura del helicóptero durante toda la maniobra hasta la llegada al suelo, siendo estos los dos parámetros más críticos durante las tomas y también los despegues. Para ello las tripulaciones deben estar entrenadas para confiar en la lectura de los instrumentos y proceder de forma combinada entre las lecturas de los mismos y las referencias visuales cuando se disponga de las mismas.
El helicóptero, por su naturaleza, es una plataforma inestable que requiere que los pilotos actúen constantemente sobre los mandos para mantener el vuelo. Para ayudar a mantener esta estabilidad los helicópteros cuentan con sistemas de ayuda al vuelo que facilitan el pilotaje. Hablamos, por ejemplo, del AFCS en helicópteros “no digitales” y diferentes tipos de autopiloto, y de DAFCS en los helicópteros más modernos con capacidad de vuelo autónomo, incluida la capacidad de tomar de forma automática.
Para garantizar pues un aterrizaje seguro cuando se maniobra con helicópteros que no disponen de sistemas de autopiloto que permite realizar la toma apoyándose en los mismos, es fundamental disponer de referencias para controlar la deriva, la altura sobre el terreno, la velocidad de descenso, la velocidad respecto al suelo, la actitud, las características del terreno y del punto de toma, la distancia a los obstáculos colindantes y la detección de posible actividad en la zona y área colindante.
Teniendo como factores más importantes el control de la deriva y la velocidad para todos los helicópteros, el control de los factores de actitud, es decir, alabeo, cabeceo y guiñada tendrá su escala de control en función del tipo de helicóptero que se vuele. Uno de estos factores de actitud, concretamente el de cabeceo toma especial relevancia a la hora de realizar un frenado cerca del suelo, dependiendo del tipo de helicóptero que se vuele.
Las tripulaciones que vuelen helicópteros con rotor de cola convencional deberán aplicar procedimientos en los que se tendrá muy presente al ángulo máximo de cabeceo permitido para las tomas, de tal forma que se evite el impacto de la cola o del rotor de cola con el terreno durante las maniobras de frenado. En el caso de helicópteros como el CH-53 se establece un máximo de 12o de morro alto durante las operaciones cercanas al suelo, 10o en el caso del UH-60, los 12o del NH90 o los 10o del AS-532 Cougar. Teniendo estos datos como generales, diferentes ejércitos como el norteamericano, el español o el francés han incluido en sus guías de maniobra procedimientos específicos para las tomas, en función de las alturas respecto al suelo. Así, en sus maniobras aplican la regla nemotécnica de 10-10, 15-15, 20-20 es decir, a alturas de 10 pies, 10o de cabeceo máximo, a 15 pies, 15o, a 20 pies 20o y así sucesivamente sin llegar a sobrepasar el máximo cabeceo de cada modelo de helicóptero.
Teniendo en cuenta las características de vuelo de cada helicóptero y aunque se tomen como referencia las normas descritas, los pilotos deberán conocer perfectamente las particularidades de cada modelo, sobre todo, para la ejecución de maniobras cerca del suelo. En el caso de nuestras FAMET podemos poner como ejemplo dos helicópteros que aún teniendo un mismo límite de 10o para el cabeceo cerca del suelo, ambos se comportan de forma diferente en vuelo. Hablamos del Súper Puma HU.21 y el Cougar HT.27. Estos helicópteros que a un golpe de vista pueden parecer iguales, no los son. Los centros de gravedad de cada uno de ellos están ubicados en estaciones diferentes debido a la diferencia de longitud que existe entre ambos aparatos. El HT.27 es setenta centímetros más largo que el HU.21 lo que provoca que su centro de gravedad se encuentre desplazado hacia adelante, motivado porque en su diseño el incremento de longitud se introdujo por delante del rotor. Esto se traduce en que en vuelo y en estacionario la actitud de uno y otro no sea la misma, manteniendo el HT-27 una actitud de -1o /-2o de morro bajo en estacionario respecto al HU-21 que mantiene una actitud de +3o /4o positivos, debido a que su centro de gravedad está más retrasado. Estas diferencias son fundamentales a tener en cuenta por los pilotos que vuelan ambos aparatos ya que el comportamiento de un helicóptero y otro en las maniobras de frenado cerca del suelo no será el mismo. Se requerirán actuaciones diferentes por parte del piloto ya que serán necesarios más grados de cabeceo en un aparato que en otro para frenarlos en una misma distancia.
El factor de cabeceo en el caso de helicópteros con sistemas no convencionales como el Chinook con rotores en tándem requerirá unos procedimientos diferentes ya que la altura del rotor trasero no supone un problema en las operaciones cercanas al suelo o en las maniobras de frenado rápido.
Factores que contribuyen a la seguridad durante las tomas en polvo, además de los descritos relacionados con el pilotaje, son aquellos que están relacionados con las tecnologías. Ya hemos mencionado algunos como los AFCS y DAFCS, los autopilotos, etc, pero existen otros como Head-Up Display (HUD), o el Helmet Mounted Sight and Display (HMSD) que ofrecen al piloto información concreta y de forma rápida sobre los parámetros de vuelo permitiendo mantener una posición de la cabeza constante hacia adelante, manteniendo la visión hacia el exterior.
Mencionados los aspectos de vuelo y las ayudas al vuelo y de presentación de datos, un factor de vital importancia en el eslabón de esta cadena de condicionantes son los factores humanos. En esta materia, sobre la que se estudia e investiga profundamente en el sector aeronáutico, se deben tener presentes en el caso de tripulaciones que deben enfrentarse al fenómeno Brownout aspectos relacionados con:
- Autoconfianza: la experiencia de los pilotos y su función y peso específico respecto a la misión influyen en la autoconfianza independientemente de la personalidad.
- Capacidad de toma de decisiones: el piloto debe tener una especial capacidad para tomar decisiones y actuar en lapsos muy reducidos de tiempo aplicando los procedimientos establecidos.
- Coordinación en cabina: los procedimientos de trabajo entre las tripulaciones deben estar perfectamente organizados, aplicando técnicas CRM para mejorar la carga de trabajo a bordo que permitan a cada uno de los pilotos desarrollar sus funciones de forma efectiva, evitando problemas que puedan afectar a la seguridad.
- Conocimiento de los sistemas: como se indica en líneas superiores el piloto debe conocer perfectamente las reacciones del helicóptero, sus sistemas de ayudas al vuelo y sus respuestas. Si describíamos alguna característica diferenciadora de dos aparatos de nuestro ejército, podemos poner ahora un ejemplo sobre el AH-64 Apache. En este helicóptero se produce un retraso del orden de 50/100 ms entre el movimiento de la cabeza y las respuestas del Pilot Night Vision System (PNVS). Este factor es fundamental tenerlo presente cuando la tripulación se apoye en el sistema para realizar tomas con condiciones de visibilidad degrada.
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