Entornos Visuales Degradados, DVE (Degraded Visual Environments ). Situación compleja en operaciones con helicópteros (1ª parte)

 

Los DVE son consecuencia de los momentos del vuelo en los que se produce el efecto conocido como Brown Out en el que la tripulación se enfrenta a una falta total o parcial de visibilidad en cabina generada por el polvo y 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 pasando entonces a denominarse el efecto como White Out y también, aunque con menor intensidad, se puede sufrir esta pérdida de visibilidad en maniobras sobre el agua.

Estos fenómenos que generan los Entornos Visuales Degradados requieren que los pilotos dependan en gran medida de los instrumentos, de la coordinación y comunicación adecuada entre la tripulación, así como de su experiencia y pericia a los mandos.

El vuelo en condiciones DVE durante las maniobras críticas de toma y despegue supone un desafío para las tripulaciones de helicópteros, llegando esto a generar hasta el 75% de los accidentes que la coalición internacional ha sufrido en los escenarios en los que la OTAN ha realizado sus operaciones internacionales. Hablamos de Iraq, Afganistán, Siria, Centro África, etc.

La tecnología aplicada al helicóptero ha evolucionado de forma muy rápida en la última década y media 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 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, que proporcionen algún grado de visibilidad a través del polvo o la nieve, y que permita identificar posibles obstáculos sobre el terreno y su irregularidad, así como también se estudia el desarrollo de sistemas de alertas ante la presencia de obstáculos.

Hoy por hoy no se ha conseguido un nivel tecnológico suficiente 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 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 del DVE 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 y de sus PFP (Partners for Peace), para operar de forma segura y efectiva en condiciones visuales degradadas. Para ello los ejércitos aliados 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 fases del vuelo.

Como parte de todo el trabajo realizado se evaluó la gravedad de los accidentes sufridos por algunos de los socios durante los efectos Brown Out y White Out, 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 las tripulaciones y pilotos que han sufrido incidentes o accidentes en maniobras bajo dichas condiciones Brouw Out / White Out, dando como resultado un informe final que se puso 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. 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 Brown Out /White Out, 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 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 Brown Out /White Out pues suponen unas de las principales causas de desorientación espacial debido a la falta total de visibilidad producida por el polvo, la arena o la nieve en su caso, al ser movidos por el rebufo del rotor, especialmente durante los últimos 70 pies de altura.

CAMPO DE VISIÓN

La principal fuente de información de los pilotos de helicóptero es su contacto visual con el exterior. El ser humano disponemos de un campo visual de 30 grados centrales aproximadamente a través del cual podemos identificar los objetos ubicados dentro de dicho campo. 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. 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, de que esté 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 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).

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 de la propia aeronave o de otro aparato en caso de formaciones, la sensación de vértigo que puede provocar el destello de luces anticoll, 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.

PROCEDIMIENTOS Y CARACTERÍSTICAS DE LAS AERONAVES

De los estudios e informes realizados por el grupo de trabajo de los países socios de la OTAN y de sus Partners for Peace resultó la elaboración de una serie de procedimientos básicos con los que afrontar los momentos del vuelo en lo que las tripulaciones se enfrentan al DVE. 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 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 Brown Out/White Out 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 dichas lecturas 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 en lo que supone una disociación de movimientos entre los miembros superiores e inferiores. 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 cercanas.

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.

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 10pies, 10° de cabeceo máximo, a 15 pies, 15°, a 20 pies 20° y así sucesivamente sin llegar a sobrepasar el máximo cabeceo de cada modelo.

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 10° 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 lo 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 -1° /-2° de morro bajo en estacionario respecto al HU-21 que mantiene una actitud de +3° /4° 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.

Por otro lado, 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, a la vez que le permiten mantener una posición de la cabeza constante hacia adelante, conservando 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 Brown Out/White Out 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 50/100ms 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.

Como hemos visto hasta ahora son muchos los factores que intervienen durante las maniobras de toma y despegue en condiciones DVE, unos relacionados con las reacciones físicas y sensoriales de la tripulación, otras que tienen que ver con el pilotaje, con la experiencia de los pilotos, y otros con las características de la aeronave. Por todo lo descrito y los riesgos implícitos de las maniobras, resulta fundamental llevar a cabo una gestión de los riesgos que contribuya a la reducción de estos, estableciendo una serie de principios que regulen los procedimientos establecidos en base a una escala jerárquica de los mismos. El hecho de trabajar basándose en dicha escala obedece a que de esta forma se puede actuar priorizando la Reducción de Riesgos ante la Protección de Riesgos es decir, las medidas determinadas como principales se priorizan sobre las medidas de carácter secundario.

Y para establecer estas normas se puede tomar como referencia el siguiente guion teniendo en cuenta que, en función de la misión, situación táctica y zonas de operación, no siempre se podrán aplicar:

- Utilización de zonas de toma acondicionadas. (no siempre se puede materializar esta posibilidad sobre todo en zonas de conflicto)

- Buscar zonas de toma en las que los efectos DVE sean menores.

- Establecer y aplicar los procedimientos más adecuados para estas tomas y despegues. Utilizar técnicas que minimicen los tiempos dentro de la nube de polvo.

- Mejorar las capacidades de las tripulaciones con instrucción constante en este tipo de maniobras, e implementar procedimientos para gestionar los recursos y la carga de trabajo de la tripulación (CRM).

- En los helicópteros más modernos que cuenten con sistemas de ayudas al vuelo y en aquellos que cuentan con autopilotos, apoyarse en los mismos durante las fases de la maniobra en las que estos proporcionen mayor seguridad al vuelo.

- Dotar a las tripulaciones y aparatos de la protección necesaria que contribuya a la supervivencia de las mismas

- Instrucción del personal en técnicas Survival, Evasion, Resistance, and Escape (SERE)

CONDICIONANTES PARA LA MISIÓN

Antes de explicar cuáles son los tipos básicos de maniobra establecidos en los procedimientos que en su día se elaboraron para realizar una toma segura en zonas áridas en las que se perderá la visibilidad y se pasara a una condición DVE, es conveniente hacer repaso a una serie de factores importantes que están directamente vinculados a esta maniobra.

Por un lado, se deben tener presentes las propias características del helicóptero como son, rotor convencional, rotor en tándem o coaxial, el tipo de tren de aterrizaje y la posición del centro de gravedad. Y en referencia a las prestaciones, se debe conocer la potencia disponible teniendo en cuenta las condiciones de altitud de densidad, la carga/peso, y los equipos montados que puedan afectar a la disponibilidad de potencia como pueden ser, por ejemplo, los filtros separadores de partículas EAP.

El factor humano también es necesario analizarlo para comprobar que la tripulación cuenta con la experiencia adecuada y ha recibido la instrucción específica requerida. Que la coordinación de la misma es la adecuada y existe un sistema de trabajo que permita actuar de forma conjunta entre los pilotos y los tripulantes de cabina/tiradores con un lenguaje claro y conciso entre ellas, y con las atribuciones personales muy claras. El rendimiento del personal debe ser supervisado ya que el mismo puede reducirse debido al cansancio generado por situaciones de estrés repetidas, por permanencia en estados de alarma prolongados y, sobre todo, atención especial a los cambios fisiológicos que se pueden presentar por situaciones de calores altos o extremos como los que se dan en zonas áridas, a los que se suman el calor acumulado en las cabinas y el generado por los equipos personales.

El siguiente grupo de análisis se centrará en los factores ambientales durante la operación. Fundamental la altitud de densidad a partir de la cual poder calcular las prestaciones del aparato, los factores meteorológicos como la nubosidad, posibilidad de precipitaciones, vientos, etc.

La hora del día a la que se debe realizar la operación también tiene que ser motivo de análisis ya que en función de la misma los niveles de luz ambiental pueden influir. Con niveles de luz elevados se puede producir deslumbramiento especialmente cuando se genere la nueve de polvo/nieve. De igual forma una excesiva luz puede dificultar el reconocimiento del terreno no teniendo profundidad de campo, así como también puede dificultar la visión de las zonas de sombra que normalmente se percibirán muy oscuras. Y en el caso contrario, en las horas de orto y ocaso con luces muy atenuadas y horizontales, se puede no disponer del contraste suficiente con el terreno dificultando el reconocimiento del mismo.

Líneas de alta tensión y cables, el tipo de superficie sobre la que se tiene previsto tomar, el tamaño de la zona de aterrizaje y la ubicación de otros aparatos si el vuelo es en formación, son el resto de condicionantes que el piloto debe tener estudiados antes del inicio de la misión.

Y para terminar con los factores vinculados a las operaciones con helicópteros y a la maniobra protagonista de este artículo, la toma en polvo/nieve, mencionar aquellos otros relacionados con la misión que podemos denominar tácticos, que están implícitos en las operaciones militares y que también requieren su estudio. En primer lugar, es necesario que la tripulación tenga asumido el imperativo operacional que determina la relación riesgo-beneficio. Posteriormente a este punto que fundamentalmente es de carácter interno/personal, el estudio de la misión es el siguiente paso. Estudiar la inteligencia que se disponga ayudará a determinar el nivel de amenaza existente en la zona de operaciones para desde ese punto, realizar el plan de vuelo más adecuado aplicando las medidas de seguridad oportunas.

(Continuará)