Un post sobre la ubicación óptima de un radar meteorológico para dar servicio a un aeropueto. English version here.
Yo he estado involucrado en la ubicación de varios radares en mi vida. Todo comenzó con el radar MRL-5, el primero de su tipo que entró a Cuba, que comenzamos juntos nuestra vida laboral. A pesar de que ya yo era experto certificado en los radares MRL-5, en 1986 se instaló el de Casa Blanca, en la propia sede del Instituto de Meteorología; pero no tuve participación en la selección del emplazamiento. Largo tiempo se debatió si el de Camagüey que estaba en el Centro Meteorológico debíamos subirlo haciéndole una lomita allí mismo o hacerle una pequeña construcción para elevarlo; pero no fue hasta 1997 que se reinstaló en versión completamente automática (MRL-5M) en la Loma de la Mula. En el año 2005 participé de la selección de la ubicación y de la instalación del radar METEOR-1500S en la Loma El Paraíso en Holguín. Siete años más tarde, en el año 2012, movimos el radar de Camagüey nuevamente para el Centro Meteorológico, convirtiéndolo en el Radar RD-200SX, prototipo del Radar Meteorológico Cubano Doppler. Por último, estuve relacionado con la instalación del radar METEOR-735C en Las Nubes, Nicaragua. En ninguno de los casos se buscó una instalación óptima con respecto a un aeropuerto, las decisiones se tomaron por criterios meramente logísticos. No obstante, a lo largo de los años recopilé todo lo relacionado con la selección del emplazamiento de un radar meteorológico (especialmente los Doppler) para brindar servicios a un aeropuerto para la detección de los fenómenos meteorológicos que generan factores adversos para la navegación aérea. Si mi indulgente lector me lo permite, le comparto estos criterios.
Puede que la OACI o la OMM tengan sugerencias escritas sobre la ubicación de un radar meteorológico para dar servicio a un aeropuerto; pero yo no las he encontrado. Todo lo que he podido recopilar proviene de la Administración Federal de la Aviación de los Estados Unidos (siglas FAA de Federal Aviation Administration) y aquí las expongo. Comencemos con algunas definiciones imprescindibles.
Definiciones preliminares
Para la FAA, todo lo relacionado con un aeropuerto se divide en tres espacios diferentes. El primero es el espacio del aeródromo, definido por un círculo de radio de 20 km, con centro en el punto medio de la pista principal y que en la vertical se extiende desde los 200 pies sobre la pista (~60 m) hasta los 10 mil pies (~3 km). El espacio de la terminal, definido como un círculo de radio de 56 km, con centro en el medio de la pista principal (es decir concéntrico con el círculo del aeródromo) y que en la vertical se extiende desde los 500 pies sobre la pista (~150 m) y hasta los 20 mil pies (~6 km). El resto del espacio aéreo fuera del círculo de la terminal se le llama ruta y en la vertical se tiene en cuenta desde los 6 mil pies (~ 1.8 km) hasta los 70 mil pies (~21 km).
Áreas y regiones de cobertura especial
Con respecto a la posible detección de fenómenos peligrosos para la aviación en el despegue y aterrizaje a un aeropuerto, la FAA establece los siguientes tipos de coberturas que DEBEN garantizar los radares Doppler para dar servicio a los aeropuertos. Región de Cobertura Principal: un círculo de 6 millas náuticas con centro en el medio de la pista principal y en la vertical desde una altura de 600 pies (pero muy preferiblemente desde los 300 pies) hasta los 19700 pies. Área de Alerta de Aeroavalanchas (MAWA, siglas en inglés de Microburst Alert Warning Area) es un paralelepípedo en su lado más largo paralelo al eje longitudinal de la pista, que cubre toda la pista y se extiende 3 millas náuticas más allá del inicio y del fin de la misma y que tiene 1 milla náutica de ancho en su lado más estrecho, que se ubica simétrico a ambos lados del eje longitudinal de la pista. Región de Cobertura de Frentes de Rachas (Gust Fronts en inglés) es un círculo de 31.8 millas náuticas (pero preferentemente 40 millas náuticas, ~74 km) centrado en el medio de la pista principal del aeropuerto.
Requerimientos a los radares
La FAA establece que los radares meteorológicos deben garantizar una Cobertura básica (para todo tipo de fenómenos peligrosos) en un círculo de no menos de 48 millas náuticas (~90 km) con centro en el radar y en la vertical desde el suelo hasta los 70 mil pies (~21 km).
La FAA tiene estipulado que los radares meteorológicos deben medir con una resolución no peor de: 1) 365 m en el espacio del aeródromo; 2) 1 km en el espacio de la terminal y 3) 3 km en el espacio de ruta. La resolución de un radar está dada en la dirección longitudinal del haz del radar por la duración del pulso del transmisor y en la dirección transversal al haz del radar por el ancho del haz del radar. En los radares digitalizados de la era moderna, la resolución es modificada por el sistema de adquisición; pero nunca va a ser mejor que la propia del radar como instrumento, no se deje engañar con falacias.
Los radares meteorológicos Doppler para dar servicio a un aeropuerto (específicamente para la detección de cizalladuras del viento) deben tener dos singularidades en modo Doppler: 1) Una es que deben medir altas velocidades de los fenómenos meteorológicos sin ambigüedad, muchos radares Doppler ofrecen el artificio de duplicar (2X) o triplicar (3X) el rango de velocidades a medir. Para la aviación estos regímenes NO SON RECOMENDABLES. Eventualmente los radares a klistrón que garantizan muy bajo corrimiento de fase pueden usar el modo 2X, los radares a magnetrón no deben usarlo para la aviación. 2) Deben tener gran sensibilidad para detectar fenómenos que no presentan altas Reflectividades.
Los radares meteorológicos deben garantizar que las áreas y regiones de cobertura especiales mencionadas arriba no queden ni en el cono de silencio (determinado por el ángulo de elevación más alto al que explora la antena del radar) sobre el radar ni en la zona muerta (determinada por el retardo del conmutador de antena).
De no poca importancia resulta que el sistema de control del radar Doppler garantice un régimen de exploración que se pueda actualizar en intervalos muy cortos (5-6 minutos la exploración completa; pero el ángulo más bajo debe actualizarse con más frecuencia). El sistema de control automático y operación remota (IoT) implementado en los radares cubanos permite cumplir con cualquier requerimiento. De rutina los ocho radares cubanos actualizan su información cada 10 minutos TODO el tiempo. En condiciones especiales pueden pasar a un régimen de exploración más frecuente (cada 5 minutos o menos).
Los radares meteorológicos deben garantizar que las áreas y regiones de cobertura especiales mencionadas arriba no sean interferidas por ecos fijos que no pueden ser suprimidos en el procesamiento. La FAA establece que los ecos fijos deben oscurecer (entorpecer) menos del 25% del área de Alerta de Aeroavalanchas.
El radar debe estar ubicado en un lugar en el que el servicio técnico pueda tener acceso 24/7/365. No es trivial este requerimiento. El monstruo Leonardo (Ichi) fue a hacer una reparación al radar meteorológico METEOR-50DX (del fabricante SELEX), en los predios del aeropuerto de Pasto, Colombia y para acceder al radar había que cruzar sobre la pista, por tanto, había que esperar que no hubiera tráfico de aviones sobre la misma.
Con respecto a la frecuencia de trabajo de microondas (banda de trabajo) no voy a abundar mucho, escribí un artículo largo sobre el tema. Cada longitud de onda tiene sus ventajas y sus desventajas. Las recomendaciones modernas hablan de ubicar un radar banda X (de corto alcance) para el aeropuerto siempre bajo la cobertura global de un radar banda S (en Cuba tenemos ocho) y los datos de ambos radares habría que ensamblarlos, de modo de compensar la posible atenuación en la banda X.
Por supuesto, existen, además, una serie de consideraciones logísticas en cuanto a suministro eléctrico, interferencias electromagnéticas, que no haya obstáculos que bloqueen el haz del radar en dirección a la pista y otras. En general, hay muchos requerimientos, es difícil cumplirlos todos con un solo radar. En Estados Unidos se pensó que con los radares del NEXRAD quedarían satisfechas las necesidades de la aviación y no fue así. Para el servicio a los aeropuertos se fabricaron bajo el mismo programa, los radares TDWR para los 45 aeropuertos más necesitados.
Mi lector debe tener en cuenta que los fabricantes de radares ofrecen «siete verstas hasta el cielo», como dicen los rusos, quiere decir que te ofrecen radares-maravilla, es el fenómeno de la Posverdad aplicado a la venta de radares. No todo lo que brilla es oro. Si va a comprar un radar para un aeropuerto (o para cualquier otra aplicación), búsquese la asesoría de un experto, será dinero bien empleado porque hay mucha superchería ofreciéndose por ahí.
Recomendaciones para la ubicación óptima del radar
Distancia al centro de la pista. El radar debe estar ubicado a una distancia óptima de 10 millas náuticas (18.5 km) del centro de la pista. El intervalo de 8 nmi (~15 km) a 12 nmi (~22 km) es permisible.
Ángulo de aspecto. El ángulo de aspecto es el que forma el eje longitudinal de la pista con la recta que une el centro de la pista con la posición del radar. El ángulo ideal es 0º (el radar debe estar en el eje longitudinal, al inicio o al final de la pista). Este ángulo se prefiere que sea menor de 20º, pero se permite que sea hasta de 30º. El requerimiento es para poder garantizar que el radar Doppler, que solo capta las velocidades en el eje longitudinal de la antena, capte el mayor % posible del valor de la cizalladura.
Las recomendaciones anteriores no salieron de la nada, existen numerosos artículos y libros explicándolas en detalle. En realidad, en la práctica, estas recomendaciones son inalcanzables. Los radares meteorológicos pueden estar ubicados en el mismo edificio del aeródromo, como el antiguo radar MRL-2 en Boyeros. Pueden estar ubicados muy cerca de la pista, como el radar Doppler RD-200SX (bandas S y X) en el aeropuerto de Camagüey. También pueden estar ubicados en una distancia cuasi-ideal como el radar Doppler RD-100S de Casa Blanca, con respecto a Boyeros (18.55 km, a un ángulo de aspecto de 33º) o el radar Doppler RD-100S-K de Holguín con respecto al aeropuerto de esta ciudad.
Ninguna ubicación real es ideal, en todos los casos se necesitaría de otro radar para COMPLEMENTAR la cobertura del radar destinado al aeropuerto y poder detectar con certeza cualquier fenómeno peligroso. Si el lector desea zambullirse en estos temas le recomiendo el artículo Optimum siting of NEXRAD to Detect Hazardous Weather at the Airport, de los autores: P. R. Mahapatra, D. S, Zrnic y R. L. Doviak, publicado en el Volumen 20, Número 4, de 1982, del Journal of Aircraft.
En algún momento comencé un estudio de cuán bien le dan cobertura a los aeropuertos cubanos los ocho radares que opera el Instituto de Meteorología y los tres extranjeros más cercanos: Cayo Hueso, Cayman Grande y la Base Naval de Guantánamo; pero creo que no lo terminé, a fin de cuentas, nadie se interesó por eso. Realmente es una pena que la aviación no aproveche en toda su potencialidad lo que pueden ofrecer los radares cubanos.
Desde el año 2009, los ocho radares cubanos exploran la troposfera cada 10 minutos (pueden hacerlo más frecuente) y el dato obtenido es procesado con NEXRAD-ORPG, el mismo software que emplean los 159 radar WSR-88DP del servicio meteorológico de los Estados Unidos y está listo en cuestión de segundos para el mundo entero. Especialmente los tres radares Doppler fabricados por indicaciones del Comandante en Jefe, brindan muchos productos de utilidad para el servicio meteorológico a la navegación aérea, todo está listo, es solo ponerse de acuerdo y esto es muy fácil en un país socialista con economía centralizada por el Estado…digo yo, a mi no me crea, saque usted sus propias conclusiones.
Puede consultar los siguientes artículos si el tema de la aviación es de su interés:
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