Los antecedentes de la aviónica

En 1897 el físico Joseph John Thompson se encontraba enfrascado trabajando en el Laboratorio Cavendish en Cambridge. Se trataba de un experimento con un tubo de vidrio llamado tubo de rayos catódicos. El año anterior, un físico en Alemania había utilizado algo similar para descubrir los rayos X, pero dentro del tubo de Thompsom había una extraña y fascinadora luz verde brillante llamada rayos catódicos. Nadie sabía su naturaleza o cómo se comportaban, así que Thompson decidió centrarse en conseguir desvelar esos secretos. Al principio, hizo varias gestiones para conseguir uno de esos tubos con los que había trabajado el alemán. 

Pero había cosas diferentes en los rayos catódicos. Thompson se preguntaba cuál era su naturaleza y si esos rayos catódicos eran similares a los rayos x. Empezó por la primera pregunta fundamental, ¿los rayos catódicos tienen carga eléctrica? Porque la idea inicial de Thompson era que los rayos catódicos, en lugar de ser una forma de luz, como la que los investigadores alemanes habían descubierto, en realidad podría ser un tipo de partícula.

Así que Thompson pensó que debía verificar o refutar esto en primer lugar. Para poder estra seguro, y ver si tienen una carga eléctrica, decidió usar la desviación magnética. Poniendo un campo magnético fuerte en las cercanías del tubo se podría ver si se conseguía alguna desviación de esos rayos.

Si las partículas se desviaban, probaría que estas tenían una carga eléctrica. Así lo hizo y confirmó que sí, que tenían una carga eléctrica sorprendentemente grande. Una vez que descubrío eso, lo segundo que quería saber era la masa. Si el rayo era algún tipo de partícula, quizás no fuese un tipo de partícula que se hubiera visto antes, por lo que trató de usar un campo eléctrico para doblar el haz y probarlo.

Lo que Thompson encontró lo dejó atónito. Se encontró con un serio problema cuando fue capaz de desviar el haz con un campo eléctrico, porque un campo grande lo desviaba tal como cabría esperar, pero un campo pequeño no.

¿no sería como si fuera una partícula para un campo eléctrico grande y una onda o tipo de luz para el campo eléctrico pequeño y no tenía ningún sentido para él, pero investigó más y finalmente encontró que si bombeaba más gas del tubo funcionaba como había predicho. Se dio cuenta de que lo que estaba sucediendo dentro del tubo no era un tipo de luz, sino un tipo de partícula unas 2.000 veces más ligera que el átomo de hidrógeno ya conocido. 

Lo que encontró Thompson es lo que ahora llamaríamos electrón. La primera partícula subatómica. Este descubrimiento podría parecer algo muy alejado de nuestras vidas y aplicaciones cotidianas, incluso Thompson pensó en aquel entonces que el electrón sería de poca utilidad para nadie, pero lo que sucedió después de eso es bastante interesante, porque en los Estados Unidos, Thomas Edison había estado inventando las bombillas en una serie de experimentos de ensayo y error. Estas bombillas primigenias fallaban mucho al poco tiempo de funcionamiento. 

Para solucionar el fallo, Edison cambió los filamentos de las bombillas por otros con distintos materiales y observó un efecto curioso. Si se agregaba un par de filamentos diferentes, la bombilla podría encender y apagar una corriente eléctrica. Edison patentó la idea y llamó a tal suceso el efecto Edison. Thompson se interesó en este efecto y descubrió que las bombillas también emiten electrones al igual que los tubos que había estado usando. 

Esta fue la idea clave que llevó a Alexander F. Leming, unos años más tarde, a la invención de una especie de bombilla o tubo que intencionalmente encendía y apagaba una corriente eléctrica cuando recibía una señal de radio. Y ese fue el nacimiento de la industria electrónica debido a la capacidad de los electrones para moverse a través de estas bombillas y otros tubos de vacío. Encender y apagar, oscilar y modular se convirtió en la base de las telecomunicaciones por radar y de las primeras computadoras, y si no fuera por el descubrimiento del electrón de Thompson, no hubiéramos tenido nada de eso. 

La electrónica es ahora un campo donde las cosas pueden suceder muy rápidamente porque tienes electrones que viajan a través del vacío o a través del aire. La historia es solo uno de los muchos experimentos de física que cambiaron nuestra visión del mundo y que fuerom los precursores de la aviónica moderna.

Las aplicaciones en aviación: el Glass Cockpit

En las fotos que se pueden ver a continuación se muestra como eran estas pantallas de CRT (Cathode-ray tube) en los primeros aviones de cabina digital "glass cockpit".

Curiosamente estas pantallas llamadas simplemente "de tubo" no tenían tanto fondo como parece. En nuestros ordenadores las hemos cambiado por las más modernas LCD o pantallas planas. Un gran adelanto. En aviación sin embargo, el cambio no ha disminuido tanto el fondo de la pantalla. Las razón es que las modernas pantallas LCD para aviación en realidad son ordenadores en si mismas y llevan en la parte posterior toda la electrónica.

En el tubo que se ve en la imagen superior hay una etiqueta que advierte del riesgo de manejar estas pantallas sin el adecuado material y conocimiento técnico. Para dirigir el haz en los tubos de rayos catódicos se emplean tensiones eléctricas muy altas (decenas de miles de voltios). Estas tensiones pueden permanecer en el aparato durante un tiempo después de apagado y desconectado.

Las pantallas del CSeries de Bombardier o las del Embraer son auténticos ordenadores, como los famosos PC "all in one", donde la pantalla lleva integrada toda la electrónica y el ordenador. Debajo se muestran las pantallas del Embraer E-Jet. Estas pantallas LCD pertenecen al sistema PRIMUS EPIC desarrollado por Honeywell. 

Las pantallas PRIMUS EPIC son del tipo LCD de un tamaño parecido al del iPad de 10". Estas pantallas son consideradas inteligentes y contienen capacidad de procesamiento autónomo y están conectadas directamente a las redes ASCB-D y LAN. Se usan múltiples unidades en la aeronave para mostrar la información requerida y para proporcionar suficiente redundancia. El procesador principal es un procesador INTEL PENTIUM II que utiliza DEOS o Digital Engine Operative System sincronizado con el bus de datos ASCB-D. Este procesador ejecuta funciones específicas de la unidad, incluida la gestión de Entrada/Salida y la generación de gráficos. 

Debajo se puede hacer una comparativa del cockpit del Boeing 737 clásico y el 737-400 equipado ya con pantallas CRT antiguas. 

Estas pantallas del 737 necesitan un generador de simbología y un panel de control tal como se muestra en la ilustración.

No solo los aviones han mejorado su presentación en nuevas pantallas. Los controladores aéreos también disfrutan de las nuevas tecnologías. Los avances recientes en los radares, como el procesamiento digital, han llevado a pantallas muy mejoradas. Los radares meteorológicos ahora cuentan con memoria digital, pantallas a color muy parecidas a una presentación de televisión. El principio de operación de los tubos CRT se muestra a continuación de una forma muy simplificada.

Las partes que forman el tubo son las siguientes:

• El cátodo es la fuente del haz de electrones que son partículas con carga negativa.

• La rejilla está cargada negativamente con respecto al cátodo. Al variar el voltaje aplicado a la rejilla, es posible aumentar el brillo del punto en la pantalla creada por el haz de electrones o cortar el rayo para que el punto no aparezca.

• Los ánodos aceleran y enfocan el haz de electrones para que se vea una señal definida en la pantalla donde impacta el rayo. La aceleración se produce porque los ánodos 1º y 3º son positivos y el enfoque se logra variando la tensión aplicada al 2º ánodo, que es "negativo" en relación con los otros ánodos.

• Al variar el voltaje en las placas X e Y, el haz de electrones se puede mover hacia la izquierda o hacia la derecha y hacia arriba o hacia abajo a través de la pantalla (se muestra en la ilustración inferior).

• El tubo tiene un recubrimiento interno de grafito para proporcionar un camino de retorno a los electrones y puede tener también un escudo "mu-metal" externo para evitar la radiación no deseada.

• En un radar meteorológico básico, el haz de electrones se mueve en la misma dirección que los pulsos de radar emitidos por la antena. El tiempo que tarda el haz de electrones en moverse desde el origen hasta el borde de la pantalla es el mismo que el tiempo que tardan los pulsos en viajar y volver a los límites del rango alcanzado.