Mirando las tripas del Mission Computer del F/A-18 (aviónica)
El MUX del F/A-18
Se ha dicho que el F/A-18, comparado con todos los modelos precedentes y con sus coetáneos, fue el primer avión realmente moderno de la historia. Ello es debido a la concepción de la gestión de datos y al diseño de la cabina digital. Fue el primer avión de combate del mundo que podía pasar en pleno vuelo de modo A/A a modo A/G simplemente apretando un botón. Ello es posible gracias a la arquitectura de la aviónica y su bus de datos.
El F/A-18 fue el primer avión de combate de gran producción en el mundo que utilizó un bus de comunicaciones digitales. Este bus es conocido como bus Multiplex (MUX). El bus MUX es un bus de datos de alta velocidad que permite la comunicación entre varios sistemas y subsistemas de aviónica dentro de la aeronave. Sirve como una vía central de comunicaciones, lo que permite que diferentes sistemas intercambien información y datos.
El bus MUX en el F/A-18 facilita la transferencia de datos digitales entre sistemas como el radar, las computadoras de control de vuelo, los sistemas de armas, el equipo de navegación y otros componentes de aviónica. Admite la transmisión de comandos, información de estado, datos de sensores y otra información crítica requerida para la operación de la aeronave.
Mediante el uso de una arquitectura de bus digital común como el bus MUX, el F/A-18 puede simplificar la interconexión y comunicación entre sus sistemas de aviónica, reduciendo la complejidad del cableado y mejorando la integración general del sistema. Esta arquitectura de bus también proporciona una plataforma escalable y modular que permite futuras actuali-zaciones y mejoras a los sistemas de aviónica de la aeronave. Vale la pena señalar que el F/A-18 ha sufrido varias variantes y actualizaciones a lo largo de su vida útil, y los detalles específicos de la implementación del bus MUX pueden variar entre las diferentes versiones.
El estándar MIL-STD-1553 del F/A-18
Basándose en la experiencia del F-16 y su gestión de datos, el Departamento de Defensa de los Estados Unidos elaboró un protocolo de comunicación llamado MIL-STD-1553. Este protocolo es un estándar militar que define las características mecánicas, eléctricas y funcionales de un bus de datos en serie. Originalmente fue diseñado como un bus de datos de aviónica para usar con aviónica militar, pero también se ha vuelto de uso común en subsistemas de manejo de datos a bordo (OBDH) de naves espaciales, tanto militares como civiles, incluido el uso en el telescopio espacial James Webb. Cuenta con múltiples capas físicas de línea balanceada redundante (comúnmente duales), una interfaz de red (diferencial), multiplexación por división de tiempo, protocolo de comando/respuesta semidúplex y puede manejar hasta 31 terminales remotas (dispositivos); 32 normalmente se designa para mensajes de difusión. Una versión de MIL-STD-1553 que utiliza cableado óptico en lugar de eléctrico se conoce como MIL-STD-1773.
El MIL-STD-1553 se publicó por primera vez como estándar de la Fuerza Aérea de EE. UU. en 1973 y se utilizó por primera vez en el avión de combate F-16 Falcon. Rápidamente siguieron otros diseños de aeronaves, incluidos el F/A-18 Hornet, el AH-64 Apache, el P-3C Orion, el F-15 Eagle y el F-20 Tigershark. Ahora es ampliamente utilizado por todas las ramas del ejército de los EE. UU. y por la NASA. Fuera de EE. UU., la OTAN lo adoptó como STANAG 3838 y se utiliza en el Panavia Tornado; BAE Systems Hawk y extensamente, junto con el STANAG 3910 "EFABus", en el Eurofighter Typhoon. El Saab JAS 39 Gripen utiliza MIL-STD-1553B. El MiG-35 de fabricación rusa también usa MIL-STD-1553. El MIL-STD-1553 está siendo reemplazado en algunos nuevos diseños estadounidenses por el IEEE 1394 (comúnmente conocido como FireWire).
El subsistema de aviónica del F/A-18
El mission computer del F/A-18 es el AN/AYK-14(V. Nótese que la refrigeración es forzada. El aire exterior se lleva por conductos hasta el ordenador, donde entra por las rendijas que se pueden ver en ambos laterales donde están las asas. Este MC fue diseñado en 1976 por la División Aeroespacial de Datos de Control en Bloomington, MN. Tiene una CPU micro programada de 16 bits basada en circuitos integrados de la serie AMD 2900 que pueden usar datos de 4, 8, 16 o 32 bits. El procesador funciona entre 0,3 y 2,3 MIPS según la combinación de instrucciones. Las instrucciones son un supe conjunto de la compu-tadora AN/UYK-20 y puede ejecutar el software AN/UYK-20. Dado que es un equipo aerotransportado, está diseñada para usarse en altitudes de hasta 70,000 pies y temperaturas de -54C a 71C.
El subsistema de aviónica del F/A-18 combina la integración y la automatización necesarias para que el avión pueda ser operado por un solo hombre. El sistema disfruta de la redundan-cia necesaria para garantizar la seguridad del vuelo y el éxito de la misión.
Las características clave del sistema incluyen controles y pantallas altamente integrados; un sistema de control de vuelo primario digital por cable (FBW) de cuádruple canal y gran capacidad de supervivencia (fail tolerant); un conjunto de navegación inercial con capacidad de alineación en portaaviones; y amplia capacidad de auto comprobación (self test) integrada. Los subsistemas de aviónica operan bajo el control de dos computadoras de misión con transferencia de datos primarios entre computadoras y otros equipos de aviónica a través de los buses mux.
Sistema de Computadoras de Misión (MC).
El MC2 es conocido como ordenador de suelta de armas. Realiza procesamiento para combate aire-aire, ataque aire-tierra, control y visualización táctica y además, es el respaldo del MC1. En los aviones F/A-18 C/D de última generación, hay un MUX de aviónica de cinco canales con enrutado redundante (X e Y) para cada canal.
El sistema informático de la misión realiza lo siguiente:
- Calcula y controla los datos enviados al grupo de visualización multipropósito (pan-tallas).
- Utiliza datos de entrada para calcular y generar comandos de lanzamiento de misiles y suelta de armas.
- Proporciona control de modo y selección de opciones para varios sistemas de avióni-ca.
- Proporciona control de modo y datos de selección de opciones desde el grupo de vi-sualización multipropósito hasta la aviónica de los sistemas de control y computación.
- Se encarga de gestionar salidas BIT de varios sistemas de aviónica.
- Recibe el estado operativo del equipo de los sistemas aviónicos y no aviónicos.
El sistema informático de la misión utiliza el estado del equipo para mostrar el estado BIT del grupo de visualización multipropósito y la generación de visualización de avisos y precauciones. Las computadoras reciben entradas de datos de navegación y cálculos de coman-dos de dirección del sistema de navegación inercial, sistema de computadora de datos del aire, sistema de control de vuelo electrónico, grupo de visualización multipropósito, TACAN, actitud de respaldo, sistema de navegación y GPS. Las computadoras controlan la sim-bología de la pantalla y la información presentada al piloto por el grupo de pantalla multi-propósito.
Recuerdos del retrofit en el ALA 15 de Zaragoza
En una caja del trastero guardo un montón de recuerdos de cuando estaba destinado en La Base Aérea de Zaragoza. Muchos papelotes y mi medallita de la OTAN junto con mi querida palanca de vuelo del F-18 y un modelo de metal de este caza. La palanca me la regalaron cuando se le hizo el retrofit (modernización) a nuestros EF-18. Recuerdo las maravillas tecnológicas de este cazabombardero...
Debió de ser allá por 1992, cuando el Ejército del Aire decidió modernizar los aviones españoles al estándar Plus. Con esta mejora nuestros aparatos se equiparaban casi al nivel del modelo F-18C.
En este proceso, en el que nos ayudó personal de McDonnell Douglas, se modificó el software (una versión del famoso CMS-2M "Compiler Monitor System" de la Navy), se cambiaron muchos equipos de guerra electrónica y sobre todo los antiguos ordenadores XN-5 (Mission Computers) de solo 128K, 0,5 MIPS y bus multiplex de 3 canales de aviónica MIL-STD-1553B por la versión mejorada XN-6 de "nada menos" que 256K, 2,9 MIPS y 5 canales.
En el F-18 existían unas dos docenas de ordenadores. De ellos, había dos clases fundamentales: los que se dedicaban a los sensores y los que se dedicaban a la misión. Los ordenadores de los sensores estaban dedicados a la navegación y la detección, mientras que los dedicados a la misión estaban relacionados con la gestión de la información, presentación de datos y lanzamiento de armas.
Para hacernos una idea, los dos Mission Computers originales de este avión construidos en 1976 por la Control Data Aerospace Division in Bloomington, MN. (más tarde adquirida por General Dynamics Advanced Information Systems) eran los AYK-14 de 16-bit que funcio-naban con 64K de memoria y un procesador de la serie AMD 2900. Estos ordenadores eran estándar en muchos aviones de la NAVY. Se llegaron a construir unos 10.000 y el precio unitario era de 185.000 dólares.
Pero nuestros aviones ya habían llegado a España con los nuevos y "poderosos" XN-5. Estos ordenadores estaban preparados para poder utilizarse en altitudes de hasta 70.000 pies y a temperaturas desde -54ºC a 71ºC. Parece mentira que un avión tan poderoso pudiera real-mente funcionar tan bien con tan poca potencia de datos. Si comparamos los ordenadores domésticos estándar de hoy en día, cualquiera de las computadoras de misión instaladas en aviones de combate puede parecer realmente anticuada. Incluso los nuevos Mission Compu-ters de hoy en día no son mejores que un Pentium I o 486 caseros.
El diseño del AN/AYK-14(V) se inició en 1976 y el precio original era de 185.000 dólares. En 1986, se designó a este MC como equipo estándar de la Marina de los EE. UU. El diseño del procesador se actualizó en 1987, con una sola placa SCP que reemplazó a las tres placas anteriores, CPU, GPM y EAU, y brindó el doble de rendimiento y 8 veces más memoria. En 1991, el procesador se actualizó nuevamente, el VPM daba 18 MIPS. La división CDC fue adquirida por General Dyna-mics Advanced Information Systems. Se han fabricado más de 10.000 de estas computadoras. El AN/AYK-14(V) todavía se usa en muchos muchos aviones además del F/A-18. Estos MC están equi-pados con cuatro módulos de memoria central de 32k x 16 bits, 900 ns. La fuente de alimentación es de 115 V CA, 400 Hz, de corriente trifásica, como en todos los aviones de la época. Fuente: https://www.ricomputermuseum.org/
La razón para este aparente retraso en la tecnología con respecto a la informática casera es evidente. Lo que les falta a los ordenadores de los aviones de combate en potencia informática, lo compensan con creces en robustez. Parte del retraso entre los desarrollos de computadoras personales/comerciales y las computadoras militares como la AN/AYK-14 se puede atribuir a todas las pruebas requeridas para certificar el equipo para las especificaciones militares. Nuestro portátil o PC de escritorio pueden ser poderoso, pero, cabe preguntarse ¿cuánto tiempo seguirá funcionando a 35,000 pies, con temperaturas de -50°C y bajo una fuerza de gravedad cinco veces mayor que la normal?
Con los nuevos XN-6 instalados durante el retrofit, nuestros EF-18 pasaron de tener la potencia de un Spectrum a la de un Commodore (o algo por el estilo). Pero, con esas modificaciones de hardware y software tan necesarias, nuestro flamante cazabombardero podía ahora operar con los Maverick, el AIM-120 AMRAAM y el HARM. El cambio significó también tener una nueva designación. Nuestro modelo ahora pasaba a denominarse EF-18A+ en la versión monoplaza y EF-18B+ la biplaza. Con este retrofit nuestra antigua palanca de vuelo ya no servía y hubo que reemplazarla por otra adaptada al software y las nuevas armas. El comandante ingeniero de Control de Calidad me ofreció una de las 72 palancas que se habían reemplazado.
Por cierto, el mando de la columna de control en realidad no es un dispositivo tan moderno como mucha gente piensa. Sus orígenes datan de principios del siglo XX. En 1900, el austriaco Wilhelm Kress desarrolló una palanca de control para instalarla en los aviones, pero no solicitó la patente. El aviador francés, Robert Esnault-Pelterie fue mucho más avispado y al solicitar la patente se la concedieron en 1907. Con el tiempo estas palancas han ido mejorando la ergonomía y también agregando botones y pulsadores para facilitar la tarea del pilo-to. La versión de nuestro EF-18 era la típica configuración HOTAS.
La posición de la palanca (stick o hand grip) también ha ido variando. Nuestro avión la tenía situada en una posición central, mientras que los nuevos cazas como el Eurofighter la presen-tan en una consola lateral. Precisamente esta es la posición también en el F-16, donde el brazo del piloto puede apoyarse en maniobras con muchas G's. Curiosamente esta palanca de control del F-18 es también muy parecida a la que equipa nuestro Harrier, con una única diferencia que los hace reconocibles y es que el botón tipo castillete dedicado a los sensores se encuentra en el lado contrario en el Harrier. Yo tuve también la oportunidad de volar en el simulador del Harrier en Rota y lo encontré muy parecido en muchos aspectos al EF-18. Precisamente los dos compartían el mismo radar (AN/APG-65). Una de las cosas que se me hacía menos familiar era precisamente esa posición cambiada en la palanca a la hora de hacer trim y cambiar entre sensores.
Estos mandos están realizados por la casa Mason en los Estados Unidos con las especifica-ciones MIL que requiere el ejército estadounidense.
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