Martín España
INTRODUCCIÓN
Es costumbre denominar “parámetros de navegación” al conjunto de valores numéricos que describen la posición, la velocidad y la orientación de un vehículo respecto de un dado sistema de referencia y en unas dadas unidades. Con base en esta denominación, definimos navegación como “el arte y la ciencia que permiten determinar los parámetros de navegación de un vehículo con información disponible a bordo del mismo.”
Desde tiempos remotos, motivados por sus desplazamientos sobre la tierra o el mar, los seres humanos han utilizado diversas técnicas de navegación. Algunas permiten determinar el valor absoluto de los parámetros de navegación del vehículo (o del individuo) gracias a mediciones referidas a cuerpos exteriores al mismo, por ejemplo, los objetos cercanos en la navegación “a vista”, los astros de posición conocida en el firmamento*, el campo geomagnético local que, mediante una aguja imantada, permite determinar el rumbo respecto del norte magnético (técnica utilizada antiguamente en China, en Europa y en algunas civilizaciones mesoamericanas). Otras técnicas se basan en la medición de la velocidad de variación de los parámetros de navegación, lo que requiere conocer sus valores iniciales en un punto de partida. En este caso, los nuevos parámetros de navegación son determinados por “extrapolación” integrando la velocidad de cambio. Este procedimiento, tradicionalmente usado en la navegación marina, es conocido en inglés con el nombre de “dead-reckoning” en alusión al método de medir la velocidad de un barco respecto de un cuerpo muerto supuestamente inmóvil sobre la superficie del agua. Similarmente, en aeronavegación se utiliza la medición de la velocidad respecto del aire exterior obtenida mediante tubos de Pitot. La medición de la velocidad combinada con el conocimiento del rumbo magnético permite estimar la posición por extrapolación desde una posición conocida anterior.
Una limitación de los métodos de extrapolación clásicos es la dependencia de sus mediciones respecto de un medio (aire o agua) que no solamente es usualmente perturbado por corrientes o vientos sino que además sus propiedades físicas cambiantes (temperatura, la presión, la humedad, etc.) alteran la estabilidad de la medición ya se de la velocidad o de la aceleración. Durante el siglo XX se desarrollaron instrumentos inerciales que permiten medir, a bordo del vehículo, su celeración y velocidad angular respecto de un sistema inercial (sistema fijo respeto de las estrellas) en forma estable e independientemente de las condiciones ambientales. Esta ventaja motivó una gran difusión de estos instrumentos, en particular, en las aplicaciones a la aeronavegación y al desarrollo de cohetes. Sin embargo, como veremos, toda técnica de extrapolación conlleva una propagación de errores en los parámetros de navegación de magnitud creciente polinomialmente con el tiempo. Por esta razón y como veremos mas adelante, esta técnica es usualmente combinada con sistemas de medición absoluta de los parámetros de navegación.
Las limitaciones inherentes a todas las técnicas de extrapolación han hecho que la navegación inercial pura sea cada vez menos utilizada en nuestros días, exceptuando aplicaciones en las que se requiere de una autonomía total del vehículo o que deba asegurarse inmunidad a fallas y a posibles interferencias exteriores. Ejemplos de aplicaciones en las que está vedada toda información exterior al vehículo son los submarinos en misiones íntegramente debajo del agua o los misiles balísticos intercontinentales. La aviación civil es, por su parte, un ejemplo de aplicación de la navegación que combina regularmente ambas tecnologías. Los métodos de referenciación absoluta mas utilizados en aeronavegación son radio señales provenientes de estaciones en Tierra (sistemas VOR, NDB, ILS, etc. Kayton/Fried, 1997) o en el espacio (sistemas satelitales de navegación global como el GPS). A pesar de esto, ningún avión prescinde de información inercial ya sea para complementar la no inercial o como fuente de información redundante en prevención de fallas.