Un láser contra la ceniza volcánica

Investigadores del CITEDEF desarrollaron un radar láser que permite detectar la presencia de cenizas de origen volcánico en la atmósfera y estimar si están dadas las condiciones para un vuelo seguro. El dispositivo puede operar desde tierra o a bordo de aviones y fue premiado en una competencia organizada por el Instituto Balseiro y la Comisión Nacional de Energía Atómica.

Por Matías Alonso  
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Agencia TSS – El vuelo 009 de British Airways transcurría con normalidad mientras sobrevolaba Yakarta, hasta que los pasajeros empezaron a ver que el exterior del avión se iluminaba de color azul. Unos segundos después empezaron a percibir un humo sulfuroso dentro de la cabina y los cuatro motores se apagaron a la vez. En la cabina de vuelo los pilotos no entendían qué pasaba, ya que el radar les indicaba que no había nada frente a ellos y perder los cuatro motores simultáneamente es algo improbable. El avión empezó a perder altura desde sus 11.000 metros hasta que a los 4.100 metros pudieron volver a encender los motores. Uno de los motores volvió a fallar pero pudieron aterrizar a salvo. El avión había entrado en un pluma de ceniza volcánica que pulió todas las superficies del avión, incluido el parabrisas, que se puso opaco, también ingresó a los motores y se convirtió en vidrio al fundirse por la alta temperatura que había allí. Los costos de reparación ascendieron a 80 millones de dólares y ese mismo año (1982) se tomó la decisión a escala internacional de cerrar los espacios aéreos cercanos a cualquier volcán que hubiera erupcionado, ya que los instrumentos de los aviones comerciales están diseñados para detectar la humedad de las nubes pero les es imposible identificar la presencia de ceniza volcánica en suspensión.

Muchos años después, en 2008 y tras la erupción del volcán Chaitén en Chile, el investigador del Instituto de Investigaciones Científicas y Técnicas para la Defensa (CITEDEF) Ezequiel Pawelko, quien trabajaba en la detección de partículas en la atmósfera mediante el uso de sistemas LIDAR (acrónimo en inglés para detección y medición de alcance por medio de láseres), se trasladó a la Patagonia para aplicar su trabajo y sus instrumentos al monitoreo de cenizas volcánicas.

Actualmente, Pawelko, junto con la investigadora y doctoranda en Física Nadia Barreiro, están desarrollando un micro radar láser multiespectral denominado AEROLIDAR.

Por entonces, Bariloche contaba con 64 vuelos diarios y cuando se cerró el aeropuerto, durante ese año, quedó prácticamente aislada y se generaron enormes pérdidas en el turismo, incluso mucho tiempo después de abiertas las operaciones, ya que los paquetes turísticos se venden con mucha anticipación. En 2010, la erupción del volcán Eyjafjallajökull, en Islandia, afectó el espacio aéreo europeo al punto que debieron suspender alrededor de 100.000 vuelos, lo que generó pérdidas por 8.000 millones de dólares. A partir de entonces, las autoridades dictaron la prohibición de volar con concentraciones de más de 2 miligramos de ceniza volcánica por metro cúbico, pero el problema es que las aeronaves no tienen forma de cuantificar esto.

Pawelko continuó con su línea de investigación y comenzó a trabajar en el diseño de un LIDAR multiespectral que le permitió conocer más a fondo todos los fenómenos que se dan en el interior de una pluma volcánica. En 2012, tras la erupción del volcán Puyehue, Pawelko pudo aportar sus conocimiento para asegurar corredores seguros para la aviación y permitir la reapertura del aeropuerto de Bariloche, que se encontraba a solo 100 kilómetros del volcán. El radar láser diseñado por Pawelko es capaz de medir la concentración de ceniza volcánica a partir de la medición de su fluorescencia, que varía de acuerdo con su concentración. Esa misma erupción había provocado el cierre de aeropuertos en Sudáfrica, Nueva Zelanda y Australia, en los que no se contaba con esta tecnología.

El sistema funciona de forma similar a un radar, solo que en lugar de enviar ondas de radio se emiten pulsos de luz con un láser y después de mide el tiempo que tarda en rebotar contra un objeto y volver a la fuente de emisión. En este caso, se emiten varios miles de pulsos por segundo y la distancia de detección del dispositivo depende de qué tan “sucia” esté la atmósfera. En la zona más baja, que en invierno llega hasta los 400 metros de altura y en verano hasta los 2500 metros por el calentamiento del aire, se encuentran partículas de tierra, arena y otros compuestos que pueden afectar el rango de detección, pero superada esa altura prácticamente no hay más límite que la curvatura de la Tierra.

El AEROLIDAR podría ser utilizado tanto en los aeropuertos como dentro del equipamiento de los aviones comerciales y así permitirle al piloto detectar cuando tiene una pluma de ceniza volcánica en su camino.

Durante la erupción del volcán Calbuco, en 2015, el personal del Servicio Meteorológico de Bariloche ya tenía experiencia en el uso del LIDAR multiespectral, por lo que pudieron cuantificar la presencia de ceniza con precisión y eso permitió que se mantuviera el aeropuerto con un porcentaje muy alto de operación.

Actualmente, Pawelko, junto con la investigadora y doctoranda en Física Nadia Barreiro, están desarrollando un micro radar láser multiespectral denominado AEROLIDAR (Plataforma LIDAR Aeronáutica para Monitoreo de Erupciones Volcánicas y Determinación de Corredores Aéreos Seguros). Este equipo podría ser incluido dentro del equipamiento de los aviones comerciales y así permitirle al piloto detectar cuando tiene una pluma de ceniza volcánica en su camino, ya que son capaces de distribuirse por todo el mundo, incluso a miles de kilómetros del volcán que les dio origen.

“Para ponerlo en un avión necesitamos varios millones de dólares de inversión porque es tecnología de punta. Tuvimos que mandar a hacer los láseres afuera porque son de estado sólido y solo dos empresas en el mundo podían hacerlos. Con los láseres viejos habría que cambiar las lámparas cada 48 horas, mientras con este diseño podemos hacerlo cada 40.000 horas”, explicó Pawelko a TSS. Este desarrollo fue fue premiado en la competencia IB50K+ –organizado por el Instituto Balseiro, la Comisión Nacional de Energía Atómica (CNEA) y la Universidad Nacional de Cuyo–, donde obtuvo el Premio Especial de Pan American Energy “mentoreo para ponerse en marcha” al “mejor aporte al desarrollo del país”.

La ceniza volcánica tienen el tamaño de micrones, por lo que las ondas de radio no pueden detectarla. De noche, un piloto no la puede ver y de día la puede confundir con una nube. Con el dispositivo LIDAR es posible discriminar las cenizas volcánicas de otras partículas como agua, de quema de pastizales, gases o hielo.

Pawelko y Barreiro con el prototipo del AEROLIDAR.

“El conocimiento que acumulamos sobre detección de ceniza volcánica a partir de nuestros desarrollos y de las mediciones sobre tres erupciones, que fueron presentadas en varios congresos, nos posiciona de manera estratégica”, dijo el investigador de CITEDEF, quien estima que se trataría de un mercado potencial de unas 44.000 unidades para los próximos 20 años a un costo de medio millón de dólares cada una. Además, hay 17.000 aeropuertos que podrían usar una variante terrestre de este desarrollo.

Con respecto a la protección comercial del producto, Pawelko afirmó: “En este momento hay muchos detalles técnicos que son reservados. Está todo escrito para proteger la propiedad intelectual pero en realidad lo único que sirve es asociarse con una empresa grande que pueda protegerte”.

El potencial de estos dispositivos también se da por las facilidades que proporciona para hacer barrido topográfico. Eso sirve para hacer un mapeo del suelo desde un avión y así tener un detalle sobre lo que pasa en tierra. El fabricante europeo Airbus anunció que el uso de esta tecnología también permitiría hacer aviones autónomos más seguros.

“Necesitamos gente que se una al proyecto porque tenemos financiamiento internacional pero hay equipos que están guardados en cajas porque no tenemos recursos humanos para usarlos”, afirmó Pawelko, quien como investigador del CITEDEF también forma parte del Polo Científico Constituyentes, que también incluye a la UNSAM.

Un comentario en “Un láser contra la ceniza volcánica

  • Marcela Acosta

    (13/02/2019 - 0:28)

    Me sorprende el avance de la tecnologia increible esta investigación. Se podría aplicar en la zona de la cordillera, muchas gracias por la información.

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