Consideraciones iniciales para la utilización de pedales en la cabina de un simulador espacial

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Pablo Edronkin

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Todo simulador de vuelo debe tener pedales como en la mayoría de los aviones, incluso si se trata de un simulador de vuelo de una nave espacial, pero ¿cómo implementarlos?

Casi todos los aviones cuentan con dos pedales de dos modos de operación cada uno. Con este formato, desde un Cessna 150 hasta un B747 proveen al piloto de la posibilidad de manejar el timón de dirección, la rueda de dirección y los frenos diferenciales del tren de aterrizaje principal. En el caso de un avión de gran porte como un B747 el asunto es algo complejo pues tiene más de un eje a cada lado del ala, pero en esencia, los frenos de pedal se manejan de la misma manera.

Cada pedal posee dos ejes de movimiento: Se deslizan hacia delate y hacia atrás, y por otra parte, hacia arriba y hacia abajo. El deslizamiento hacia adelante y atrás permite mover el timón, mientras que el movimiento de la puntera de cada pedal, hacia arriba y abajo, permite aplicar los frenos diferenciales. Como regla general, el piloto debe recordar que debe pisar hacia el lado al que quiere ir con el avión. Es decir, para virar en rodaje, por ejemplo, hacia la derecha, debe pisar o mover hacia adelante el pedal derecho. El freno aplicado pisando la puntera del pedal derecho, activa el freno diferencial de ese lado.

Otros aviones, como mi PA-11, poseen cuatro pedales pues mecánicamente los frenos y el timón están separados. Se trata por lo general de diseños antiguos. Hay otros aviones más extraños aún, como el Ercoupe, que no posee pedales en su versión original. Algunos fueron equipados más tarde con pedales, pero un Ercoupe se conduce en tierra como un auto, virando el volantín, y en el aire, el movimiento del timón y el de los alerones, que normalmente depende del volantín o palanca únicamente, están sincronizados.

En el caso de una nave espacial no existen normas estandarizadas al respecto, pero dado que el Orbiter permite hacer vuelo atmosférico, y que muchos de los diseños de naves que hay para el simulador tienen alguna capacidad de hacer vuelo aerodinámico, me pareció lógico dotar a mi cabina de simulador de un juego de pedales; máxime que soy piloto en la vida real y estoy acostumbrado a ese tipo de implemento en una cabina.

Pero en el caso de una nave espacial hay que considerar que el régimen de manejo será más variado pues tendremos diversas fases:

Rodaje en tierra: En este aspecto tiene sentido reproducir el funcionamiento de una pedalera aeronáutica de manera idéntica.

Vuelo aerodinámico: En esta caso también, es decir, el uso de los pedales en el curso de esta modalidad de vuelo puede ser el mismo que en el caso de un avión. Lo que se debe considerar adicionalmente es que en el caso de una nave espacial capaz de ingresar en la atmósfera de diversos planetas, es que la efectividad del vuelo aerodinámico en diversas atmósferas y con una distinta acción gravitatoria puede variar sensiblemente; esto implica que también variará la eficiencia de los pedales.

Vuelo espacial: En el vuelo espacial tenemos una forma de desplazamiento adicional a la rotación propia de una aeronave, y es la traslación. En este caso los pedales deben resultar útiles para desplazarse siguiendo ambas direcciones. Es decir, se puede provocar una guiñada o rotación sobre el eje vertical, así como un desplazamiento o traslación sobre el eje lateral de la nave usando los pedales.

Traslación en tierra: Poca gente sabe que con algunos aviones es posible desplazarse marcha atrás, aunque no es por lo general recomendable hacerlo. En el caso de una nave espacial, dotando a los ejes del tren de aterrizaje de un grado de libertad de rotación sobre su eje vertical, es decir, como las ruedas de una camilla o carrito de supermercado, se podría lograr una traslación en rodaje hacia babor o estribor.

Y respecto del rodaje, tenemos que hacer una consideración adicional: Una nave espacial capaz de hacer vuelo aerodinámico y también capaz de aterrizar en cuerpos celestes sin atmósfera deberá ser un artefacto capaz de despegar y aterrizar verticalmente, o sea, se tratará de un vehículo VTOL, como se conoce a las aeronaves y naves de despegue vertical en el mundo aeroespacial.

Una nave espacial con características VTOL también operaría eventualmente como una aeronave de alas fijas. En el mundo simulado del Orbiter SFS, la serie de naves conocida como DG puede hacer esto con mayor o menor éxito. Esto quiere decir que cualquier nave de este tipo incorporada lógicamente en un simulador físico debería permitirle al piloto operar de manera similar a como lo haría con un helicóptero que aprovecha el efecto suelo para desplazarse a poca altura aunque por supuesto, una nave espacial no puede emplear la misma ventaja aerodinámica salvo que haya sido diseñada como un helicóptero en cuanto a su vuelo atmosférico se refiere.

Los helicópteros pesados generalmente están equipados con un tren de aterrizaje triciclo, con ruedas, pero los helicópteros de peso mediano y sobre todo los ligeros, generalmente son equipados por el fabricante con patines o pontones de flotación para darles mayor flexibilidad en el aterrizaje en distintos tipos de terreno. Y este tipo de aeronaves, que también operan desde aeropuertos convencionales, en vez de desplazarse rodando sobre las calles de rodaje y las pistas, puesto que no pueden hacerlo, utilizan al efecto suelo para levantar altura tan solamente un par de metros. Luego, de esta forma se pueden mover desde la rampa hasta la pista de despegue o cualquier zona despejada donde les autoricen a elevarse. Así es como efectúan el rodaje los pilotos de los helicópteros.

Y una nave espacial que emplee diversos medios para mantenerse sobre el suelo de forma similar, aunque sin contar con ele efecto suelo, probablemente efectuaría un rodaje de forma muy similar. Esto quiere decir que el piloto debe tener la posibilidad de cambiar de modo de operación de los pedales – de rotacional a traslacional y viceversa – de forma rápida y sencilla, sin tener que despegar su mirada del parabrisas o pantalla que le indique qué es lo que está pasando en el mundo exterior. Para ello, lo más lógico podría ser colocar una llave que cambie de un modo al otro en el subsistema de control de propulsión (PCS, por sus siglas en inglés), es decir, junto con las palancas que se emplearán para variar la potencia de los motores principales y auxiliares.

De esta forma el piloto empleará sus pies para controlar el movimiento en dos ejes, una mano para manejar todo lo que tiene que ver con los sistemas de propulsión, y la otra, para controlar el resto de las acciones de la nave sobre los restantes ejes de movimiento.

Periféricos tontos y conexiones DB25

La construcción de periféricos como los pedales o el sistema de control de potencia de sin ninguna capacidad de procesamiento en sí mismos permite hacer ahorros significativos en la construcción de un simulador.

Un joystick es un periférico que en el contexto de un juego o una simulación permite enviar señales o pulsos de control. Dentro de un joystick tenemos varios potenciómetros y pulsadores o botones asociados a una tarjeta, la cual posee a su vez una conexión para asociarla a la PC. Hoy en día esa conexión es casi invariablemente del tipo USB.

Esto haría pensar que cada periférico que se instale o se construya necesariamente tendrá que poseer una conexión similar. De hecho, los módulos comercializados en el mundillo de la simulación de vuelo y que permiten asignar funciones a perillas, botones, pulsadores, etc. o que simulan determinados equipos de una aeronave se construyen generalmente sobre este paradigma, es decir, una entrada y salida USB por módulo.

Las conexiones USB son un sueño hecho realidad si se las compara con lo que había en el pasado en la misma materia. Construir un simulador de vuelo antes de que el estándar USB se popularizara en el mercado era algo mucho más complicado y sujeto a exasperantes fallas. Los conectores USB son muy económicos y hoy en día un joystick puede obtenerse por pocas monedas porque son producidos en masa. Sin embargo, tratar de construir un joystick desde cero en casa es algo más complicado y costoso de lo que parece, y la razón principal reside en que la tarjeta controladora que hace falta es generalmente más costosa que todo un joystick de origen comercial ya armado.

Pero existen en el mercado algunas opciones de tarjetas controladoras que permiten emular un joystick por bajo costo, si uno se pone a calcular un poco: Normalmente tenemos tres ejes analógicos en un joystick, y una cantidad de botones que oscila entre cuatro y doce, según la marca y el modelo. Eso se obtiene por alrededor de quince euros en el mercado.

Una tarjeta como la USBAxes provista por Opencockpits.com cuesta veinticuatro euros y permite emular un joystick, pero nos proporciona cinco ejes analógicos y veinticuatro botones, lo que equivale a dos de estos adminículos. Es decir, en este caso se puede adquirir la tarjeta y construir dos periféricos que actúen como joysticks por un precio relativamente bajo.

Esto implica un cambio de la topología interna de los periféricos, porque en vez de tener una conexión USB para cada uno de ellos, se puede disponer de una sola tarjeta con una conexión USB solamente. De esa tarjeta saldrían las conexiones hacia los periféricos, que lo único que tendrían que tener son los sensores, interruptores o actuadores, los cuales ya sean digitales o analógicos, solamente necesitarían de un par de cables para comunicarse con la tarjeta, y ningún otro accesorio. Serían, a todas luces, periféricos ciegos o tontos, sin capacidad de procesamiento en sí mismos, pero mucho más económicos que los que incorporan sus propias tarjetas procesadoras.

Y como tenía en casa un buen número de conectores de tipo DB9 y DB25, decidí utilizarlos para conectar los periféricos a la tarjeta emuladora de joystick. Me pareció, entre las dos opciones, más lógico utilizar el estándar DB25 por las posibilidades a futuro que poseen en términos de expansión sobre los pines libres. Los conectores DB9 son más limitados – nueve cables contra los veinticinco del DB25 -, lo que podría requerir de mayores cambios en caso de que en el futuro decida hacer algunas modificaciones o agregados. Con los conectores DB25 tengo una mayor reserva de cables libres.

Diseños para la construcción de pedales

Como expresé anteriormente los pedales para el simulador de vuelo espacial deben ser similares a los de una aeronave, y existen buenos diseños en Internet que permiten lograr la construcción casera de ellos.

Desde luego, para construir un set de pedales para un simulador es necesario manejar razonablemente algunas herramientas, trabajar prolijamente en un taller, y ser criteriosos a la hora de analizar los diseños y hacer las modificaciones del caso. Si usted no se siente seguro de que puede construir un par de pedales, no debería intentarlo y quizás tampoco debería construir ahora una cabina de simulación de vuelo.

Al momento de escribir estos comentarios, yo ya he terminado de construir los pedales para Nerkabtu. El costo total fue menos de la cuarta o quinta parte del precio habitual para los más baratos de estos artefactos, y en mi opinión y tras haber realizado numerosas pruebas con ellos, funcionan mejor que los de origen comercial. Además, mis pedales han sido extra reforzados porque yo sé cómo están construidos los auténticos, utilizados en aviación, y también tengo experiencia viendo como los pilotos tienden a aplastar y destruir los pedales empleados en los simuladores de vuelo. No subestime la fuerza que usted mismo utilizará sobre ellos,

El diseño completo no es mío sino que me basé en lo que pude hallar en los tutoriales de www.flightsim.com. El que me pareció más acabado es el diseño comentado en How To...Build Rudder Pedals, de Bruce May. Este trabajo se presenta con los esuqemas completos en formato PDF, aunque yo realicé un par de modificaciones sobre el diseño original con el objeto de adaptarlo un poco a mis requerimientos, proporcionar un mejor sistema de recuperación elástica de la posición de los pedales,dar una terminación más acabada, y tomar un par de detalles adicionales en cuenta.

Reciclando viejos componentes de una VAX

El décimo mandamiento del programador C, según Henry Spencer, reza "Deberéis abjurar y renunciar a la vil herejía que sostiene que 'Todo el mundo es una VAX' y no tendréis ningún comercio con los seres demoníacos e infieles que se aferran a esta bárbara creencia, pues los días vuestros como programador podrán ser muchos, pero los de vuestra máquina podrán ser cortos..."

Bueno, siendo yo mismo un programador C++ debo confesar que he cometido una herejía semejante aunque creo que el Gran Bonete supongo que le ahorrará a mi alma el escarmiento por tres razones bien fundadas:

Estoy programando el simulador en C++ y no C, y parecido no es lo mismo.

El Sr. Spencer se refería a herejías de software, mientras que mi pecado ha sido de hardware.

Ahorré bastante dinero en el proceso.

Y es así, puesto que pensando en algunos componentes del simulador al empezar este fin de semana, recordé que en el garaje de casa tenía guardada como por veinte años una caja llena de componentes antiguos de computadoras de tipo mainframe y mini que un amigo me obsequió cuando frente al edificio de la compañía en la que trabajaba, aparecieron en un contenedor para reciclaje. Es evidente que alguien decidió deshacerse de lo que ya entonces era hardware muy antiguo y sustituirlo por algo más adecuado. Entre estas cosas hay muchas tarjetas de todo tipo, pero también llaves y teclas de un viejo ordenador VAX.

La cuestión con los componentes antiguos de hardware en materia de construcción de simuladores no es su aparente falta de compatibilidad sino que la calidad de sus componentes electro mecánicos es generalmente superior a la de los que se pueden adquirir en la actualidad. Yo tengo, por ejemplo, un teclado IBM desde 1992 que entonces me costó trescientos sesenta dólares. Pero con dicho teclado ya he escrito – literalmente – cientos de miles de líneas de código y no ha fallado ni siquiera una sola tecla. Es el periférico de mi elección, siempre sustituyo los teclados nuevos que vienen con las nuevas PC que compro de tanto en tanto con este viejo y fiel aparato, y es el teclado que estoy usando en estos mismos momentos para escribir este texto. No solamente es más cómodo y ergonómico, sino más sólido y posee componentes mucho mejores que ellos habituales hoy en día, con lo cual evito incluso muchos errores al teclear.

Considerando esto, y mi experiencia con componentes de calidad que no dejan de funcionar bien por tener algunos años, decidí encarar este fin de semana un modesto proyecto de reciclaje de componentes de aquella mítica computadora VAX, y lo que obtuve es casi dos docenas de interruptores, llaves y teclas perfectamente funcionales de calidad industrial, las cuales me costarían entre dos y cuatro euros de adquirirlas en cualquier comercio especializado.

Con esto no solamente ahorré dinero, sino también he hecho un pequeño aporte al medio ambiente y creo que voy a poder evitar numerosos desperfectos del simulador en el futuro, de esos que resultan doblemente exasperantes porque ocurren justo cuando uno tiene más ganas de salir a volar.

¿Redundancia?

Una forma simple, aunque generalmente no muy económica, de garantizar el buen funcionamiento de los equipos en aeronáutica y astronáutica, consiste en apelar a la redundancia de componentes críticos.

La redundancia consiste precisamente, en colocar duplicados, componentes o piezas redundantes y cuya única función consiste en actuar como reemplazo en caso de un mal funcionamiento de los componentes principales. Pero hay una diferencia fundamental entre un pieza de recambio y una que es redundante, y se debe a que la primera no está montada en el equipo mientras que la segunda sí, y esto hace una diferencia fundamental: El equipo, si está bien diseñado, no detendrá su funcionamiento de manera inmediata frente a un desperfecto.

Una UPS es un artefacto que brinda energía eléctrica de forma redundante a cualquier equipo conectado a la red eléctrica (ver Supervivencia urbana: apagones y cortes del luz). Si se corta el suministro de luz, la UPS se pondrá en marcha de forma instantánea y gracias a sus baterías, evitará un corte súbito que podría dañar algunos componentes críticos. La UPS no sustituirá totalmente a la red eléctrica, pero puede llegar a evitar tener que apagar el equipo si el corte de luz es breve, o bien permitirá un apagado racional y cuidadoso si es que el corte se prolonga (ver Supervivencia urbana: apagones y cortes del luz). De más está decir que es bueno contar con una UPS en el caso de un simulador, pero hay que decir que son equipos costosos y que los simuladores necesitarán por lo general, sistemas de un kilovatio o más de potencia, lo cual aumenta el costo.

Otro ejemplo del criterio de redundancia aplicado al simulador es meramente eléctrico: Donde se coloca un interruptor, si es posible, hay que colocar dos. Por ejemplo, en el caso de que en los frenos de los pedales se empleen interruptores en vez de potenciómetros, los cuales se activan al pisar esos pedales, colocando dos interruptores se evita uno de los problemas más comunes en las cabinas, pues los pedales tienen a ser de los primeros componentes en fallar, y los frenos suelen ser también los primero en fallar en las pedaleras. En el caso de muchos componentes, en los que no haya que tener en cuenta cuestiones de polaridad o señalización, la redundancia puede aplicarse y evitará más de un quebradero de cabeza en el futuro o al menos, aumentará el espacio de tiempo entre las sesiones de mantenimiento que impliquen el desmontaje de componentes.

Si usted va a dejar que otras personas utilicen su simulador, basándome en mi propia experiencia, le recomiendo que emplee interruptores redundantes al menos en el caso de los frenos, la palanca del tren de aterrizaje, la palanca de los flaps y cualquier otro mecanismo de apagado y encendido en términos eléctricos que sea de uso intensivo. Usted va a ser mucho más cuidadoso con lo que construyó que otro usuarios que no conocen los límites mecánicos y de resistencia de su cabina, o simplemente son torpes.

Por lo tanto, si bien instalar componentes redundantes es más costoso, en algunos casos ese costo inicial se solventará con un marcado decrecimiento en los costos de mantenimiento posteriores.



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