Google usará IA para evitar las estelas que calientan el planeta

La IA para evitar estelas será puesta a prueba sobre una de las rutas aéreas más transitadas del mundo. Google y un consorcio británico utilizarán inteligencia artificial, pronósticos meteorológicos e imágenes satelitales para identificar las zonas del Atlántico Norte donde determinadas estelas de condensación pueden contribuir al calentamiento y modificar selectivamente las trayectorias de algunos vuelos antes de que las atraviesen.

El proyecto se desarrollará durante 30 meses en el espacio aéreo de Shanwick, que cubre la parte oriental del corredor del Atlántico Norte. Según la información divulgada por Google, esta región representa alrededor del 5 % del calentamiento global asociado con las estelas de condensación. El objetivo no consiste en eliminar las estelas de todos los vuelos, sino en determinar si pequeñas desviaciones de ruta pueden evitar aquellas condiciones atmosféricas especialmente favorables para la formación de estelas persistentes con efecto climático.

La iniciativa introduce así una posibilidad diferente dentro de los esfuerzos por reducir el impacto de la aviación: actuar sobre dónde vuela un avión, además de continuar desarrollando combustibles sostenibles, motores más eficientes y nuevas tecnologías de propulsión.

¿Por qué algunas estelas de los aviones pueden calentar la atmósfera?

Las líneas blancas que ocasionalmente permanecen detrás de un avión se conocen como estelas de condensación o contrails. Su formación está relacionada con las condiciones atmosféricas encontradas por las aeronaves a gran altitud.

Durante la combustión, los motores generan vapor de agua y partículas. Cuando los gases de escape calientes entran en contacto con aire suficientemente frío y húmedo, el vapor puede condensarse y congelarse alrededor de pequeñas partículas, generando cristales de hielo. Desde tierra, el resultado puede observarse como una línea blanca detrás del avión.

Pero no todas las estelas tienen el mismo comportamiento. Algunas desaparecen rápidamente y tienen un efecto climático limitado. Otras se forman en regiones atmosféricas suficientemente frías y húmedas como para permanecer durante períodos más prolongados, extenderse y formar estructuras similares a nubes cirrus.

Ahí aparece el problema que Operation Blue Skies pretende abordar. Las estelas persistentes pueden modificar el balance energético de la Tierra. Aunque durante el día también pueden reflejar una parte de la radiación solar, son capaces de retener radiación infrarroja que de otra manera escaparía hacia el espacio. El balance de estos procesos puede producir un efecto neto de calentamiento, especialmente bajo determinadas condiciones atmosféricas y durante la noche.

Google señala que las estelas con efecto de calentamiento representan aproximadamente un tercio del impacto climático total de la aviación. Esta estimación explica por qué evitar solamente una fracción de las estelas más perjudiciales podría convertirse en una herramienta complementaria para reducir el impacto climático del transporte aéreo.

La IA para evitar estelas buscará dónde no volar

La particularidad tecnológica del proyecto está en intentar predecir antes del paso del avión dónde existen condiciones propicias para formar estelas persistentes.

Google UK desarrollará modelos de inteligencia artificial capaces de generar esos pronósticos. El sistema combinará capacidades de machine learning con información meteorológica e imágenes satelitales para identificar regiones del espacio aéreo donde probablemente se produzcan estelas con efecto de calentamiento.

Una vez detectada una de esas regiones, determinados vuelos que normalmente la atravesarían podrían recibir una pequeña modificación de trayectoria.

El principio es relativamente sencillo: si una capa atmosférica favorable para producir una estela persistente ocupa solamente una parte limitada de la ruta, puede resultar más eficiente evitar esa zona que permitir que el avión genere una estela capaz de permanecer durante horas.

La complejidad aparece al llevar esa idea al tráfico aéreo real. Cualquier cambio debe considerar seguridad, separación entre aeronaves, disponibilidad del espacio aéreo, carga de trabajo de los controladores, consumo adicional de combustible y condiciones meteorológicas.

Por ello, Operation Blue Skies no será únicamente un experimento de inteligencia artificial. Será también una prueba operacional de gestión del tráfico aéreo.

10.000 vuelos anuales proporcionarán un laboratorio sobre el Atlántico Norte

El programa se desarrollará en el espacio aéreo de Shanwick, una extensa región que cubre la parte oriental de las rutas transatlánticas del Atlántico Norte.

Aproximadamente 10.000 vuelos atraviesan esta zona durante las horas contempladas por el ensayo cada año, aunque solamente una pequeña proporción de las aeronaves que previsiblemente entrarían en regiones sensibles a la formación de estelas recibirán desviaciones.

Esta característica resulta fundamental para comprender el experimento: no se pretende rediseñar las rutas de miles de aviones indiscriminadamente.

La estrategia consiste en localizar aquellas situaciones donde una intervención relativamente pequeña pueda evitar una estela con un impacto climático potencialmente significativo.

El programa contempla dos ensayos operacionales de aproximadamente cuatro meses cada uno dentro de sus 30 meses de duración. Esa estructura permitirá comparar pronósticos, operaciones reales y observaciones posteriores para determinar si las desviaciones efectivamente evitaron las estelas previstas.

Satélites comprobarán si la estrategia realmente funciona

Predecir una estela es solamente la primera mitad del problema. La segunda consiste en demostrar que habría ocurrido y comprobar si la modificación de la ruta consiguió evitarla.

Para ello, Google utilizará imágenes satelitales y aprendizaje automático destinados a seguir y verificar los resultados.

El proyecto incorpora además varias organizaciones con responsabilidades diferenciadas. NATS, proveedor británico de servicios de navegación aérea, gestionará las operaciones dentro del espacio aéreo del ensayo, la coordinación del control de tráfico, las evaluaciones de seguridad y la capacitación de los controladores.

Contrails.org liderará la evaluación de pronósticos, el diseño del ensayo y el análisis de datos, mientras que el Met Office desarrollará capacidades británicas de predicción de estelas.

La evaluación académica tendrá también un papel relevante. Imperial College London y la University of Cambridge analizarán los resultados y proporcionarán verificación independiente del impacto climático.

Esta estructura permitirá contrastar lo que predice la IA con lo que realmente sucede en la atmósfera.

Google aporta IA y £1,4 millones en tecnología al proyecto

La participación de Google UK será pro bono. La compañía aportará aproximadamente £1,4 millones en especie, mediante experiencia en investigación de inteligencia artificial, ingeniería e infraestructura de computación de alto rendimiento.

La financiación del programa combina aportes de socios industriales con recursos del Department for Transport británico a través del ATI Programme. Los fondos públicos asignados al proyecto se destinarán a participantes académicos, organizaciones sin fines de lucro y socios de la industria aeronáutica.

El ensayo también se apoya en experiencias anteriores.

Google había trabajado con American Airlines, EUROCONTROL y FlightKeys en investigaciones sobre predicción y evasión de estelas. Esas experiencias permitieron utilizar pronósticos para realizar ajustes específicos durante operaciones normales y explorar si las rutas podían modificarse sin alterar sustancialmente el funcionamiento de los vuelos.

Operation Blue Skies aumenta ahora la escala del concepto al trasladarlo a un espacio aéreo oceánico completo bajo un programa respaldado por el Estado.

Evitar estelas no sustituye la descarbonización de la aviación

El proyecto plantea una distinción importante. Evitar una estela de condensación no significa eliminar las emisiones de CO₂ generadas por el avión. El combustible de aviación sostenible representa otra de las vías que actualmente desarrolla la industria para reducir su huella de carbono.

Una aeronave que modifica ligeramente su trayectoria continúa consumiendo combustible y generando emisiones. Por ello, la gestión de estelas debe entenderse como una herramienta complementaria y no como sustituto de los esfuerzos destinados a reducir las emisiones directamente asociadas con la combustión.

La industria continúa necesitando mejoras de eficiencia, renovación de flotas, combustibles de aviación con menor intensidad de carbono y nuevas tecnologías capaces de acelerar la descarbonización aérea y, cuando sean técnicamente viables, nuevas tecnologías de propulsión..

Sin embargo, existe una diferencia temporal importante. Transformar combustibles, motores e infraestructura aeroportuaria puede requerir inversiones considerables y períodos prolongados. La gestión de estelas intenta actuar sobre una parte del impacto climático utilizando infraestructura aeronáutica que ya existe, complementada con mejores capacidades de predicción.

El verdadero beneficio dependerá de que las desviaciones generen una reducción climática superior a cualquier impacto adicional producido por cambios en distancia de vuelo o consumo de combustible.

El Atlántico Norte pondrá a prueba una nueva forma de gestionar el cielo

Los próximos ensayos deberán demostrar si la IA para evitar estelas de condensación puede funcionar más allá de experimentos controlados y convertirse en una herramienta compatible con operaciones aéreas a gran escala.

La pregunta no será únicamente si los algoritmos pueden anticipar dónde aparecerá una estela. También deberá comprobarse si controladores y aeronaves pueden utilizar esa información de manera segura, si las modificaciones de trayectoria son suficientemente pequeñas y si los satélites confirman una reducción real del calentamiento esperado.

Si los resultados son favorables, Operation Blue Skies podría proporcionar un modelo para incorporar información climática a la gestión futura del espacio aéreo.

El cambio conceptual es significativo. Durante décadas, la planificación de rutas ha estado determinada principalmente por seguridad, meteorología, eficiencia, tiempo y combustible. Este experimento añadirá otra variable: el efecto climático de atravesar una determinada región de la atmósfera.

Así, una línea blanca aparentemente sencilla detrás de un avión se convierte en el centro de un experimento donde inteligencia artificial, meteorología, satélites y control de tráfico aéreo intentarán determinar si pequeñas modificaciones en el cielo pueden producir una diferencia climática medible.

Fuente: Aerospace Testing International.