5G i l'aviació.

Al gener del 2022, almenys tres vols que van sobrevolar  Tennessee (EUA) van detectar simultàniament errors d'altímetre que no van permetre mantenir l'altitud assignada, segons un dels pilots. Un avió va perdre completament el pilot automàtic.

Al febrer del 2022, un altre avió de passatgers, que s'aproximava a l'aeroport internacional Louis Armstrong de Nova Orleans va detectar falses alarmes de baixa altitud quan volava per sota dels 1.000 peus. Aquest tipus d'alarmes serien extremadament crítiques en un entorn més difícil, com es dona amb poca visibilitat, condicions de gel, etc.

Al març del 2022, un avió comercial que va aterrar amb pilot automàtic a l'aeroport internacional de Los Angeles  de sobte va entrar en un descens agressiu a només 100 peus sobre el terreny. 

Els anteriors incidents, i altres del 2022, van estar relacionats amb problemes amb els raioaltímetres de les aeronaus. Aquests altímetres també són utiltizats pels pilots automàtics, acceleradors automàtics i aterratges per instruments(ILS). Segons un informe fet pel Sistema d'Informes de Seguretat Aèria (ASRS) de la NASA, les queixes de mal funcionament i fallades dels altímetres es van disparar després del llançament a principis d'aquest any coincidint amb les noves de xarxes sense fil 5G.

L'ASRS és una base de dades pública que manté la NASA per animar a les  tripulacions aèries i els controladors de trànsit aeri dels Estats Units a compartir de manera anònima incidents i preocupacions de seguretat. Entre gener i maig del 2022, hi van haver 93 informes sobre incidències amb els altímetres, on un any normal se'n en detectaven molt pocs. Només el gener, es van produir gairebé el doble de comunicats per mal funcionament dels altímetres respecte els cinc anys anteriors junts. 

La Comissió Federal de Comunicacions dels Estats Units inicialment, va treure importància sobre la relació entre el 5G poguessin interferir amb els radioaltímetres  dels avions comercials, que funcionen en freqüències més altres de l'espectre ràdio. A principis del 2020, l'agència va manifestar que les regles tècniques sobre els límits de potència i les emissions que es van establir per al servei de 3,7 GHz i la separació espectral de 220 MHZ oferien suficient protecció amb els serveis a la banda de 4,2-4,4 GHz.

Però, l'Administració Federal d'Aviació dels EUA no estava tan segura. Va encarregar un estudi empíric a RTCA, una organització sense ànim de lucre que estudia l'electrònica de l'aviació, per avaluar els riscos operatius de les interferència amb el 5G. Aquest informe va concloure que els sistemes 5G de banda C podrien causar interferències amb els radioaltímetres de qualsevol tipus d'avions comercial i, que aquest risc és generalitzat i té el potencial d'ampliar impactes en les operacions de l'aviació als Estats Units.

Es va trobar que el risc s'origina en els senyals que provenen de les torres cel·lulars terrestres, així com de telèfons mòbils 5G operats inadvertidament a bord dels avions de manera que s'agreugen amb els receptors radioaltímetre de poca selectivitat espectral. 

No obstant això, la subhasta d'espectre va seguir endavant, pels operadors  sense fil liderats per Verizon i AT&T els quals, ha pagat més de 80.000 MUS$ per operar aquests freqüències. Els serveis 5G havien de començar a funcionar en 46 mercats dels Estats Units el 5 de gener del 2022. Però a mesura que s'acostava el desplegament, la FAA va emetre una directiva d'aeronavegabilitat que hauria restringit enormement els viatges aeris a aquestes zones.

En última instància, els operadors sense fil van acordar endarrerir el llançament del 5G durant dues setmanes i la FAA va prohibir a determinades aeronaus (aquelles amb altímetres susceptibles o no provats) fer aterratges de poca visibilitat als aeroports amb xarxes sense fil 5G. Aquests mitigacions van romandre vigents durant sis mesos, mentre que la FAA autoritzava més avions per operar.

El 19 de gener del 2022 es van posar en servei els sistemes 5G de manera que, gairebé immediatament, les queixes van començar a arribar a la NASA. En un vol a San Francisco després de l'entrada en servei del 5G, un pilot va patir quan els aerofrens es van activar de manera inesperada abans de l'aterratge. 

L'ASRS conté almenys 40 informes de possibles interferències 5G a les proximitats dels 50 aeroports amb zones restringides. Amb sis informes, l'aeroport internacional de Phoenix Sky Harbor va tenir més queixes.

És cert que ara la FAA ha creat un formulari per registrar anomalies dels radioaltímetres. Tot i que la FAA no ha fet públics detalls d'aquests informes, sí que va proporcionar dades d'alt nivell que indiquen que va rebre unes 550 comunicacions d'aquest tipus des del gener del 2022.

L'agència ha revisat més de la meitat dels informes i no va poder descartar la relació per interferència del 5G en uns 80 incidents. Contràriament als informes de l'ASRS, cap de les interferències identificades per la FAA va tenir cap impacte relacionada amb la seguretat. La FAA ha conclòs que les mitigacions que havia acordat amb els operadors de xarxes sense fils estan funcionant be.

Tot i que les queixes semblen estar disminuint, molts pilots encara volen controls més estrictes de la tecnologia 5G. AOPA, l'organització més gran del món que representa pilots d'aviació general i propietaris d'avions, demana mantenir converses entre els sectors públic i privat per mitigar encara més els riscos de seguretat demostrats que suposa  la tecnologia 5G als radioaltímetres. Una major cooperació i coordinació aportaran solucions que aniran be a totes les parts.

Font: Mark Harris és un reporter d'investigació científica i tecnològica amb seu a Seattle, amb un interès particular en la robòtica, el transport, les tecnologies verdes i els dispositius mèdics. Està a Twitter a @meharris  i correu electrònic a mark(at)meharris(dot)com

Teoria de la relativitat i el nou sistema elèctric.

L'equació més famosa d'Einstein: E = mc² és una de les més parlades des de que es va proposar. De manera senzilla, afirma que l'energia és igual a la massa d'un objecte multiplicada per la velocitat de la llum al quadrat. 

Tot i que la relació matemàtica de l'equaició sembla que és simple, però explica moltes altres coses, per exemple:

Si es te una certa quantitat d'energia és posible crear espontàniament nous parells de partícules matèria-antimatèria sempre que la seva massa en repòs sigui inferior a la quantitat d'energia necessària per crear-les. Si un parell de partícules matèria-antimatèria s'absorvèixen, aquestes, produiran una quantitat específica d'energia donada per les masses del parell de partícules que s'han absorvit o aniquilat i també,explica que cada vegada que es dona una reacció nuclear,  ja sigui fusió o fissió, si la massa dels productes és menor que la massa dels reactius, la fòrmia E = mc² ens permet saber quanta energia s'alliberarà en aquesta reacció.

En definitva, es pot saber quanta energia és inherent a qualsevol partícula massiva en repòs, inclosa quanta energia es necessita per crear-la i quanta energia s'allibera si es destrueix.

Fent una analogia amb el sistma elèctric d'un país, les xarxes de transport i distribució s'han disenyat partint de la base que fins avui,  és la generació qui s'ha adptar al consum o càrreges, és a dir, les carreges alteren la generació  gràcies a les propitetats  tradicionals que provenen dels sistemes de generadors rotatius amb inèrcia i potencia de curtcircuit moguts fonamentalment per les centrals hiroelèctriques, nuclears, de gas i de carbó.

Tornant a l'equció Einstein però, què passa si una  partícula no està en repòs, o què passa si no té massa massa? En aquests casos, l'equació E = mc²  només explia la meitat. L'altra meitat (E =  ½ mv²) adquerix un nou interés i esdevé interessant pel que cal donar sentit físic al que està passant.

La raó per la qual la "massa en repòs" és un concepte tan important és perquè el moviment (la taxa de canvi de la posició d'un objecte al llarg del temps) no és una propietat física "absoluta" al nostre Univers. En canvi, la lliçó clau de la relativitat d'Einstein és que, independentment de quina sigui la teva posició o com canvia la teva posició amb el temps, les lleis de la física i les constants de la natura, inclosa la velocitat de la llum, sempre semblaran ser les mateixes. 

I aquí és a on volia arribar per continuar amb l'analogia del nou model de sistema elèctric que va introduint-se el qual es basa amb fonts de generació renovable no gestionables. Sota aquest nou paradigma la generació ja no pot adpatar-se a la demanda de manra que la demanda adquieix un nou dimamisme i requereix una  manera diferents de gestió de la xarxa que implica canvis molt importat tot i que de cara a com observem  l'ús de l'energia semblin el mateix.

De igual manera que va passar a principis del Segle XX, quant la teoria de la Relativitat General d'Enstein platejava remplaçar la teoria gravitacional universal de Newton - salvant les distanticies- i continuant amb el parel·lelisme, la nova "teoria" de la gestió de les xarxes elèctriques pasa per canvis tecnològics (disponibles) i sobre tot, canvis del mindset que cal treballar, entre d'altres, en base a que els distribuidors com a negoci regulat i responsables de la qualitat de servei, no poden tenir una gestió passiva de la xarxa la qual  requerix de noves maneres, pensar i dissenyar i això cal de fortes inversions en nous actius de xarxa (la segona part de l'equació d'Eintein).

Per exemple, només si s'implementen els mecanismes de flexibilitat i que se'ls permeti als distribuidors noves funcions per una gestió activa de la xarxa serà possible optimitzar les inversión per fer possible integrar tota aquesta generació distribuïda renovable a les xarxes de distribució, sense perjudicar la fiabilitat i qualitat del servei i que cada actor clau aporete el millor de si en la cadena de valor electrica.

La importancia dels distrobuidors ve doanda perquè han de fer que el sistema elèctric gestioni de forma figurada, l'equaició complerta (E = mc² + ½ mv²) on el segon terme inclou la dinàmica d'una particula que de forma figurada en aquest aritcle exemplaritza una nova dinàmica dels consums per donar resposta a la generació  i el primer terme de l'equació, també de manera fiugrada, ilustra com el sistema tradicional ha estat dissenyat perquè  sigui la generació gestionable qui ha de respondre en funció de les càrregues que es connecten en el sitema elèctric.

Ramon Gallart

Xarxes elèctriques inestables.

Un subministrament d'energia sostenible requereix de l'ampliació de les xarxes elèctriques. Tanmateix, les noves línies de transport també poden provocar que les xarxes es tornin més inestables en lloc de més estables. Aquest fenomen es coneix com la paradoxa de Braess.

Un equip de investigadors de l'Institut de Tecnologia de Karlsruhe (KIT),  han simulat la paradoxa de Braess per a les xarxes elèctriques gràcies a haver desenvolupat una eina de predicció per donar suport a la xarxa elèctrica. 

La transformació sostenible del sistema energètic requereix de la pròpia ampliació de les xarxes per integrar fonts renovables i transportar  llargues distàncies l'electricitat. Aquesta expansió requereix grans inversions per seguir mantenint que les xarxes siguin estables. Tanmateix, reformar les línies existents o estendre o construir de  noves, el sistema elèctric pot tornar-se més inestable.

Si es compleix això és quan pren rellevància parlar de la paradoxa de Braess. Aquest fenomen afirma (en el context elèctric)  que una acció a la xarxa elèctrica per millorar el flux energètic té l'efecte invers.

El fenomen porta el nom del matemàtic alemany Dietrich Braess, que en va parlar per primera vegada per a les xarxes de carreteres: sota determinades condicions, la construcció d'una nova carretera pot augmentar el temps de viatge de tots els usuaris de la carretera. Aquest efecte s'ha observat en sistemes de trànsit i s'ha discutit per als sistemes biològics. Per a les xarxes elèctriques, fins ara només s'ha predit teòricament i s'ha  observat a una escala molt petita.

Per primera vegada, ha estat possible simular el fenomen per a les xarxes elèctriques a petita i gran escala. S'ha simular en la xarxa elèctrica alemanya, incloent reforços i ampliacions previstes. En una configuració experimental realitzada al laboratori, mostra la paradoxa de Braess en una xarxa de corrent altern de manera que s'ha  observat el fenomen en mode de  simulació de manera que aquest experimetn s'ha centrat en fluxos energètics circulars.

Això, és clau per entendre la paradoxa de Braess: si una línia elèctrica es millora, per exemple, reduint la seva resistència, i després pot distribuir o transportar més corrent, a causa de les lleis de conservació, això dóna lloc a un nou flux circular, i després passa més corrent en algunes línies i menys en altres. Això es converteix en un problema quan la línia més carregada ha de portar encara més corrent, llavors, es sobrecarrega. Això fa que la xarxa sigui més inestable.

La majoria de les xarxes elèctriques tenen suficient capacitat per suportar la paradoxa de Braess. Quan es construeixen noves línies i durant l'operació, els operadors de xarxa examinen tots els escenaris possibles. Tanmateix, quan s'han de prendre decisions amb poca antelació sobre criteris d'explotació, no sempre hi ha prou temps per preveure per tots els escenaris. Llavors cal una comprensió intuïtiva dels fluxos circulars per poder avaluar quan es produeix la paradoxa de Braess i, per tant, prendre les decisions correctes ràpidament.

Els resultats de la investigació, han permès una comprensió teòrica de la paradoxa de Braess i han proporcionat directrius pràctiques per planificar les extensions de la xarxa de manera racional i donar suport a l'estabilitat de la xarxar.

Font: Benjamin Schäfer et al, Understanding Braess' Paradox in power grids.