El 7 de enero de 2017, un Bombardier Challenger 604 sobrevolaba el mar Arábigo a 34.000 pies de altitud, a unas 500 millas náuticas de la tierra más cercana. Un Airbus A380 de Emirates pasó a 1.000 pies por encima en dirección opuesta, cumpliendo totalmente la ley.

Cuarenta y siete segundos después, el Challenger giró 42 grados en un solo segundo, experimentó una aceleración de 1,6 g y luego de -3,2 g en el siguiente, pasó de nueve grados de inclinación hacia arriba a veinte grados de inclinación hacia abajo, y cayó aproximadamente 8700 pies mientras giraba varias veces sobre su eje longitudinal. Ambos sistemas de referencia inercial fallaron. El avión aterrizó en Mascate y nunca volvió a volar: la estructura había excedido los límites de carga de diseño para su certificación.

Nada lo había tocado. El A380 había dejado tras de sí un par de tornados invisibles que giraban en sentido contrario, y seguían allí tres cuartos de minuto después.

De dónde proviene el tornado

Un ala genera sustentación al mantener una presión menor por encima que por debajo. En la punta del ala, nada impide que el aire de alta presión que se encuentra debajo se filtre hacia la región de baja presión que se encuentra arriba, y ese flujo, combinado con el movimiento hacia adelante de la aeronave, forma un vórtice.

La FAA describe el resultado como dos vórtices cilíndricos que giran en sentido contrario, con la mayor parte de la energía concentrada a pocos metros de cada núcleo. Esto no es un efecto secundario que un diseño ingenioso pueda eliminar. Es la señal inequívoca de la sustentación. Una aeronave que genera sustentación siempre genera vórtices.

La fuerza de la estela sigue una relación simple: la circulación inicial aumenta con el peso y disminuye con la envergadura y la velocidad. Por eso, la fórmula de la FAA es: pesado, limpio y lento. Un avión pesado, con los flaps y el tren de aterrizaje retraídos, de modo que toda la carga recae sobre el ala, volando lentamente, produce la peor estela posible. Esto describe con mayor precisión un avión en despegue o en aproximación final que uno en vuelo de crucero.

Se han registrado velocidades tangenciales máximas de casi 300 pies por segundo, lo que equivale aproximadamente a 178 nudos.

¿Adónde va después de que se fabrica?

Los vórtices se hunden. El Manual de Información Aeronáutica actual de la FAA solo indica que las estelas de las aeronaves más grandes descienden a varios cientos de pies por minuto, habiendo omitido las cifras específicas que publicaba anteriormente. La propia Guía de Entrenamiento sobre Turbulencia de Estela de la FAA es más precisa: un hundimiento de aproximadamente 300 a 500 pies por minuto durante unos 30 segundos, tras lo cual la velocidad disminuye y se aproxima a cero en algún punto entre 500 y 900 pies por debajo de la trayectoria de vuelo. La EASA, al describir el entorno de crucero, proporciona una velocidad de hundimiento típica de unos 400 pies por minuto y una persistencia de dos a tres minutos.

Cerca del suelo, el comportamiento cambia y se vuelve mucho más peligroso. A una profundidad de entre 30 y 60 metros (100 a 200 pies) de la superficie, los vórtices dejan de hundirse y comienzan a moverse lateralmente a dos o tres nudos.

Esto genera el riesgo más contraintuitivo del tema. Un ligero viento lateral es peor que ninguno.

Las mayúsculas corresponden a la FAA. Sin viento, ambos vórtices se separan simétricamente. Con un viento lateral suave, el vórtice de barlovento se mantiene estacionario justo encima de la zona de aterrizaje, precisamente donde se espera que esté la siguiente aeronave. Por encima de los seis nudos, la estela se disipa rápidamente.

La Autoridad Australiana de Seguridad de la Aviación Civil expone las normas operativas en la información anterior.

Las reglas de separación y por qué difieren

La OACI clasifica las aeronaves en cuatro categorías de estela: Súper, que actualmente comprende solo el A380-800; Pesada, de 136.000 kg o más; Media, entre 7.000 y 136.000 kg; y Ligera, de 7.000 kg o menos.

La FAA utiliza un esquema diferente, y esta discrepancia causa confusión. La categoría Pesado de la FAA comienza en 300 000 lb, lo cual se acerca bastante al umbral de la OACI, pero luego la FAA divide todo lo que está por debajo en Grande y Pequeño a partir de 41 000 lb y no tiene ninguna categoría Ligera. Un bimotor de 8000 kg es Mediano según la OACI y Pequeño según la FAA. El Boeing 757 se encuentra en una categoría propia en la práctica, clasificado como Grande pero con criterios de separación especiales, debido a que su estela resultó ser inusualmente fuerte para su peso.

En la aproximación, las separaciones de la OACI varían desde 4 millas náuticas para aeronaves pesadas detrás de aeronaves pesadas hasta 8 millas para aeronaves ligeras detrás de aeronaves superpesadas. Los intervalos de salida se miden en tiempo, no en distancia: dos minutos detrás de una aeronave pesada, tres detrás de una superpesada, y la FAA especifica que los controladores no pueden reducir ni eximir de dichos intervalos.

Desde entonces, ambos organismos reguladores han adoptado sistemas más detallados. Europa utiliza RECAT-EU, un sistema de seis categorías que asigna la masa máxima al despegue y la envergadura de forma conjunta. La FAA fue más allá, adoptando un sistema de nueve categorías bajo el criterio de Turbulencia de Estela Consolidada, basándose en el razonamiento expuesto en su propia orden: cuatro millas es una distancia apropiada para un 767 que sigue a un 747, e innecesaria cuando el 747 sigue al 767.

El vuelo 587 de American Airlines y lo que no significa

El 12 de noviembre de 2001, un Airbus A300-605R se estrelló en Belle Harbor, Nueva York, causando la muerte de las 260 personas a bordo y cinco en tierra. Había despegado detrás de un Boeing 747-400 de Japan Air Lines y se encontró con su estela en dos ocasiones.

El accidente se cita habitualmente como prueba de lo que la turbulencia de estela puede hacerle a un avión de pasajeros. Esa interpretación es errónea, y es importante.

La separación no solo fue legal, sino generosa: la NTSB registró que las dos aeronaves estuvieron separadas en todo momento por al menos 4,3 millas náuticas horizontalmente y 3800 pies verticalmente, debido a que el controlador local había añadido separación radar adicional. El modelo de la NASA Langley para la investigación estimó la antigüedad de la estela en unos 100 segundos y su circulación restante entre el 63 y el 80 por ciento de la fuerza inicial. El informe de la NTSB señala que el analista principal de la estela describió el encuentro como algo sin importancia.

Un encuentro normal con la estela de un avión que se encontraba legalmente separado fue el detonante. La reacción a este incidente provocó la avería del avión. Esa es una lección diferente, y mucho más útil.

La animación del encuentro, realizada por la propia NTSB, se encuentra más arriba.

El organismo regulador acabó plasmando esa lección por escrito, motivado por el incidente del A380 y el Challenger catorce años después.

La parte que nadie había planeado

El caso del Challenger 604 puso al descubierto una deficiencia real. Las distancias mínimas de separación están diseñadas para la zona terminal, donde los aviones son pesados, lentos y vuelan muy cerca unos de otros. No existían normas escritas para dos aviones que se cruzan en direcciones opuestas durante el vuelo de crucero, porque nadie esperaba que la estela de estos sobreviviera al trayecto.

Las directrices posteriores de la EASA son contundentes respecto a su magnitud: la estela puede encontrarse hasta a 25 millas náuticas detrás del avión que la genera, y los encuentros más significativos se han registrado dentro de las 15 millas. No existen mínimos específicos de separación horizontal por turbulencia de estela para vuelos en ruta. Las estelas de crucero de los aviones más grandes pueden descender más de 1000 pies, lo que equivale exactamente a un nivel RVSM.

La otra recomendación de la EASA va en contra del instinto: si el piloto reacciona al primer movimiento de alabeo, mientras aún se encuentra en el núcleo del vórtice, ese movimiento inicial puede amplificarlo.

Dos cosas que vale la pena desaprender

El primero son los winglets. Reducen la resistencia inducida y ahorran combustible, por lo que se suele asumir que, por lo tanto, deben atenuar la estela. Sin embargo, la FAA ha realizado pruebas y afirma lo contrario: los estudios realizados durante la aproximación y el aterrizaje no muestran diferencias apreciables entre aeronaves con y sin winglets, y el AIM describe el efecto sobre la generación de estela como insignificante.

La segunda idea errónea es que se trata de un problema exclusivo de los aviones grandes. No es así. Lo que determina la supervivencia ante un encuentro con un vórtice es si la envergadura y los alerones se extienden más allá del campo de flujo rotacional del vórtice. Un avión grande se sitúa a caballo entre el vórtice y gira lentamente. Un avión ligero se encuentra completamente dentro de él y puede sufrir un desplazamiento de más de 30 grados en alabeo, con velocidades de descenso superiores a 1000 pies por minuto.

El 16 de diciembre de 2021, en Knoxville, un Cirrus SR22 giró a aproximadamente 1,8 millas náuticas detrás de un Allegiant A320. A unos 1000 pies de altitud, giró bruscamente a la izquierda hasta alcanzar los 135 grados, con el morro inclinado 30 grados hacia abajo. El paracaídas se desplegó con una altitud insuficiente. La NTSB determinó que la causa probable fue un encuentro con un vórtice de estela que provocó una pérdida de control a una altitud demasiado baja para la recuperación, siendo la omisión del control de tráfico aéreo de emitir una advertencia un factor contribuyente.

Una vez más, las mayúsculas pertenecen a la FAA. No suele gritar.

Fuentes: Manual de Información Aeronáutica de la FAA Cap. 7 §4, AC 90-23G y la Ayuda de Entrenamiento sobre Turbulencia de Estela; NTSB AAR-04/04 y ERA22LA089; EASA SIB 2017-10R1; Archivo BFU alemán BFU17-0024-2X citado por la Flight Safety Foundation; EUROCONTROL RECAT-EU Ed. 2.0; Orden JO 7110.126B de la FAA; Hallock y Holzäpfel, Progress in Aerospace Sciences, 2018.