Aviones operando a la altura de las matemáticas

El cielo europeo está cada vez más lleno. Para los pasajeros, un vuelo puede parecer rutinario, pero detrás de cada trayecto existe una compleja red de decisiones que determina por dónde y a qué altura se mueve cada avión. En ese entramado, donde unos pocos metros o segundos pueden marcar la diferencia entre la fluidez y el colapso, un equipo de investigadores de la Universidad de Burgos ha logrado introducir un avance que impacta directamente en la seguridad, los costes y el efecto ambiental del transporte aéreo.

La revista Journal of the Operational Research Society ha publicado recientemente un trabajo firmado por Joaquín Pacheco Bonrostro y Silvia Casado Yusta, catedráticos del área de Métodos Cuantitativos de la UBU, junto con el doctorando Mario Solana Ezquerra. Su investigación propone un método novedoso para asignar niveles de altura a los vuelos durante la fase de planificación, un paso crítico que se realiza dos o tres días antes de la operación de los vuelos.

El proyecto surge en un contexto especialmente complejo, donde la densidad del tráfico aéreo en Europa, y particularmente en España, ha crecido de manera sostenida en las últimas décadas. Cada avión necesita volar a una altitud que evite cruces peligrosos con otras aeronaves y que se acerque lo más posible a su nivel de crucero óptimo. Esta asignación no solo es esencial para la seguridad, sino que también influye en la eficiencia operativa y en la sostenibilidad, ya que impacta directamente en el consumo de combustible y en las emisiones de gases contaminantes.

Joaquín Pacheco dirige la unidad consolidada de investigación UIC-070, que agrupa este tipo de proyectos. Doctor en Matemáticas por la Universidad Complutense de Madrid desde 1994, Pacheco ha desarrollado toda su carrera en la Universidad de Burgos. En el año 2000 fundó este grupo de investigación centrado en optimización heurística, herramientas matemáticas e informáticas aplicadas a problemas reales de toma de decisiones, que en 2015 fue reconocido como unidad consolidada de investigación.

Según Pacheco, el proyecto nació de una línea de trabajo dedicada a problemas de grafos, porque muchos desafíos reales pueden formularse en ese marco y resolverse adaptando métodos ya existentes. La revisión de la literatura reveló que parte de estos problemas estaba directamente vinculada a la gestión del tráfico aéreo, un ámbito donde cada decisión puede tener repercusiones operativas, económicas y medioambientales.

El problema que abordaron consistía en la asignación de alturas a los vuelos en la fase de planificación. Su método analiza todos los vuelos de una jornada concreta de manera conjunta y asigna a cada uno un nivel de crucero óptimo. La idea es anticipar conflictos antes de que ocurran, reduciendo la necesidad de correcciones durante el vuelo, como cambios de altura, velocidad o trayectoria. Esta anticipación es especialmente relevante para evitar retrasos, indemnizaciones y sobrecarga de los controladores y pilotos.

La asignación de alturas puede parecer un aspecto técnico, pero su relevancia es inmediata ya que el crecimiento sostenido del tráfico europeo convierte esta decisión en una pieza clave para la seguridad y eficiencia. Si dos vuelos compartieran el mismo nivel en el mismo punto y casi al mismo tiempo, se generaría un conflicto que requeriría maniobras correctoras en pleno vuelo, aumentando el riesgo, la presión sobre los controladores y los pilotos y, a menudo, causando retrasos significativos para los pasajeros.

El método de Pacheco y su equipo resuelve estos conflictos desde la planificación. Esto tiene un efecto directo, al evitar maniobras correctoras en tiempo real, mejora la calidad del servicio, refuerza la seguridad y reduce la carga de trabajo sobre los sistemas de control. Cada vuelo tiene su altura óptima o cercana a ella, lo que maximiza la eficiencia y reduce el consumo de combustible y las emisiones de gases contaminantes.

El enfoque del equipo persigue dos objetivos complementarios. Primero, minimizar o eliminar los conflictos entre vuelos para que no coincidan en el mismo punto al mismo tiempo. Segundo, aproximar cada vuelo a su altura de crucero ideal, donde el consumo de combustible y las emisiones son mínimas. Aplicando el método a datos reales de España y Europa, lograron que todos los conflictos se resolvieran y que más del 97 % de los vuelos operara en su altura óptima o en la inmediatamente adyacente. Esto aporta ventajas claras en seguridad, eficiencia operativa, sostenibilidad y economía.

Además, el modelo permite actuar en escenarios dinámicos y emergencias. Los conflictos pueden resolverse en cuestión de segundos, lo que facilita la replanificación en tiempo real ante incidentes imprevistos. La optimización de costes y emisiones requiere más tiempo, pero la rapidez en la prevención de conflictos hace que la herramienta pueda utilizarse de manera práctica incluso con ordenadores personales.

Los beneficios económicos también son evidentes, asevera Pacheco, los vuelos más cercanos a su altura ideal consumen menos combustible, generan menos emisiones y reducen los retrasos que podrían implicar compensaciones. Para aerolíneas y gestores del espacio aéreo, esto se traduce en menores costes operativos y una mejora de la reputación, al ofrecer un servicio más seguro y eficiente.

El enfoque de Pacheco aporta mejoras significativas respecto al software comercial y los métodos existentes en la literatura para problemas de optimización similares. Aunque desconocen en detalle las herramientas específicas que emplea EuroControl, considera que su método no es menos eficiente y abre la puerta a futuras colaboraciones para analizar la integración con sistemas ya operativos.

En cuanto al estado del proyecto, la herramienta está completamente desarrollada y lista para pruebas. El siguiente paso consiste en establecer contactos con responsables de EuroControl para evaluar su incorporación en sistemas reales, con el objetivo de trasladar los beneficios en seguridad, eficiencia y sostenibilidad directamente a la gestión del tráfico aéreo europeo.

Este trabajo representa un avance técnico y un ejemplo de cómo la investigación académica puede generar soluciones prácticas que impactan directamente en la operación diaria de la aviación, la economía del sector y la sostenibilidad medioambiental. A medida que el tráfico aéreo continúa creciendo y los cielos europeos se llenan de vuelos, herramientas como la de la Universidad de Burgos podrían convertirse en un estándar de planificación, reduciendo riesgos, optimizando recursos y contribuyendo a un transporte más responsable y seguro.