PBN, WAAS Y ADS-B OUT

28 octubre, 2021

   El esfuerzo de modernización de la Asociación Federal de Aviación (FAA) abarca muchas tecnologías innovadoras. Algunas tecnologías futuras que forman parte del esfuerzo de la FAA NextGen incluyen el mandato de ADS-B vigente desde enero de 2020, Data Comm, automatización ATC mejorada y Navegación Basada en el Rendimiento (PBN). Todos estos sistemas se enmarcan en encontrar soluciones a los problemas ocasionados por el incremento del tráfico aéreo mundial en los grandes bloques a saber: el bloque americano, el bloque europeo y el bloque asiático. En este artículo explicaremos brevemente que son exactamente estos sistemas y cuáles son sus implicaciones para la navegación aérea actual.

PERFORMANCE-BASED NAVIGATION (PBN)

   PBN es una forma avanzada de navegación aérea habilitada por satélite. Utiliza un FMS actualizado y el GPS habilitado para WAAS (Wide Area Augmentation System) para volar procedimientos y rutas que requieren un nivel de precisión de navegación prescrito. La mayoría de los sistemas PBN pueden navegar con una precisión de 0,2 nm 99,99% del tiempo. Hay muchos beneficios operativos del PBN: mayor seguridad, mayor eficiencia de combustible, reducción de las emisiones de dióxido de carbono y costos reducidos. La navegación PBN permite que las aeronaves puedan volar rutas más cortas y directas a sus destinos, lo que conlleva una reducción del consumo de combustible y del tiempo de vuelo. Existen varios procedimientos y rutas PBN disponibles:

  • Salidas de Instrumentos Estándar (SID) RNAV: Los SID RNAV proporcionan rutas repetibles precisas para aeronaves desde el despegue hasta el espacio aéreo en ruta. Mantienen el tráfico de salida bien separado del tráfico de llegada, reducen el consumo de combustible y el ruido. Más de 1.200 SID RNAV están actualmente disponibles.
  • Rutas Q y T: la FAA reemplaza las rutas de altitud elevada y reducida que dependen de las ayudas de navegación en tierra (NAVAID) con rutas que utilizan GPS. La FAA ha publicado más de 100 T-Routes y más de 145 Q-Routes.
  • Llegadas de Terminal Estándar RNAV (STAR): los procedimientos STAR de RNAV pueden proporcionar un descenso continuo desde la altitud de crucero, lo que ahorra combustible, reduce las emisiones y el ruido. La FAA ha publicado más de 860 procedimientos de llegada RNAV.
  • Rendimiento Requerido para Navegación (RNP o Required Navigation Performance): los enfoques de RNP son para aeronaves equipadas principalmente con GPS mejorado por WAAS. Decenas de miles de aeronaves equipadas con WAAS utilizan más de 3.800 procedimientos de aproximación de LPV (Rendimiento del Localizador con Guía Vertical) en más de 1.880 aeropuertos. La mayoría de estos aeropuertos no tienen un procedimiento ILS (Sistema de Aterrizaje por Instrumentos). Las aproximaciones ILS basadas en ayudas de tierra (localizador y senda de planeo) ya van siendo cosa del pasado.

WAAS (WIDE AREA AUGMENTATION SYSTEM)

   En 2007 la FAA completó y certificó una actualización significativa al sistema GPS. El nuevo sistema, denominado WAAS (Sistema de Aumento de Área Amplia), usa una red de más de 25 estaciones terrestres de precisión para proporcionar correcciones a la señal de navegación del GPS en la aeronave. Las estaciones se encuentran estratégicamente ubicadas en América del Norte, incluyendo Alaska, Hawái, Puerto Rico, Canadá y México, para recopilar datos satelitales de GPS. Usando esta información de error recopilada, se desarrolla un mensaje para corregir cualquier error en la información de posición de la aeronave. Los mensajes de corrección se transmiten a través de satélites de comunicación al receptor de GPS a bordo de la aeronave utilizando la misma frecuencia del GPS.

   WAAS está diseñado para proporcionar la precisión, la disponibilidad y la integridad necesarias para permitir que las tripulaciones de vuelo confíen en el GPS para todas las fases del vuelo, incluyendo las aproximaciones de precisión GPS para todos los aeropuertos calificados dentro del área de cobertura de WAAS. Esto proporciona una capacidad para el desarrollo de aproximaciones de precisión más estandarizadas, aproximaciones frustradas y guía de salida para aproximadamente 4.100 pistas y cientos de helipuertos en el espacio aéreo de los EE. UU.

   En este momento, hay más del doble de aproximaciones WAAS/LPV que aproximaciones ILS en los EE. UU. (Un total de 3.613). WAAS también proporcionará una mayor precisión en los informes de posición, lo que permitirá una gestión de tráfico aéreo mundial más uniforme y de alta calidad. El sistema WAAS es una parte fundamental del programa NextGen de la FAA ya que los sistemas ADS-B y FANS-1/A (comunicación por mensajes de texto) utilizan la información de navegación precisa suministrada por los receptores de GPS. Entre las ventajas principales del sistema WAAS están:

  • Permite una navegación más precisa y el uso de rutas más eficientes en combustible.
  • Planificación de rutas y procedimientos con mínimos reducidos.
  • Las unidades aprobadas por WAAS también incorporan procedimientos de navegación para aprovechar el enrutamiento de vuelo preferencial, tales como como PBR (Routing Based Routing) o PBN.

AUTOMATIC DEPENDENT SURVEILLANCE-BROADCAST (ADS-B)

   El ADS-B es un sistema de tecnologías de seguimiento para la vigilancia de aeronaves en vuelo. El ADS-B ha sido seleccionado por Estados Unidos como parte del sistema de transporte aéreo de la próxima generación. Estados Unidos requiere -desde enero de 2020- que todas aeronaves que vuelen en su espacio aéreo estén equipadas con algún tipo de tecnología ADS-B. Las aeronaves que no tengan incorporada esta tecnología no podrán volar en espacios clase A, B, Y C. Dicho de otra forma, solo podrán volar por debajo de 10.000 pies y no podrán utilizar aeropuertos de tráfico mediano y congestionado.

   Asimismo, en Estados Unidos, las aeronaves con un peso de despegue superior a 5.700 Kg (12,600 lb) o una velocidad máxima de crucero por encima de 250 nudos deberían haber estado equipados con esta tecnología a partir del año 2017 y las aeronaves nuevas que salgan de fábrica deberían de haberla incorporado a partir del año 2015. Australia estableció una fecha tope para diciembre de 2013 para todas las aeronaves que vuelen en su espacio aéreo por encima del nivel de vuelo 290. Por su parte Europa exige -desde el 7 de diciembre de 2020- que este sistema esté instalado en todas las aeronaves con un peso de despegue superior a 5.700 Kg o una velocidad máxima de crucero por encima de 250 nudos.

   El ADS-B Out es una tecnología radicalmente nueva que está redefiniendo el paradigma del trío comunicación-navegación-vigilancia. El sistema de manejo del tráfico aéreo entra en la nueva era de la navegación satelital global en la cual la red GNSS (Global Navigation Satellite System) está originando cambios radicales en una escala que supera lo visto en los últimos 60 años. Muy diferente de la tecnología de radares de vigilancia, la cual funciona enviando ondas de radio desde estaciones terrestres a las aeronaves en vuelo e interpretando las señales que regresan a la antena receptora e interpretando también la información de los transponders de a bordo, el ADS-B es un sistema más activo que estos radares secundarios que van a ser reemplazados en forma progresiva.

   En una aplicación típica la aeronave equipada con tecnología ADS-B usa la red GNSS (GPS, Galileo, etc.) para obtener su situación espacial precisa en cuanto a posición, velocidad, rumbo e identificación. Transmite esta información en forma simultánea e instantánea a otras aeronaves en la cercanía equipadas con este sistema y también la transmite a estaciones ADS-B en tierra y a satélites de comunicación. Esta información también es transmitida en tiempo real a los centros de Control de Tráfico Aéreo.

  • A – Automatic: está siempre activa. No requiere intervención de un operador
  • D – Dependent: depende de una señal precisa de la red GNSS para derivar su información.
  • S – Surveillance: suministra información de vigilancia en forma parecida a los radares secundarios.
  • B – Broadcast: transmite continuamente la información de la aeronave a cualquier otra aeronave equipada, a las estaciones terrestres y a los satélites de comunicación.

   El sistema ADS-B cuenta con dos funciones básicas: ADS-B Out y ADS-B In. Ambas están destinadas a reemplazar las redes de radares como mecanismo de vigilancia y control de las aeronaves a nivel mundial. Estos sistemas forman parte de la estrategia de los Estados Unidos con el proyecto NextGen para optimizar el espacio aéreo y la infraestructura aeronáutica.

  • El sistema ADS-B Out envía información sobre la altura, posición, velocidad e identificación de cada aeronave a través de un transmisor a bordo.
  • El sistema ADS-B In se encarga de la recepción de estados del tiempo e información aeronáutica como PIREPS, TFRs y NOTAMs a través de los sistemas TIS-B y FIS-B (Traffic Information Service y Flight Information Service).

   El sistema se basa en dos componentes de aviónica: una fuente certificada GPS y una red de transmisión (datalink o unidad ADS-B). Hay varios tipos de unidades ya certificadas, pero las más comunes operan en frecuencias de 1090 MHz, lo cual es esencialmente un transponder modo S modificado y otros que operan en frecuencias de 978 MHz. El objetivo de la FAA es que las aeronaves que vuelen por debajo de 18.000 pies usen la frecuencia de 978 MHz para no congestionar la frecuencia de 1090 MHz.

EL FUTURO DE LA NAVEGACIÓN AÉREA

   Estas nuevas tecnologías, procedimientos y acuerdos tienen como fin mejorar el manejo del tráfico aéreo mundial (ATM o Air Traffic Management). Actualmente existen dos grandes proyectos para lidiar con estos desafíos: El proyecto europeo SESAR (Single European Sky ATM Research) y el proyecto americano NextGen (Concepts of Operations for the Next Generation Air Transport System). Cada uno de ellos persigue un objetivo común: un sistema integrado de manejo del tráfico aéreo en donde las herramientas automáticas, la infraestructura de transmisión de información, las capacidades mejoradas de vigilancia en tiempo real, pronósticos e información gráfica del tiempo y los sistemas de información avanzados se utilicen de forma conjunta para afrontar los desafíos generados por el aumento del tráfico aéreo. Las ventajas principales de la integración de estos nuevos sistemas y tecnologías son:

  • Rutas más seguras gracias al incremento del intercambio de información entre las aeronaves en vuelo y el ATC. Mayor visibilidad entre aeronave-aeronave y aeronaves-ATC.
  • Rutas optimizadas y más directas.
  • Reducción de los tiempos de vuelo.
  • Reducción del consumo de combustible.

   Los grandes fabricantes de la industria, tanto de aeronaves comerciales como de aeronaves corporativas, están equipándose para el futuro. Gulfstream y Falcon han incorporado las nuevas tecnologías en sus aeronaves de producción y están en proceso de actualización de las aeronaves en servicio. Cessna ya ha certificado sus nuevos modelos con los sistemas avanzados digitales Garmin 5000, los cuales incluyen capacidades NextGen/SESAR. Estas aeronaves vienen equipadas con ADS-B y WAAS. Para el Citation CJ3, el cual entró en servicio en 2006, Rockwell Collins ha actualizado su línea Proline 21 con capacidades NextGen/SESAR incluyendo WAAS/LPV, Enlace 2000 y ADS-B, así como también certificó las nuevas versiones de estos sistemas para la línea CJ4 y XLS+.

DEFINICIONES Y ABREVIATURAS

 

ADS-B: Transmisión de Vigilancia Dependiente Automática.

ATC: Control de Tráfico Aéreo.

FMS: Sistema de Gestión de Vuelo.

GPS: Sistemas de Posicionamiento Global.

LPV: Rendimiento del Localizador con Guía Vertical.

NAVAIDS: Ayudas de Navegación.

RNAV: Navegación de Área.

RPN: Rendimiento de Navegación Requerido.

SID: Salida Estándar de Instrumentos.

STAR: Llegadas de la Terminal Estándar.

WAAS: Sistema de Aumento de Área Amplia.

LNAV o Lateral Navigation: se refiere a un sistema de aproximación por medio de la red GNSS y suministra guía e información lateral de la aeronave en aproximación similar a la información del localizador convencional. Los mínimos LNAV permiten el descenso hasta la altura mínima (MDA).

LNAV/VNAV (Lateral Navigation/Vertical Navigation):  opera en forma similar a los sistemas ILS convencionales para suministrar información lateral y vertical durante la aproximación. Debido a que la información vertical derivada de la red GNSS y requerida para la aproximación no es precisa, las aproximaciones LNAV/VNAV requieren como complemento el uso de información barométrica certificada (baro-VNAV) o el uso de sistemas de Wide Area Augmentation System (WAAS) para incrementar la precisión de los sistemas satelitales. Este sistema WAAS hace uso de una red de estaciones terrestres para detectar y corregir errores derivados de la red GNSS e incrementa la precisión de la información vertical hasta tres metros o 21 pies. Sin embargo, para hacer uso del sistema WAAS, las aeronaves deben estar equipadas con receptores GPS aprobados para operación IFR con el sistema WAAS integrado, de esta forma, estos receptores aprobados permiten al piloto ingresar al FMS una aproximación tipo RNAV y recibir la información de aproximación lateral y vertical en forma precisa.

LPV (Localizer Performance with Vertical Guidance): los procedimientos de aproximación LPV utilizan la información derivada del sistema GPS para información lateral y receptores aprobados para operación IFR/WAAS para generar información vertical en forma similar a la senda de planeo (glide slope) de los sistemas ILS. Un gran número de fabricantes ofrecen unidades FMS/GPS RNAV capaces de hacer aproximaciones hasta los mínimos LPV.

Preparado por: Enrique Cisneros.

Airtech Servicios Aéreos, C.A.