LA PBN dentro del concepto de espacio aéreo

La PBN no es un concepto aislado como ya expusimos en una entrada anterior de este Blog. La PBN es un elemento básico del espacio aéreo que, junto con los otros pilares que componen el concepto de espacio aéreo, (comunicaciones, vigilancia y gestión del tráfico aéreo), sirve para poder cumplir con los objetivos estratégicos de los estados. 

Cada estado debe de evaluar cuáles son sus requerimientos basándose en su infraestructura de radio ayudas, las funcionalidades de que dispone su flota, sus capacidades de gestión del tráfico, comunicación, vigilancia, etc. En función de esta evaluación, cada estado seleccionará una o varias de las Especificaciones de Navegación que se publican en el manual de la OACI.

La disponibilidad de infraestructura puede variar de estado en estado, por lo que no es infrecuente ver diferentes especificaciones de navegación para espacios aéreos iguales pero que se encuentran en dos países diferentes. Esta es una de las muchas cosas que se deben de tener en cuenta a la hora de planificar una ruta entre diferentes estados.

Como se ve en la lustración superior cada pilar esta reforzado por las tecnologías correspondientes. La PBN y el sistema de navegación GNSS van íntimamente unidos. Los sistemas de navegación por satélite (GNSS) son un elemento fundamental en la implantación operacional del concepto PBN, pues son los únicos sistemas capaces de satisfacer las especificaciones de navegación más exigentes descritas en el Manual PBN (Doc. 9613 de OACI). Sin embargo existen otros elementos bajo el pilar de Navegación que son igualmente importantes. Es el caso, por ejemplo, de la separación vertical mínima (RVSM) que se ha implantado a nivel mundial para reducir la distancia vertical entre aeronaves a 1000 pies. Los conceptos MNPS y RVSM son temas complejos que requieren instrucción adicional específica y por lo tanto no se explican en este trabajo.

En definitiva, lo que se pretende con estos modernos sistemas de navegación y gestión del tráfico aéreo es crear para cada vuelo es una región o una serie de ventanas de seguridad que debe de atravesar la aeronave de forma satisfactoria. 

Evolución del concepto PBN

El concepto original sobre la PBN ha evolucionado desde su idea inicial basada en los conceptos RNP (Required Navigation Performance), traducible al castellano como los requerimientos de navegación mínimos para volar una ruta determinada con un cierto grado de precisión, hasta la moderna concepción de la navegación basada en prestaciones.

En el contexto de la PBN, la RNP denota la capacidad de un sistema de navegación para monitorizar, y en su caso alertar a la tripulación en caso de degradación del sistema. 

En el diagrama inferior se pueden ver los objetivos estratégicos (seguridad, eficiencia, etc.) que definen el espacio aéreo. En la segunda columna se ofrecen ejemplos de los requerimientos operacionales para alcanzar dichos objetivos, y en la tercera columna se ofrecen ejemplos de cómo la PBN propone soluciones.

En el año 2007 la OACI reemplaza al viejo concepto RNP por el nuevo de la PBN por medio de la publicación del documento 9613-AN/937, cuya última edición (cuarta edición del año 2013), proporciona toda la información necesaria para la implantación del concepto a nivel global.

La PBN, al igual que el concepto RNP, se basan en el uso de la llamada navegación de área. La navegación de aérea, (RNAV en sus siglas inglesas), es pues, la herramienta clave que posibilita la PBN. Por este motivo le vamos a dedicar una atención especial un poco más adelante.

En el antiguo concepto RNP (anterior a la PBN), se describía la capacidad operacional de una aeronave en términos del número de sensores dedicados a la navegación y la precisión de la que estos eran capaces. La RNP además requería que estos sistemas ofrecieran al piloto una capacidad de monitorización y alerta en caso de que la aeronave sufriera una degradación en cuanto a su posición con respecto a la ruta deseada. 

El concepto PBN va más allá de la mera navegación RNP porque además de tener en cuenta la capacidad de monitorización y alerta, mantiene los criterios precisión (accuracy) y exige unos niveles determinados de integridad (integrity), continuidad (continuity), disponibilidad (availability) y funcionalidad (Functionality).

Precisión: Precisión en la posición, calculada en función de los errores del sistema. Más adelante vamos a referirnos esta precisión, a los errores y a su medida. Por ahora basta saber que no todas las aeronaves son capaces de volar con la misma precisión una ruta determinada. La PBN limita el uso de su espacio aéreo a las aeronaves que satisfagan unos criterios mínimos que se verán más a delante. 

• Integridad: El grado de confianza que ofrece el sistema (capacidad de que el sistema avise con tiempo al piloto de que se produce un error). El equivalente a la antigua bandera roja que algunos instrumentos mostraban cuando estaban inoperativos o perdían la señal. En suma, la integridad es el grado de fiabilidad que un sistema ofrece. En los modernos sistemas de navegación por satélite por ejemplo, es necesario asegurar que la señal recibida es correcta antes y durante la ejecución de una aproximación.

• Continuidad: Capacidad del sistema de proveer un servicio ininterrumpido durante la operación. Las señales de navegación deben de tener un servicio continuo o en caso de interrupción del servicio se debe de poder tener un medio alternativo de navegación. Las especificaciones de navegación son las que dictan los niveles mínimos de disponibilidad y sus medios alternativos en caso de interrupción del servicio. Por ejemplo, si en pleno proceso de aproximación se pierde la señal de navegación por satélite, el sistema inercial o una estación DME pueden hacerse cargo durante un determinado lapso de tiempo (dependiendo de la fase de vuelo) de la capacidad de navegación. 

• Disponibilidad: Habilidad del sistema para poder estar completamente funcional en el momento que se quiera empezar a usar en una determinada operación y también durante su ejecución. En la PBN la disponibilidad se limita al uso de las señales de los sistemas de posicionamiento global. Es muy común ver como los pilotos interrogan a sus equipos FMS para poder confirmar que en el tiempo previsto de llegada podrán tener garantías de contar con la señal adecuada. Para ello es indispensable introducir en el FMS la ETA (Estimated Time of Arrival). Si no se dispone de un sistema FMS también se podría obtener la predicción por medio de Internet, pero esta no es la forma usual en la que opera una compañía aérea.

• Funcionalidad: Características avanzadas de ciertos sistemas de navegación que facilitan o automatizan diversas operaciones de navegación. Es el caso de los modernos sistemas de gestión de vuelo FMS que son capaces de maniobras muy complejas completamente automatizadas, por ejemplo: capacidad de volar rutas paralelas (off-set) o volar arcos siguiendo una ruta cuya trayectoria es una proyección sobre la superficie terrestre, circular y casi perfecta, entre dos puntos (radius to fix). Capacidad de volar directamente a un punto fijo (“Direct to capability”), etc. Es esencial que el piloto estudie en profundidad todas y cada una de las funcionalidades de las que es capaz su equipo de gestión de vuelo (FMS).

El concepto PBN, además de todo lo que se ha expuesto anteriormente, intenta hacer máximo uso de las nuevas tecnologías. Para ello, la PBN basa la navegación aérea en el tipo de radio ayudas más precisas que existan. Hoy en día la tendencia general es la de utilizar sistemas de satélites en vez del uso de estaciones terrestres.

El concepto PBN, además de lo anterior, elimina un antiguo problema que se había creado con la RNP a la hora de su implantación en diferentes estados. La PBN armoniza y promueve la eliminación de diferencias regionales en cuanto a definiciones, certificación y mecanismos reguladores, haciendo la implantación del sistema compatible entre estados a nivel global.

En la ilustración superior se muestra la misma ruta volada con tres métodos distintos que conviven hoy en día, (convencional, RNAV y RNP).

Como se puede apreciar, las rutas convencionales (a la izquierda) se basan en la utilización de radioayudas terrestres que son voladas dentro de los límites de dichas radioayudas (no se puede hacer un vuelo directo). Son rutas poco flexibles que están limitadas por su diseño. Estas rutas tienen múltiples limitaciones y diversos errores introducidos por el uso de las propias radioayudas además de los errores propios de la aeronave (sensores, pilotaje, etc.).

La navegación de área, tal como se ve en la ilustración superior (en el centro), facilita el vuelo a través de los puntos de ruta, “Waypoints” o “WP” que se crean gracias a un ordenador de a bordo. Estas rutas son más cortas y precisas, ya que no se limitan al sobrevuelo de las radio ayudas. Se pueden crear waypoints o puntos de ruta virtuales, que se usan para definir una ruta específica alineando los puntos enfrente de la aeronave y creando rutas más directas. La eficiencia del vuelo es mayor, puesto que se pueden volar rutas mucho más cortas, pero no es la óptima. Obsérvese que el corredor de seguridad a uno y otro lado de la ruta es mucho más ancho que en la misma ruta RNP (a la derecha).

Con la RNP se aumenta la precisión en las rutas, se reducen las distancias con respecto a los obstáculos, se implantan radios de giro además de posibilitar ascensos y descensos con un ángulo constante. Es la máxima expresión de la eficacia en términos de precisión y economía. 

Debido a la gran precisión en la forma de navegación, más aviones pueden volar la misma ruta al reducirse el corredor de seguridad, de esta manera el control de tráfico aéreo puede establecer rutas paralelas muy próximas aumentando considerablemente la capacidad sin incrementar el riesgo de colisión. La RNP es muy precisa, pero uno de los problemas de los que adolece es el de su implantación a nivel global. Cada país entendía de forma diferente el modo de aplicación, la cantidad de sensores necesarios y su precision, etc. surgiendo así muchas diferencias regionales y falta de consenso.

Para mitigar los problemas que generaban las distintas técnicas y su implantación a nivel mundial, la OACI publica su manual de PBN. En dicho manual se limitan las múltiples interpretaciones de certificación e implantación de las técnicas RNP. Se plantea una única visión a nivel internacional basada en los requerimientos básicos que debe tener un sistema de navegación para volar una ruta determinada.

De esta manera, el manual de la OACI ayuda a la implantación de los modernos sistemas de navegación y apoya el concepto de espacio aéreo. El manual describe las definiciones, la aplicabilidad y la forma de implantar esta forma de navegación en términos globales. 

Uno de los problemas más serios a la hora de implantar la RNP era el proceso de certificación. Distintos estados requerían niveles de precisión diferentes o radioayudas diferentes para alcanzar un determinado nivel de precisión en el vuelo. Para poder realizar estas rutas entre estados en ocasiones se debía de obtener una doble certificación. Era un proceso largo en términos burocráticos y a la vez costoso para la compañía.

Con el nuevo manual de la OACI se dejan atrás las múltiples interpretaciones y los diferentes métodos de implantación y certificación. En el nuevo concepto las definiciones son aceptadas mundialmente y la aplicabilidad y compatibilidad se producen a nivel global. En la ilustración inferior se ve como la antigua publicación de la OACI basada en la RNP da paso al nuevo concepto PBN.

En próximas entradas al Blog se trataran los elementos de la PBN y más adelante se hará un repaso de la Navegación de Área,