Aproximaciones RNP (RNP APCH) y sus variantes

La FAA desarrolló en su día el concepto TAA (Terminal Area Approach) para permitir aproximaciones RANV lo más directas posible con el fin de poder efectuar un aterrizaje estabilizado. A la vez se intentaba prescindir de radioayudas basadas en tierra. El diseño de estas aproximaciones daba como resultado una forma de “Y” o “T” con los brazos de la “Y” o la parte superior de la “T” formando los puntos iniciales de la aproximación.

Las aproximaciones RNP son consideradas como aproximaciones instrumentales de no precisión. Las características principales son las siguientes: 

• Están diseñadas para ser voladas con FMS
• Pueden tener valores RNP diferentes dependiendo del tramo que se vuele.
• Los valores RNP se almacenan en las base de datos de navegación del FMS
• Los valores RNP cambian según vuela el avión los diferentes tramos
• Debe de existir un modo de monitorizar y en su caso alertar

En las ilustraciones inferiores se puede observar un diseño de aproximación en “Y” típico. Casi todas las aproximaciones constan de los mismos puntos fijos (fix o waypoint). Algunos de estos fijos se pueden volar bajo vigilancia radar recibiendo vectores en los tramos anteriores al punto final.

Existen aproximaciones con guía lateral únicamente o bien con guía lateral y vertical. Las aproximaciones con guiado lateral y vertical suelen tener unos mínimos más bajos, aunque como veremos más adelante este no es siempre el caso debido a la posición donde se ejecute la maniobra de aproximación frustrada.

El concepto de aproximación de no precisión (NPA) en el marco de la PBN está caracterizado por:

• una altitud mínima de descenso (MDA/MDH)
• un punto de aproximación frustrada (MAP) y
• la ausencia de un guiado en el plano vertical generado electrónicamente por elementos externos a la aeronave.

Para la guía horizontal se pueden usar distintas radioayudas, tales como VOR, DME o GNSS. A diferencia de las aproximaciones de no precisión tradicionales (ANP), en el concepto PBN no se consideran los NDB para la guía horizontal. 

Algunos equipos de aviónica avanzada pueden mostrar electrónicamente en las pantallas del avión la senda vertical, pero esta información es solo una referencia para el piloto. Como esta referencia en el plano vertical (aunque pueda ser muy precisa) no proviene de elementos exteriores, no se puede hablar en puridad de una aproximación de precisión. Es por todo lo anterior, por lo que se ha venido en denominar a este tipo de aproximaciones como de dos dimensiones (2D), (posición basada en lat/long) o solamente en el plano horizontal. En el tipo de aproximaciones de no precisión RNP se suele utilizar la designación RNAV (GNSS) RWY XX en las cartas y se utiliza la línea de mínimos LNAV o LP, dependiendo del nivel de integridad que se requiera. Por ejemplo, para poder operar con unos mínimos de LP se requiere un nivel de integridad superior al de LNAV. LP requiere un nivel que se consigue con sistemas SBAS, mientras que para LNAV se utiliza una comprobación rutinaria del recetor tipo RAIM.

Las NPA están diseñadas para no descender por debajo de la MDA/MDH sin que el piloto tenga apropiadas referencias visuales externas. Descender por debajo de esta altitud mínima sin referencias visuales no garantiza poder librar los posible obstáculos, con lo que es imperativo comenzar a nivelar el vuelo antes de alcanzar la MDA. Esto es algo que diferencia a estas aproximaciones de aquellas en las que se puede descender hasta una DA/DH, donde ya se cuenta con el hecho de que se va a perder una altitud adicional al alcanzar esa altura e iniciar un motor y al aire.

Las NPA’s terminan en un segmento visual que lleva a:

• un aterrizaje directo o
• un “circling approach” que requiere una maniobra de alineación con la pista o un tramo visual hasta un punto donde se alcanza la MDA/MDH circular del aeródromo y donde se realiza de motor y al aire.

En la siguiente ilustración se aprecia como las NPA pueden ser ejecutadas con un ángulo de descenso continuo si se cuenta con algún modo de navegación vertical del tipo FPA.

La línea de mínimos en este tipo de aproximaciones, tal como se muestra en la ilustración superior se lee en la carta de aproximación como LNAV mínima. Nótese también que el guiado lateral es llevado a cabo por un sistema de navegación por satélite. La altura de descenso mínima es una MDA/MDH.

Aproximaciones con guía vertical (APV)

PANS-OPS en su volumen I define una aproximación con guía vertical (APV), como una aproximación instrumental que utiliza guía en los planos horizontal y vertical, pero que no reúne los requerimientos establecidos para una aproximación de precisión. Por ello las aproximaciones con guía vertical también están consideradas como una clase especial de no precisión (NPA).

Las APV usan GNSS para el cálculo de posición horizontal y vertical. Por este motivo a estas aproximaciones se las suele denominar 3D (lat/long + altitud). El cálculo vertical se puede basar en uno de estos dos procesos:

• Un cálculo geométrico de la posición vertical de la senda por medio de GNSS con aumento de integridad (SBAS)
• Un cálculo geométrico de la posición vertical de la senda por medio de información barométrica proveniente del sistema de datos del aire (Baro VNAV).

En este caso el descenso mínimo va hasta la DA/DH. Dependiendo del nivel de integridad requerido por las autoridades que han diseñado la aproximación, estas pueden ser LNAV/VNAV si usamos los sistemas barométricos para construir el plano vertical o LPV si usamos el sistema GNSS con aumento de integridad (SBAS). Cada una de estas aproximaciones puede tener una altitud mínima de descenso (DA/DH) diferente.

Los sistemas que emplean el GNSS con integridad asegurada por medio de SBAS o GBAS permiten un descenso a mínimos parecidos a los que se consiguen con sistemas convencionales de precisión CAT I. En el futuro se espera que estos sistemas puedan incluso llegar a los mínimos equivalentes a los CAT II y CAT III convencionales.

La navegación vertical 

Para el posicionamiento vertical de la aeronave se emplean 2 métodos en la PBN:

• Altimetría barométrica (Baro-VNAV).
• Altimetría Geométrica (GNSS)

La altimetría barométrica (Baro-VNAV) proporciona lecturas basadas en la presión atmosférica y se ve influenciada por la temperatura, como se verá más adelante. La altimetría Geométrica (GNSS) es parte del cálculo de posicionamiento 3D que ofrece el sistema de satélites. La precisión del sistema GNSS es muy buena, pero la integridad de la señal debe de ser garantizada por medios suplementarios de aumentación como se verá más adelante. Las NPA’s están diseñadas como una serie de sucesivas MDA’s o altitudes mínimas de descenso progresivo. Se coloca un fijo (fix) en cada punto en el que un obstáculo crítico se ha salvado por un margen adecuado y a partir del cual se considera seguro el poder seguir descendiendo.

En el pasado algunos pilotos solían descender escalonadamente hasta las MDA de cada sector, una técnica comúnmente llamada en inglés “Dive and dive”. Esta técnica conllevaba el riesgo de volar hacia el terreno inadvertidamente, lo que se conoce como Controlled Flight into Terrain (CFIT). Ello era debido principalmente al error humano, bien por empezar a descender antes de lo autorizado o por no nivelar a tiempo en el siguiente segmento, en definitiva por no respetar las alturas mínimas. A todo esto se unía la dificultad de pilotar con cambios de configuración (Flaps y tren de aterrizaje) y los cambios producidos en la velocidad y el régimen de descenso. Para evitar el CFTI hoy en día se recomienda no hacer este tipo de maniobra sustituyendo el descenso escalonado por el descenso continuo en una configuración estabilizada. 

Las publicaciones de las cartas de aproximación muestran una senda de descenso en la aproximación, que claramente este bien por encima de las altitudes mínimas escalonadas y facilita el uso de la técnica de descenso continuo en configuración estabilizada. El ángulo de descenso constante es la técnica que se recomienda en este caso. Los modernos equipos de aviónica son capaces de mostrar electrónicamente la senda de descenso en las pantallas produciendo una indicación similar a la de los clásicos ILS. La senda vertical que se visualiza en las pantallas debe de ser la misma que la publicada en las cartas de aproximación. Dicha carta de aproximación debe de mostrar claramente al piloto la altitud mínima de descenso (DA/DH) identificada en los recuadros LNAV/VNAV o bien LPV.

El piloto al mando es responsable de descender hasta la línea de mínimos apropiada. Si se utiliza un sistema que crea la representación vertical de la senda por medio de Baro-VNAV, entonces se debe de tener en cuenta que la variación de la temperatura puede tener un efecto importante en el ángulo de descenso, tal como se muestra en la figura.

En las cartas de aproximación se muestran siempre las variaciones de temperatura que se aceptan como válidas. Cualquier valor por encima o debajo de estos límites resulta peligroso, tal como se observa en el grafico superior. Esta limitación de temperatura puede ser obviada si la aeronave cuenta con un sistema de compensación de la temperatura. De la misma manera que la temperatura produce errores en la senda de aproximación, una incorrecta selección de la presión barométrica produciría un error tal como se muestra en la siguiente figura.

Entre las dos aproximaciones con guiado vertical existen algunas diferencias importantes a la hora de monitorizar el descenso. En las aproximaciones LPV se trata de crear un sistema que se parezca al ILS, mientras que las aproximaciones LNAV/VNAV tienen un tipo de descenso con indicaciones de desviación constantes. La escala de desviación LNAV/VNAV que se puede monitorizar en el PFD es lo que se denomina “Desviación lineal”, mientras que la escala de una aproximación LPV es lo que se denomina una “Desviación angular”. En la ilustración inferior se muestra esto con más claridad.

Tal como se aprecia en las ilustraciones la indicación de la escala de desviación es la misma. Si mantuviéramos la indicación con la desviación constante a lo largo del descenso aeronave tal como se muestra, esto significa que la desviación de la aeronave varia en el caso de una aproximación LPV (Desviación angular), mientras que en una aproximación LNAV/VNAV (Desviación linear) la indicación cerca de la pista nos muestra exactamente la misma desviación que cuando se comienza la aproximación mucho más atrás. A efectos prácticos en este sentido, la aproximación LPV se parece mucho a una aproximación instrumental de precisión como es el ILS. Recuérdese que en un ILS las correcciones cercanas a la pista deben de ser mucho más pequeñas debido a que el haz guía también se estrecha y se hace mucho más sensible a las variaciones de actitud. 

El término “procedure altitude” que aparece en la representación de la carta que se muestra arriba se refiere a la altitud que se muestra o a una más alta (at or above) sobre la mínima establecida, la cual se ha calculado para poder realizar un descenso continuo en configuración estabilizada, con el ángulo de descenso o gradiente calculado entre el fijo intermedio y el fijo final de la aproximación. Al ser una altitud recomendada (at or above) no se requiere volar exactamente esa altitud a no ser que sea requerido por ATC. Las áreas sombreadas y escalonadas son segmentos de altitud mínima que deben de respetarse (not below altitude), sea cual fuere la técnica empelada en el descenso. Por ejemplo, tal como se muestra en el perfil superior, 1700 identifica la altitud mínima que se puede volar en el descenso hasta las 7 millas náuticas desde el VOR/DME. Nótese que legalmente es posible descender hasta las áreas sombreadas en una operación “Dive and dive”, pero es precisamente por no respetar estas altitudes (error humano) por lo que se producen la mayoría de accidentes llamados CFTI. Se recomienda seguir siempre el descenso continuo.

La MDA es la altitud más baja que se puede volar en una NPA bajo condiciones de vuelo IMC. La DA es la altitud más baja a la que se puede descender, el piloto debe de realizar la maniobra de motor y al aire cuando se alcanza dicha altitud. Un pequeño descenso por debajo de esa altitud es normal antes de empezar a ascender en la maniobra, pero ese pequeño descenso está considerado en el diseño de la carta de aproximación.

Las ventajas de las aproximaciones RNP son muchas:

• Operación muy segura (descenso continuo, no existen los “step down”)
• Guiado vertical que permite una aproximación estabilizada
• Operaciones estandarizadas
• Reducción de las salidas de pista debido a aproximaciones no estabilizadas
• Reducción del riesgo de vuelo controlado contra el terreno (CFTI).
• Carga de trabajo reducida para el piloto (comparada con los procedimientos “step down”)
• Descenso continuo (CDFA)
• Mejor criterio de evitación de obstáculos
• Mejor protección de temperatura en diseño de procedimientos LNAV/VNAV
• Acceso mejorado a aeropuertos
• Independencia de infraestructura basada en radioayudas terrestres
• Bajo coste de operación
• Reducción de valores de decisión mínimos (como CAT I, 200’ en SBAS LPV)
• Potencial para elaborar procedimientos straight-in en lugar de offset, debido a la reducción de distancia para librar obstáculos.

En la tabla inferior se muestra el tipo de operación en aproximación y la legislación vigente junto con su periodo de implantación o su estado actual.

Debajo se ofrece un diagrama que muestra donde se encuentran las aproximaciones RNAV y las RNP. Las aproximaciones RNAV abarcan también las GBAS o aproximaciones de precisión basadas en un sistema de aumentación en tierra. Estas aproximaciones no son consideradas en la PBN. Las aproximaciones enmarcadas en rojo, son aproximaciones PBN también llamadas RNP y nombradas como RNAV (GPS) o RNAV (GNSS) en las cartas de aproximación.

La PBN solo contempla NPA y APV

La nueva legislación en Europa comienza a hablar de aproximaciones 2D, 3D y en el futuro 4D. En el gráfico inferior se puede ver una clasificación de estas aproximaciones teniendo en cuenta el número de parámetros que se utilizan para calcular la posición de la aeronave.

Una aproximación 2D solo tiene en cuenta los parámetros de guiado en el plano horizontal. Las aproximaciones 3D tienen en cuenta los parámetros de guiado horizontal y la guía vertical, LPV es lo más parecido a una aproximación de precisión tipo ILS CAT-I, con una mínima que puede ser tan baja como 200 pies. Las futuras aproximaciones 4D tienen en cuenta el guiado lateral, el vertical y también el tiempo. En el cuadro que sigue se puede ver cuál es el tipo de mínima que se debe de elegir a la hora de volar una de estas aproximaciones.

Las cartas de aproximación y sus designaciones

En la actualidad existe una discrepancia importante entre la nomenclatura que se emplea para las cartas de aproximación y los tipos de aproximación que se establecen en la publicación de la OACI. En general se aplica lo siguiente:

La obligación del piloto es la de repasar la aproximación en profundidad y compararla con la que se hace pública.

En la siguiente ilustración se muestra una carta de la FAA donde se usa el sistema GPS. En Europa es más común ver GNSS en el título. 

Para recordar de forma sencilla lo esencial: 

• RNP APCH = RNAV (GNSS) or RNAV (GPS)
• RNP AR = RNAV (RNP)

El título: “RNAV (GPS) Rwy xx” o “RNAV (GNSS) Rwy xx” suele aparecer en las cartas dependiendo de si se publican para los Estados Unidos (GPS) o si se publica para otros países donde el GPS puede ser sustituido por cualquier otro sistema (GNSS). “RNAV (RNP) Rwy xx” = Special Aircraft and Aircrew Authorization Required (SAAAR) denominación USA de lo que se conoce como “Authorization Required” o (AR) en el resto del mundo.

En la ilustración superior se pueden ver ejemplos de lo que aquí se viene diciendo. Obsérvese que el aeropuerto y la pista son iguales. ¿Qué hay de especial en la segunda carta RNAV (RNP)? La respuesta la obtendremos si analizamos la ruta de vuelo y leemos la letra pequeña.

Tal como se puede ver en la carta de aproximación titulada RNAV (RNP) Y RWY 13C, se trata de una aproximación en la que se requiere autorización. Es más complicada de ejecutar en términos de precisión que la carta RNAV (GPS). Además de lo anterior requiere del uso de una base de datos certificada y de una funcionalidad avanzada que solo poseen los sistemas FMS más sofisticados. Se trata de la trayectoria curva (RF) entre los WP JUPIR y el FAF NIDEE.

Radius to Fix: Es una trayectoria circular de radio constante alrededor de un centro, que termina en un fijo. Otra de las características fundamentales es que no existen áreas de contención calculadas para proteger a la aeronave. Los valores RNP son muy pequeños. Más precisión. Y se requiere mucha monitorización y alerta. Se debe de estudiar las rutas de escape en caso de contingencia y en general se requiere práctica.

En el diagrama inferior se puede ver el tipo de sistema que se debe de utilizar con cada una de las aproximaciones RNAV (GNSS) y cuál es la línea que se debe leer en las cartas de aproximación para ver el valor de los mínimos de decisión. Tal como se puede ver en el diagrama, si nuestra aeronave no está equipada con un sistema de aumentación tipo SBAS, entonces no podremos efectuar el tipo de aproximación que exige una línea de mínimos LPV. De la misma manera, para efectuar una aproximación LNAV/VNAV nuestra aeronave debe de contar con un sistema de aumentación para el plano horizontal (ABAS o SBAS), pero no necesita este sistema en el plano vertical. Aquí para el plano vertical se requiere un sistema Baro-VNAV calculado por medio del FMS. 

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https://www.bubok.es/libros/261787/Conceptos-RNAVRNP-y-PBN