domingo, 20 de septiembre de 2015

Visión sintética en los modernos aviones comerciales

La presentación de datos ha sufrido una gran transformación con los avances en aviónica.
La visión sintética en los aviones comerciales modernos ha sufrido una gran evolución desde la mera presentación de datos, pasando por un mejor aprovechamiento del espacio hasta la integración de imágenes para un empleo táctico de la información de vuelo. Ello ha sido posible gracias a que la evolución de la aviónica ha permitido abaratar los costes. Otro de los factores que ha influido notablemente en que estas tecnologías se implanten en la aviación comercial es el hecho de que llevan usándose por más de una década en la aviación de negocios (y mucho antes en la aviación militar) con excelentes resultados coste-beneficios. El espaldarazo para su implantación definitiva llegará ahora de la mano de las autoridades de aviación civil, que ven en estas tecnologías un incremento de la seguridad y se ven en la tesitura de tener que regular las especificaciones mínimas de tales sistemas. Como casi siempre suele ocurrir en aviación, son las grandes compañías industriales las que suelen introducir las grandes mejoras, las cuales se deben de regulara posteriori.

Los grandes constructores de aviones regionales, como Bomabardier, Dassault, Embraer y Gufstream entre otros han ido introduciendo en sus modelos suites de aviónica o Synthetic Vision Guidance Systems (SVGS) de fabricantes como Honeywell o Rockwell Collins. La FAA está hora a punto (a final de año) de emitir la publicación de la reglamentación que legalizará los requisitos mínimos. En concreto, las regulaciones se extienden a las áreas de política de implantación, características, funciones y procesos de certificación. Esta guía regulatoria se basará presumiblemente en las certificaciones ya existentes desarrolladas por el gobierno de los EEUU y la industria. Dichas especificaciones están recogidas en por la RTCA y dentro de esta se desarrollan en el SC-213 o Special Committee 213.

La RTCA


Los estándares adoptados para la puesta en práctica de las nuevas tecnologías son desarrollados por comisiones de expertos que asesoran a los gobiernos. Una de las más conocidas en el mundo es la RTCA. La Radio Technical Commission for Aeronautics (RTCA), en español «Comisión Radiotécnica para la Aeronáutica», es una organización estadounidense sin ánimo de lucro con sede en Washington D.C.. Esta organización entre otras cosas realiza recomendaciones para la comunicación, navegación y monitorización de la gestión del tráfico aéreo (CNS/ATM). La RTCA tiene el carácter de una «comisión federal consultiva». Sus recomendaciones son adoptadas por las autoridades federales estadounidenses (Federal Aviation Administration, FAA), así como por empresas privadas. La "Software Considerations in Airborne Systems and Equipment Certification" DO-178B ha sido, por ejemplo, declarada de obligado cumplimiento por la FAA y la Agencia Europea de Seguridad Aérea (EASA) para el desarrollo de software para aviones.

La organización equivalente a la RTCA en Europa es la European Organization for Civil Aviation Equipment, abreviado EUROCAE. Estas dos organizaciones, EUROCAE y RTCA, trabajan a menudo de forma conjunta. Sobre los documentos elaborados se suelen hacer las certificaciones de aeronavegabilidad de la mayoría de aviones comerciales actuales. 

En el mencionado comité SC-213 se denomina a estos modernos sistemas: Enhanced Flight Vision Systems and Synthetic Vision Systems (EFVS/SVS). Se lleva trabajando en ellos desde 2006, aunque ya en 2011 ofrecieron una documentación bastante avanzada a las autoridades de la FAA. Una de las tareas más importantes es el desarrollo de una guía del nivel de implementación MASPS o Minimum Aviation System Performance Standards. 

La visión sintética y sus ventajas operacionales

El sistema SVGS utiliza sistemas básicos de visión sintética, como por ejemplo la representación en tres dimensiones (3D) del terreno, obstáculos y pistas de despegue y aterrizaje entre otras muchas cosas. Esta información se combina con avanzada simbología y elementos de guiado, incluyendo vectores de dirección de vuelo, (Flight Path Angle, y Flight Path Vector) que permiten al piloto añadir diferentes capas de información en una aproximación de visibilidad nula. De esta forma los sistemas SVGS incrementan el llamado "Situational Awareness" o conciencia situacional, tan importante en aviación. Los sistemas SVGS serán previsiblemente autorizados por la FAA solo como dispositivos que puedan incrementar el "Situational Awareness", pero no como sistemas de navegación propiamente dichos.

La misión fundamental de estos sistemas es la de presentar fielmente delante del piloto el ambiente exterior, tal cual sería visto desde su posición. El piloto puede hacer uso de las pantallas interiores del panel de instrumentos o bien del sistema HUD o HGS, que ya hemos comentado en profundidad en este blog

La gran ventaja en aviación comercial de la representación sintética digital es que puede ayudar a rebajar los minimos permitidos para las aproximaciones CAT I dentro de los sistemas de aproximación GPS basados en performace de localizador con guiado vertical (LPV). El guiado de uno de estos sistemas podría rebajar la altura de decisión a unos 150 pies con RVR de 1.400 pies, en comparación con los anteriores valores que usualmente son unos 200 pies de altura y entre 1.800 y 2.400 pies de RVR. 

En aviación, la altura de decisión o DA se refiere a la altitud especificada en la aproximación instrumental o de precisión a la cual debe iniciarse una maniobra de aproximación frustrada si no se ha establecido contacto visual requerido para continuar la aproximación. La altitud de decisión se refiere al nivel medio del mar y la altura de decisión se refiere a la elevación del umbral. La referencia visual requerida significa aquella sección de las ayudas visuales o del área de aproximación que debería haber estado a la vista durante tiempo suficiente para permitir que el piloto haga una evaluación de la posición de la aeronave y la rapidez del cambio de posición, en relación con la trayectoria de vuelo deseada. 

El Alcance Visual en la Pista o "Runway Visual Range" (RVR) es la distancia horizontal desde la que el piloto de una aeronave que se encuentra sobre el eje de una pista debe poder ver ésta, las señales de la superficie de la pista o las luces que la delimitan o que señalan su eje durante la aproximación. Normalmente el RVR es expresado en metros.

LPV significa “Localizer Performance with Vertical Guidance”, o bien Prestaciones de Localizador con Guiado Vertical. LPV es una de las cuatro líneas de los mínimos operacionales de una aproximación que se encuentran en una carta de aproximación por instrumentos RNAV (GPS) y con precisión de guiado lateral equivalente a la de un localizador ILS. Para saber más sobre estas aproximaciones se puede leer el post:


En Europa ya existen numerosos aeropuertos con aproximaciones LPV publicadas y cada día más. El primer LPV operacional en España fue inaugurado en el aeropuerto de Santander el 17 de Octubre de 2013. Fue el primer procedimiento de aproximación basado en EGNOS. Los procedimientos de aproximación LPV ofrecen guiado vertical mejorado con EGNOS, aumentando la seguridad, accesibilidad y eficiencia para operadores, pilotos y aeropuertos. El servicio de navegación de EGNOS proporciona una alternativa rentable con respecto a ILS Cat I, ya que ofrece un rendimiento similar sin necesidad de instalación y mantenimiento de la infraestructura, y es gratuito. 

Por poner un ejemplo, en aproximaciones ILS CAT I rebajar los mínimos por debajo de los 200 pies significa una fuerte inversión en infraestructuras, entre otras cosas se requiere un iluminado de la parte central de la pista de aterrizaje. Con los sistemas SVGS se podrían realizar estas aproximaciones de una forma mucho más barata igualmente segura. Económicamente esto abre un gran abanico de posibilidades, ya que rebajar los mínimos supone tener acceso a numerosas pistas de aeropuertos que antes solo podrían operar en CAT II y CAT III. El ahorro económico es evidente, entre otras cosas no haría falta el entrenamiento de las tripulaciones en estas categorías, se evitaría la instalación de la costosa aviónica y los sistemas de tierra.

Los nuevos Jets Regionales de Embraer


La compañía Embraer se encuentra ahora mismo en el proceso de renovación de las cabinas de vuelo de sus afamados aviones E-Jet. La nueva versión de estos aparatos se denomina E2. Serán los primeros aviones comerciales que cerraran la brecha que permanecía abierta entre los modernos Jets de negocios (Business jet) y los aviones comerciales de corto y medio  alcance con una capacidad de 100+ pasajeros. Las entregas de esta nueva versión empezarán en 2018. La innovación más característica en lo que a aviónica se refiere consiste en la instalación de cuatro grandes pantallas apaisadas en comparación con las anteriores cinco pantallas de dimensiones más pequeñas en disposición vertical. las nuevas pantallas son de 14,1 pulgadas (las antiguas son de unas 9 pulgadas, curiosamente como las dimensiones de pantalla de un IPad convencional). En estas grandes pantallas se introducirá visión 3D con simbología que proporcione información sobre la energía de la aeronave, como el FPA, el "Speed Error Tape" y el "Acceleration Pointer" que ya se trataron aquí.

Ver post relacionado:
http://greatbustardsflight.blogspot.ch/2015/02/el-fpa-flight-path-angle.html

En la imagen inferior se puede  comparar la moderna cabina de vuelo de la variante E2 con la "antigua" del E-Jet 190. Las pantallas de mayor tamaño se pueden dividir para mostrar mucha más información. En la pantalla del PDF ahora se puede "ver" el mundo exterior. La unidad MCDU se ha transformado completamente, ahora es una pantalla táctil con teclado virtual.



La compañía seleccionada para proveer a los E-Jet de esta visión sintética es una vez más Honeywell. La compañía norteamericana ha ofrecido una suite de aviónica denominada comercialmente como Smart View, que ya  ha sido probada con éxito en otros aviones reactores de negocios. En esta versión los pilotos podrán hacer uso de toda la información disponible solo con propósito de aumentar la seguridad y la famosa conciencia situacional, pero no para navegar. Además de esto la versión E2 podrá estar equipada con mapas móviles en 2D y 3D para facilitar las operaciones  de carreteo en los aeropuertos. Estas aplicaciones se podrán ver en los PFD y ND mientras se efectúa el taxi en aeropuertos que no son familiares o con visibilidad reducida. La información que proveerán estas aplicaciones ayudarán a los pilotos a no confundir las intersecciones, las zonas de aparcamiento, las pistas de carreteo o las pistas de despegue/aterrizaje de los aeropuertos. Es lo que los expertos en aviónica denominan "visión exocéntrica" o exterior (parecida a la que se puede observar en una moderna pantalla de un GPS 3D de automoción o en Internet con los Mapas móviles de Google Earth). En un aterrizaje, por ejemplo, se pasará a este tipo de visión cuando el avión se encuentre decelerando después del aterrizaje y a una velocidad de menos de 50 nudos. 

La exovisión o visión exterior en un mapa movil será de gran utilidad tanto a pilotos como a controladores. En la imagen inferior se puede ver uno de estos sistemas llamados Surface Management System creado por la casa Rockwell Collins.






Tal como se puede apreciar, en la pantalla se pueden ver todas las pistas de carreteo, las pistas activas de despegue y aterrizaje, la posición del avión e incluso en una pantalla emergente (Pic-Pic o Picture in picture) se puede ver la visión tridimensional sintética del exterior, tal como se vería desde la cabina. Un tercio de los accidente sen aviación tienen que ver con las operaciones en tierra. Con estas presentaciones sintéticas de mapas móviles que van acompañadas de avisos sonoros, se reduce el riesgo de intrusión en una pista. 

Los sistemas de alerta oral o sonora son los denominados RAAS o Runway Awareness and Advisory System. Dichos sistemas son mejoras del software de los ya conocidos Terrain Awareness and Warning System (TAWS) or Enhanced Ground Proximity Warning System (EGPWS). El RAAS nos informa de que nos aproximamos a la pista y emite señales de alerta si intentamos despegar en una pista de carreteo. Los sistemas RAAS se llevan usando en la aviación comercial desde 2008. En el modelo de la casa Honeywell para los E2, se ha diseñado una ayuda para poder llegar con más rapidez a los puntos deseados, una gran ayuda para los pilotos que desconocen un nuevo aeropuerto de grandes dimensiones. Con esta característica no se pierde tiempo en averiguar cual es la ruta mas corta al parking o a la pista de despegue. Todas estas innovaciones vienen con el sistema ADS-B ya integrado, esto quiere decir que nuestro avión también podrá recibir información de identificación de otras aeronaves que se encuentren en las cercanías del aeropuerto. Esta información se puede usar para tener una idea en tiempo real de cuales son las condiciones de trafico alrededor del aeropuerto.

La nueva generación de aviónica vendrá también equipada con una nueva versión del software dedicado al FMS. Se trata de nuevas funcionalidades, tal como el cálculo del Cost Index del que ya se ha hablado aquí. Esta funcionalidad se debía de calcular a base  de tablas y ahora es una función automática para poder saber cual es la ruta o régimen de vuelo más económico. Como ya se ha comentado, el Cost Index o coste operacional es una funcionalidad que calcula cosas tales como los sueldos de los pilotos y los de mantenimiento comparados con el combustible empleado en cubrir una ruta determinada. Con todas estas funciones los pilotos de los modernos aviones comerciales dejan un poco de ser pilotos para pasar a ser un poco mas gestores. 







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