Navegación "clásica" comparada con PNT y 4D

Hoy en día, cuando la mayoría de los pilotos vuelan en modernos aviones equipados con grandes pantallas LCD (glass cockpit) donde se muestran mapas móviles a todo color y la navegación se encuentra altamente automatizada mediante un FMS, podría parecer que la navegación por radio tradicional o los menos convencionales métodos de navegación astronómica son simplemente una forma de navegación antigua y cada vez más irrelevante. Esto es básicamente un error conceptual y más hoy en día, cuando se adivinan posibles escenarios con conflictos internacionales en los que los sistemas GNSS pueden verse afectados por interferencias enemigas. Me estoy refiriendo al famoso Spoofing del GPS y al GPS Jamming. Aunque muy simplificado, se puede leer el concepto bastante claro en español aquí.

En la foto que abre el post se puede ver un oficial navegante con el famoso periscopio del VC-10. ¿Periscopios en los aviones, pero eso no era solo cosa de los submarinos? Pues no, también en los aviones se instalaron periscopios. Y más de uno, como se puede leer en este sitio (en inglés). Los VC-10 y muchos otros aviones (sobre todo británicos, como el Comet 4B y 4C, Canberra, Britannia y Vulcan entre ellos) estaban equipados con un sextante periscópico. Henry Hughes & Sons Ltd lanzó su primera versión en 1947. Fueron etiquetados como "Sextante Periscópico RAF" por los militares, y "Hughes" o "Kelvin Hughes" cuando se vendieron comercialmente. Estos aparatos se utilizaban para una navegación autónoma ajena a referencias radioeléctricas. Hoy en día (paradojas de nuestro tiempo) es más necesario que nunca contar con métodos PNT alternativos en caso de una crisis.

Ya oigo a algún lector: ...pero Manolo, espera un momento ¿qué coño narices es eso de PNT?

Pues en plan sencillo, PNT es el acrónimo para Posición, Navegación y Tiempo. Es el equivalente a lo que solemos llamar navegación 4D, pero con más información gracias a la integración de otros métodos de navegación y datos externos relevantes para el vuelo. Debajo se puede ver una ilustración muy simplificada de lo que representa la filosofía PNT.

CREDIT: National Air and Space Museum, Smithsonian Institution.
Empecemos por ver lo que se entiende cuando hablamos de navegación 4D, para ello podemos echar un vistazo a la ilustración que sigue, donde se puede ver muy claramente la diferencia entre rutas 2D, 3D y 4D con sus desviaciones o errores. En la ilustración podemos distinguir una ruta definida sobre el terreno (más concretamente sobre el elipsoide de referencia WGS84) en azul y otra en color rojizo que es la que se pretende volar. La ruta 2D o de dos dimensiones espaciales está compuesta por puntos de ruta definidos generalmente por coordenadas (latitud/longitud o X,Y en el diagrama). En las rutas 3D o de tres dimensiones espaciales se añade la altura (h) en cada punto. Las rutas 4D son aquellas 3D en las que además se define una dimensión temporal o momento específico en el que se debe de cruzar cada punto de ruta. De esta manera:

4D = lat/long + altitud + tiempo


La primera trayectoria o ruta 4D del mundo se efectuó en febrero del 2012, dentro de lo que se conoce como programa SESAR. El tiempo en rutas 4D representa un factor clave en los congestionados ambientes donde existe una gran densidad de tráfico aéreo, como el actual sistema ATM. La nueva dimensión temporal está pensada especialmente para la optimización de las operaciones aéreas. La idea es establecer una serie o secuencia de ventanas temporales (slots en el argot) en cada punto de ruta y en el punto final de convergencia para predecir la llegada de los aviones a las áreas terminales, donde existe gran congestión de tráfico. Para ello debe de existir una coordinación continua entre los aviones y las estaciones de tierra.


La contrapartida para el piloto es que se le permite volar hacia el punto de convergencia requerido sin estar sujeto a la vectorización o instrucciones de rumbo por parte de control de tráfico aéreo. Con este tipo de rutas se ha calculado en las pruebas una reducción del 100% en las esperas un 6% en la distancia requerida para el vuelo y un 68% menos de conflictos potencialmente peligrosos. Todo ello redunda en la economía y la contaminación atmosférica. Las pruebas llevadas a cabo con este sistema han dado lugar a una reducción de 11% en el consumo de combustible. Gracias a esta técnica además, ATM podrá ser gestionado de una forma más automática generando vuelos más eficientes.




PNT es una combinación de tres capacidades distintas combinadas:

Posicionamiento: entendido como la capacidad de determinar con precisión la ubicación y la orientación en dos dimensiones (o tridimensionalmente cuando sea necesario) referenciadas a un sistema geodésico estándar (como World Geodetic System 1984 o WGS84);

Navegación: entendida como la capacidad de determinar la posición actual y deseada (relativa o absoluta) y aplicar correcciones al rumbo, la orientación y la velocidad para alcanzar una posición deseada en cualquier parte del mundo, desde la superficie hasta el espacio; y

Tiempo: la capacidad de adquirir y mantener un horario preciso a partir de un estándar (tiempo universal coordinado o UTC), en cualquier parte del mundo y dentro de los parámetros de puntualidad definidos por el usuario. El tiempo también incluye transferencia de tiempo.

Cuando se usa PNT en combinación con datos de mapas y otra información (datos meteorológicos o de tráfico, por ejemplo), el resultado es el mejor servicio posible que facilitará la labor de cualquier piloto. Debajo se puede ver una ilustración del departamento de transportes de los Estados Unidos, donde se muestra la arquitectura del sistema de forma muy simplificada.


Si bien el PNT abarca mucho más que las funciones de navegación, el GPS o cualquier otro GNSS que consideremos son componentes fundamentales. Con ellos se puede escalar e ir más allá. Gracias a la integración de estos sistemas junto con información procedente de otras aeronaves en tiempo real, los ordenadores de abordo serán capaces, por ejemplo, de elaborar mapas tridimensionales y ofrecer las mejores rutas posibles. Tal es el caso de los nuevos sistemas radar meteorológicos, que combinados convenientemente con datos de otras fuentes pueden "pintar" tridimensionalmente las nubes en nuestra pantalla, tanto si la ruta pasa a través de ellas como si estas quedan detrás de nuestro avión. Todo un logro tecnológico que ayuda al piloto a tomar las mejores decisiones. 


Actualmente hay más de dos mil millones de usuarios de GPS. ¿Qué ocurriría si dejara de funcionar? Eso es precisamente lo que se intenta resolver con la ayuda de los sistemas autónomos y la infraestructura de otros sistemas ajenos a los GNSS. Tema para otro post.

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