FREE FLIGHT, ¿LA NAVEGACIÓN AÉREA QUE VIENE?

Según se recoge en la iniciativa de la Comisión Europea relativa al Cielo Único, una importante posibilidad de incrementar la capacidad del espacio aéreo consiste en conseguir el uso extensivo del que habitualmente tienen asignado los diferentes ejércitos para llevar a cabo el entrenamiento de su personal y las pruebas de su material. Uso flexible del espacio aéreo, se llama. Pero esa no es más que una de las soluciones que pueden contribuir a conseguir mejoras significativas en capacidad. Otra parece provenir, aunque existen numerosos condicionantes, de lo que se conoce como Free Flight, o vuelo libre, un concepto que, de llegar a implantarse, cambiaría la mentalidad de pilotos y controladores y la forma en la que se gestiona el tráfico aéreo. A continuación se expone su génesis, su evolución y su situación actual.

Introducción

A pesar de que la implantación de la Navegación de Area (RNAV) ha permitido a los aviones volar entre dos puntos cualesquiera de una ruta dada sin necesidad de sobrevolar las radioayudas en las cuales se apoya, y la implantación de la RVSM (Reduced Vertical Separation Minimum), ha permitido a su vez generar un 20% de capacidad extra en el espacio aéreo superior gracias a la posibilidad de poder volar seis nuevos niveles de vuelo entre los 29.000 y 41.000 pies, los usuarios del espacio aéreo han seguido presionando para conseguir mayor libertad con objeto de ganar en eficiencia y economía. Fruto de esa presión surgieron dos conceptos muy similares: Free Flight (vuelo libre) y Free Route (ruta libre).

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Free Flight

En 1993, Bill Cotton, un piloto de United Airlines con una larga trayectoria en la aportación de ideas para la mejora de la gestión del espacio aéreo [ fue uno de los primeros en proponer un sistema para evitar colisiones en vuelo que con el tiempo se conocería como TCAS, Traffic Collision and Avoidance System ], hizo una presentación a la FAA en la que describía un concepto, al que denominó “Free Flight”, que iba dirigido a eliminar las restricciones para volar en el ineficaz sistema de gestión de tráfico aéreo (ATM) norteamericano y cuyo objetivo era dar cabida a una mayor cantidad de tráfico aéreo.

En su presentación, que estaba basada en un trabajo suyo publicado en 1973 titulado “Formulation of the air traffic system as a management problem”, llamaba la atención acerca del nivel de sofisticación de los sistemas que se estaban instalando a bordo de los aviones, alertaba del desequilibrio que existía con el nivel de desarrollo de los sistemas para la gestión del tráfico aéreo con que contaba entonces el ATC, y aprovechaba para manifestar la existencia de un importante paralelismo entre la protección que proporcionaba el TCAS y el concepto de separación bajo el Free Flight: “que la separación se planifica, desarrolla y completa desde las cabinas de las aeronaves”.

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Para averiguar la viabilidad de una propuesta tan novedosa y, en principio, también tan radical, el máximo responsable de la FAA solicitó a la RTCA (Radio Technical Commission for Aeronautics) que llevase a cabo un estudio en profundidad. Inmediatamente se formó un grupo de trabajo compuesto por expertos del gobierno y de la industria aerospacial, que para el mes de octubre de 1995 tenía concluida la tarea encomendada.

Su informe se iniciaba destacando la necesidad de cambiar el enfoque de partida del concepto Free Flight, de tal modo, que en una primera fase tendría menos peso la libertad y más la planificación a medio plazo, y dejaba constancia de que “cualquier iniciativa que elimine restricciones representa un paso hacia el Free Flight”, concepto que en ese informe se definía como: “capacidad para operar de forma segura y eficiente bajo reglas de vuelo por instrumentos donde los pilotos tienen la libertad para seleccionar su ruta y velocidad en tiempo real sin necesidad de contactar con el ATC”. También dejaba claro, que a largo plazo el concepto Free Flight no solo sería aplicable a la fase de ruta, sino a todas las fases del vuelo.

Pero el informe también comentaba conceptos operacionales que llevaban discutiéndose desde hacía tiempo, como la sectorización dinámica del espacio aéreo para ajustarla al flujo de tráfico, la toma de decisiones en colaboración (CDM, Collaborative Decision Making) y otros nuevos, como la autoseparación de las aeronaves, la densidad dinámica, o la transferencia ocasional de la responsabilidad de la separación a la aeronave. Esto es, en una primera fase la responsabilidad de la separación entre aeronaves permanecería en el ATC, excepto en aquellas ocasiones en las que controlador aéreo y piloto acordasen transferir esa responsabilidad a la cabina.

En resumen, el concepto Free Flight trata acerca de la posibilidad de poder optimizar la ruta, la velocidad y el nivel de vuelo de una aeronave teniendo en cuenta el viento y la meteorología sin necesidad de una autorización específica del ATC, que intervendría sólo cuando los sistemas automatizados previesen un conflicto, en lo que se conoce como “control por excepción”.

Para 1997 ya se habían puesto en marcha en Estados Unidos dos programas: el NRP, National Route Program, y el Central-Pacific Ocean Program, que defendían el principio de la utilización sistemática de rutas directas dentro de un entorno de espacio aéreo controlado como paso previo a un estado más avanzado de libertad de planificación y ejecución del plan de vuelo. No obstante, a la espera de que la tecnología tome el relevo, la propia FAA reconocía que “las mejoras conseguidas están directamente relacionadas con el esfuerzo que realiza el ATC”.

Precisamente con ese objeto fue definido el proyecto Flight 2000, una ambiciosa iniciativa relacionada con el Free Flight que tenía por objeto desarrollar y evaluar sistemas ATM. En el centro del proyecto se encuentran la integración de la información vía enlace de datos, procesadores de datos de meteorología, monitores de información de tráfico y herramientas ATC y de cabina para planificar de forma segura y eficaz todas las fases del vuelo.

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¿Cómo funciona?

Teniendo como base en quién se deposite la responsabilidad de la separación de las aeronaves, se han identificado tres modelos de implantación del concepto que permitirán “liberalizar” la navegación aérea:

-Modelo basado en el control aéreo (sin delegación)

-Modelo basado en la cabina (delegación total)

-Modelo compartido (delegación parcial)

Modelo basado en el control aéreo

Básicamente, se trata del esquema operacional actual evolucionado de acuerdo con lo que la proveedora inglesa de servicios de tránsito aéreo, NATS (National Air Traffic Services) identificó durante una serie de simulaciones, como la necesidad de contar con un nuevo elemento en el esquema de trabajo del ATC: un controlador planificador que supervise la demanda a medio plazo de un conjunto de sectores. Lo denominó multi-sector planner, y su misión sería distribuir el tráfico y solucionar conflictos 20 ó 30 minutos antes de que los vuelos entren en el primero de los sectores implicados en sus respectivas rutas.

Modelo basado en la cabina: delegación total

También conocido como “Operación autónoma”, supone para las aeronaves equipadas con sistemas de navegación, vigilancia y autoprotección adecuados y mientras se encuentren en espacios aéreos designados para operaciones Free Flight, la delegación total en la cabina de vuelo de la responsabilidad para la detección del conflicto y su resolución [ autoprotección significa que las aeronaves estarían equipadas con dispositivos cuyo principio de funcionamiento estaría basado en la existencia de dos áreas alrededor de la aeronave, la de “protección” y la de “alerta”, lo que se conoce como TCAS o una evolución del mismo ].

Modelo compartido: delegación parcial

El objetivo de la delegación parcial, es permitir una mayor flexibilidad en el uso del espacio aéreo disponible. Para conseguirlo, se traslada a la aeronave la responsabilidad operacional de la separación durante maniobras específicas, reduciendo así la carga de trabajo del ATC y aumentando la capacidad del sistema. Con este modelo el controlador mantiene la iniciativa y la autoridad en la gestión de la situación, pero con la particularidad de que quién mejor situado esté para solucionar un conflicto sea quien tome las medidas encaminadas a llevar a cabo la separación con la aeronave implicada. Evidentemente, se estaría hablando de un volumen de espacio aéreo controlado, de aeronaves adecuadamente equipadas y también de normas definidas para el caso.

Siempre bajo la dirección y supervisión del ATC, las maniobras posibles serían las siguientes:

-Cuando dos o más aeronaves que vuelan en ruta, ya sea al mismo nivel, en ascenso o en descenso, ya sea durante la fase de aproximación al aeropuerto de destino, pueden establecer y mantener separación longitudinal entre sí valiéndose de ajustes de velocidad. Esto permite a cada vuelo ajustar su separación a la mínima reglamentaria sin carga de trabajo adicional para el controlador.

-En el caso de aeronaves en ruta cuyas derrotas se crucen, o en ruta cuando la de detrás sea más rápida que la de delante, el ATC podrá delegar en la cabina la maniobra de adelantamiento, ya sea en el plano horizontal o en el vertical.

En cuanto a la gestión de datos de plan de vuelo, dado que no resulta nada fácil predecir en tiempo real la ruta más eficiente entre dos puntos del espacio aéreo, así como los posibles conflictos entre innumerables aeronaves, será necesario disponer de un sistema con una considerable potencia de cálculo. Por esta razón, es muy probable que el sistema de proceso de datos de vuelo siga instalándose en las dependencias ATS y no en las aeronaves, pudiendo ser la operativa de la forma siguiente: la tripulación envía mediante datalink su solicitud de perfil de ruta al ordenador ATC, el cual se encarga de ejecutar el correspondiente análisis de conflicto, aceptar o enmendar la solicitud y enviarla de vuelta a bordo sin necesidad de intervención del controlador aéreo, que se limitaría a supervisar el funcionamiento operativo del sistema y a intervenir directamente a nivel táctico para solucionar eventuales problemas.

Free route

Con la idea de mejorar la gestión de la capacidad de su espacio aéreo, en el año 1996 cuatro países europeos, Holanda, Alemania, Luxemburgo y Bélgica, junto al centro de control de Maastricht, comenzaron a estudiar la posibilidad de que en una parte de su espacio aéreo superior pudiera permitirse a los pilotos elegir en tiempo real la ruta más conveniente. Se diseñó un programa piloto al que se le conocería a partir de entonces como FRAP (Free Route Airspace Project). De forma casi inmediata recibió el apoyo del Plan europeo ATM (EATMP) y del grupo consultivo de navegación aérea (ANT, Air Navigation Team consultation group), respaldo que propiciaría que al año siguiente Dinamarca, Finlandia, Noruega y Suecia lo incorporaran al programa nórdico de armonización. A día de hoy, no se ha producido la implantación de estos programas, aunque se sigue trabajando en ellos.

Por otro lado, el concepto FRAP también sería incorporado al proyecto CEATS (Central European Air Traffic Services), siglas que representan la iniciativa de ocho Estados de Europa Central (Austria, República Checa, Croacia, Italia, Hungría, Eslovaquia, Eslovenia y Bosnia Herzegovina), cuyo espacio aéreo superior se gestiona desde un único centro de control instalado en Viena (Austria). Hechos todos ellos que animaron a la Conferencia Europea de Aviación Civil (CEAC) a acordar también su implantación cuando llegue el momento en todo su área. Véase Cuadro 2.

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Veamos brevemente en qué consiste este concepto.

Free Route es un concepto por el que un piloto podrá, en un determinado bloque del espacio aéreo superior, planificar con libertad su ruta entre un punto de entrada y otro de salida de ese espacio aéreo sin necesidad de tomar como referencia la red de rutas de los servicios de tránsito aéreo (ATS), aunque todos los vuelos estarán sujetos a control de tráfico aéreo.

Los objetivos del programa son:

-Incrementar la capacidad del espacio aéreo

-Mejorar la flexibilidad

-Conseguir beneficios económicos y operacionales para los usuarios

-Optimizar la utilización de los sistemas de a bordo

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Por otro lado, se han identificado tres requisitos básicos para una implantación eficaz:

-Que los países implicados eliminen los límites laterales de sus regiones superiores de información de vuelo (UIR, Upper Information Region).

-Que con el objetivo de no exigir nuevas instalaciones a bordo –y su coste asociado- los equipos previstos o ya utilizados en otros programas, como RNAV o RVSM, deben ser suficientes.

-Que en las dependencias de control se implanten sistemas de apoyo específicos como la detección de conflictos a medio plazo (MTCD, Medium Term Conflict Detection) y sistemas avanzados para el proceso de datos de plan de vuelo (FDPS, Flight Data Processing System). Véase el cuadro 2.

Distintos puntos de vista

Estos modelos de implantación operacional han sido ampliamente contestados por pilotos, controladores y compañías aéreas.

Dentro del colectivo de pilotos no se suscribe el vuelo “autónomo” como modo normal de operación, ya que para ellos un sistema de ese tipo debería permanecer en reserva con objeto de paliar los posibles fallos que pudieran producirse en los sistemas de tierra.

También surge la cuestión de que contar con un nuevo gadget en cabina, aún contribuyendo a mejorar su conciencia de la situación, puede distraerles de su tarea principal de volar la aeronave, especialmente en el caso de una emergencia, cuando la tripulación puede desear deshacerse de esa tarea. ¿Podrá en ese caso actuar con rapidez y eficacia el control aéreo?, ¿cómo aumentaría la carga de trabajo del piloto con la delegación a la cabina de vuelo de la responsabilidad -parcial o total- de la separación?. Por la misma razón, surge la duda de si en un entorno de este tipo el controlador será capaz de supervisar el espacio aéreo e intervenir de forma eficaz si, por ejemplo, los pilotos no pueden solucionar un conflicto, ya sea por meteorología adversa, fallos en los sistemas de apoyo a la navegación, etc.

“Los controladores aéreos son excépticos -asegura John Sorensen de Seagull Technologies, una empresa ligada a la NASA- ven una situación en la que siguen teniendo la responsabilidad, aunque no sean ellos quienes organizan el tráfico, y eso no les gusta”.

Y es aquí donde entra la cuestión de la carga de trabajo, carga asociada en gran parte con el monitoreo constante del tráfico aéreo bajo su responsabilidad, y que aumenta conforme lo hace el desconocimiento de las intenciones de los vuelos de su área. Esta circunstancia lleva a la necesidad de algún tipo de ayuda, no sólo para la toma de decisiones, sino también para comprobar el cumplimiento de las instrucciones transmitidas a los vuelos. Además, el controlador aéreo quiere seguir siendo un participante activo. Y para poder serlo, son necesarias herramientas avanzadas para la detección y resolución de conflictos –que aún hoy no existen-, así como el abandono de unas destrezas y la adquisición de otras nuevas.

Según las investigaciones llevadas a cabo en 1998 por el Laboratorio de ciencia cognitiva de la Universidad Católica de América, Washington D.C. (USA), cuyos resultados fueron publicados en el ejemplar del 4º trimestre de ese año de la revista The controller, que edita la Federación Internacional de Asociaciones de Controladores Aéreos (IFATCA): “una de las cosas más desconcertantes en relación con las nuevas herramientas ATC, es que favorecen prácticas que tradicionalmente se ven como imprudentes; como la multiplicación de las direcciones opuestas, o los ascensos y descensos sin restricciones que no necesitan de la intervención del controlador si las herramientas muestran que las trayectorias están separadas”, lo que nos lleva a la posibilidad de que exista demasiada confianza en la máquina.

Por su parte, las compañías aéreas no temen manifestar que adoran el concepto, ya que le ven un gran potencial para ahorrarles millones, y comparten la opinión de los expertos cuando manifiestan que apoyar el desarrollo del Free Flight es, hoy por hoy, “la mejor decisión política que se puede tomar en apoyo del transporte aéreo”.

Para concluir, dos breves apuntes respecto a Europa. En primer lugar, según publicaba la revista británica Air Traffic Management: “Una de las áreas más difíciles para la implantación del Free Flight es Europa, donde hay muchas autoridades responsables de proporcionar la separación ATC en un área relativamente pequeña, y en la que la alta densidad de tráfico aéreo supone un reto real a su implantación”. Y en segundo lugar, el 14 de mayo de 2001 se hacía público el informe de la consultora Wilmer, Cutler & Pickering realizado a petición de Eurocontrol, en el que se destacaba que “el concepto Free Route debe ser considerado como prioritario en la consecución del Cielo Único europeo”.

Si bien las ventajas teóricas que se alcanzarían con la implantación de los conceptos expuestos serían importantes, en la práctica se observa que allí donde más rendimiento podría sacársele –los espacios aéreos con mucha densidad de tráfico- en realidad no resulta factible a día de hoy hacerlo debido a importantes problemas de seguridad que han sido detectados durante los numerosos estudios que se han realizado. Pero es cuestión de tiempo.

Medios que posibilitarán el vuelo libre: el CDTI

Se lleva bastantes años investigando el modo de cómo trasladar a bordo una imagen lo más fiel posible de la situación del tráfico con objeto de ayudar a la tripulación en la toma de decisiones, algo así como el TCAS pero que permita, de paso, ayudar en la planificación a medio plazo del perfil de vuelo. Para ello podría servirse de la información emitida por otras aeronaves mediante ADS-B (vigilancia dependiente automática-difusión), o mediante un enlace digital con tierra en tiempo real que presente a bordo la escena tal y como la ve el controlador.

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Con esta idea en mente, en julio de 1999 se consiguió por primera vez localizar, identificar y conocer las intenciones de otras aeronaves en relación con la propia.

Pero ese no era en realidad un gran descubrimiento, porque casi medio siglo antes, Crocker Snow, siendo presidente de la Comisión Aeronáutica de Massachusetts, instaló un monitor de televisión a bordo de un avión. Mientras se encontraba en vuelo, una cámara filmaba la pantalla radar del controlador y transmitía las imágenes en UHF al avión. Desde la cabina, Snow utilizó la información para identificar otras aeronaves del área, elegir una de ellas y seguirla en la aproximación a la pista mientras era estrechamente vigilado por los controladores.

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La consiguiente evolución ha llevado al actual proyecto MA-AFAS (More Autonomous Aircraft in the Future ATM System). Se han llevado a cabo diversas pruebas cuyo objetivo era validar la generación, negociación y guía de trayectorias en 4 dimensiones (4D) desde un avión experimental enlazado vía datalink con plataformas ATC también experimentales, para lo que se contó con una presentación a bordo con información de tráfico (CDTI, Cockpit Display of Traffic Information). La idea es que el equipo de a bordo, teniendo en cuenta la meteorología prevista en ruta, particularmente el viento, sea capaz de generar y seguir una trayectoria optimizada por combustible, tiempo a destino, etc, mientras se sigue el concepto de separación asegurada desde a bordo (ASAS, Airborn Separation ASsurance), que se sirve de la vigilancia a bordo para apoyar la delegación parcial de la responsabilidad de la separación, mejorando así la conciencia de la situación del piloto, quien podrá “ver” a la aeronave que le precede y ajustar su separación a la solicitada por el controlador al más puro estilo “Crocker Snow”.

Para conseguir esa información, el proyecto se sirve de tecnologías existentes: como el Modo S y la vigilancia dependiente automática [la capacidad del Modo S para transmitir datos de navegación y de la aviónica de una aeronave y mostrársela al controlador en su pantalla (o bien solicitar cambios vía datalink), reduce la necesidad de comunicaciones radio así como carga de trabajo, lo que puede incrementar la capacidad del controlador para gestionar el tráfico aéreo, mientras que la vigilancia dependiente automática (ADS, Automatic Dependent Surveillance) proporciona información de forma automática sobre la posición, así como comunicaciones piloto-controlador vía enlace de datos presentando en un monitor en cabina sus posiciones e identificaciones.

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Mediterranean Free Flight (MFF)

El área del Mediterráneo fue considerada como un espacio aéreo de baja-media densidad que se ajustaba a los requisitos del concepto Free Route, así como una probable área de transición desde una estructura de rutas fijas a una estructura de ruta libre.

Con objeto de llevarlo a cabo en el espacio aéreo controlado, se planteó el concepto de propia separación mediante ASAS (Airborne Separation Assistance System), en el que la tripulación de aviones convenientemente equipados tienen delegada la ejecución de su propia separación con otro avión, designado previamente por el ATC, con el que deben mantener una distancia dada, limitándose la función del control aéreo a proporcionar información, alerta y asistencia en caso de fallo del equipo de a bordo. No obstante, la responsabilidad de la seguridad de la separación seguiría recayendo en el ATC.

Las maniobras que se identificaron como posibles para llevar a cabo el concepto son:

-Secuenciamiento y fusión

-Cruce y paso.

Para conseguir el objetivo, el concepto se apoya en la tecnología ADS-B, que permite a los equipos instalados a bordo recibir y procesar información sobre la posición de otros aviones en sus cercanías, con lo que, además, se incrementa la conciencia de la situación de la tripulación.

Los principales beneficios que se esperan con su aplicación son:

  • Incrementar la capacidad del espacio aéreo al reemplazar el actual concepto estructurado de aerovías por el de ruta libre
  • Incrementar la eficiencia de vuelo al poder volar las rutas preferidas por los pilotos, lo que beneficiará a los operadores en términos de economía y flexibilidad;
  • Reducir los efectos en el medioambiente al reducirse el consumo global de combustible.

Durante 2005, se llevaron a cabo simulaciones en tiempo acelerado con ayuda de aplicaciones informáticas específicas en las que se evaluó el concepto ASAS. Si bien los resultados indicaron que la aplicación de la ruta libre es posible en áreas abiertas de espacio aéreo del área del Mediterráneo, en espacios aéreos de alta densidad presentaba problemas específicos, por lo que para ellos parece más adecuado contar con una estructura de rutas fijas convencionales.

Aunque los resultados no fueron positivos debido a la falta de flexibilidad de los aviones para llevar a cabo ajustes de velocidad a gran altitud, surgieron problemas más críticos con las maniobras de Cruce y Paso, donde el ritmo de acercamiento entre aviones resultaba muy incómodo para los controladores, quienes debían mantener la responsabilidad de la separación aunque delegasen la separación en la tripulación.

La conclusión fue clara: “sin redes de seguridad sofisticadas y, quizás, mínimas de separación mayores, estas aplicaciones no parecen aceptables”. De modo, que se dejaron de estudiar las maniobras de Cruce y Paso, concentrándose en las maniobras de Secuenciamiento y Fusión de tráfico, aunque con limitaciones, ya que con densidades de tráfico bajo y medio es si asumible, pero no con altas ni con meteorología adversa. Probó ser muy efectivo en las fases de aproximación inicial e intermedia.

Acerca de Jorge Ontiveros

Jorge Ontiveros, Madrid, 1959.

Procedente del Ejército donde fue controlador aéreo en 1989 ingresa en el control aéreo civil.

Entre 1999 y 2005 desarrolla su actividad profesional en el área de gestión de Aena desarrollando mejoras para el sistema SACTA y coordinando la implantación técnico-operativa de sistemas en las dependencias de control españolas.

Tiene publicados numerosos artículos y ensayos sobre control y transporte aéreo en medios tanto del entorno profesional aeronáutico, como de ámbito general, entre los que se encuentran: Aviador, Mach 82, Avión Revue, Empuje, Itavia y Revista de Aeronáutica y Astronáutica.

Formó parte del equipo profesional que diseñó el Título Propio en Gestión Aeronáutica de la Universidad Autónoma de Madrid, a cuyos alumnos ha impartido conferencias.

Ha colaborado con la Universidad Carlos III en los cursos de especialización en gestión del tráfico aéreo que ha patrocinado la Unión Europea. Y eventualmente participa como perito y consultor aeronáutico en temas relacionados con el control del tráfico aéreo.

Es cofundador de la revista ATC magazine, de la Asociación Profesional de Controladores Aéreos de España (APCAE) y fundador y editor de la revista ATC today.

En 1996 su trabajo “El control aéreo y la seguridad en vuelo” fue galardonado por la Fundación Aena, institución para la que también ha colaborado como conferenciante. Es autor de los libros Descubrir el control aéreo y Descubrir el viaje en avión.

En la actualidad desarrolla su actividad profesional como controlador en el TMA de Madrid, donde ha sido Supervisor e Instructor.