PBN, LA NAVEGACIÓN BASADA EN PRESTACIONES

En 1926 el Gobierno de los Estados Unidos comenzó a instalar los primeros faros aeronáuticos destinados a facilitar los vuelos nocturnos y así poder mantener una cierta regularidad en el incipiente Servicio Postal Aéreo. Durante los cuatro años siguientes instaló el equivalente a 14.500 millas de “autopistas” para los aguerridos aviadores de la época.

Esta, casi con toda seguridad, fue la primera ayuda a la navegación aérea que daba la posibilidad de volar durante la noche por las “mismas rutas” que durante el día.

Evidentemente el “buen” funcionamiento del sistema estaba supeditado a la meteorología, a la posible confusión con las luces de pueblos y ciudades y al desafío del continuo mantenimiento de una red extensa de faros. Además, durante las horas diurnas perdía su eficacia.

Servicio Aéreo Postal en la década de los 30 en USA
Servicio Aéreo Postal en la década de los 30 en USA

Estos hándicaps forzaron a ir más allá, a comenzar a emplear el conocimiento acerca de las ondas radioeléctricas, buscando las primeras soluciones de navegación con sistemas basados en las bajas frecuencias (LF), dado su alcance. Así nacieron los primeros sistemas de radionavegación basados en un desplazamiento de radiofaro a radiofaro, que luego terminarían en los NDB, VOR y DME. Esto revolucionó el transporte aéreo comercial, principalmente en los EE.UU., y le dio un impulso definitivo para su crecimiento y desarrollo durante los años 40.

Luego vendrían incluso sistemas que fundarían los principios de la navegación global y de la navegación de área, la RNAV. Sistemas inicialmente ideados para la navegación marítima pero aplicados también a la aviación como el británico DECCA, el estadounidense LORAN-C o el también norteamericano OMEGA, considerado como el primero creado para una navegación global. Y no olvidándonos del autónomo sistema inercial, basado en acelerómetros y giróscopos.

Por su parte, el aterrizaje instrumental pionero se producía el 26 de enero de 1938 cuando aterriza, en medio de una tormenta de nieve, un Boeing 247-D de las Pennsylvania Central Airlines en el aeropuerto de Pittsburgh procedente de Washington D.C. empleando el guiado de un ILS. Era el primer vuelo con pasajeros que empleaba este nuevo sistema, culminando los trabajos de experimentación que habían comenzado en 1929 en EE.UU.

Boeing 247 NC13356 Pennsylvania Airlines preparing to board at Detroit City Airport 1936 or 1937.
Boeing 247 NC13356 Pennsylvania Airlines preparing to board at Detroit City Airport 1936 or 1937.

La autoridad aeronáutica estadounidense autorizaba las primeras 6 instalaciones poco más tarde, en 1941. Hasta marzo de 1964 no llegaría el primer aterrizaje ILS completamente automático en el aeropuerto de Bedford, Reino Unido. Y ya en los años 70 llegaría el poco prolífico MLS.

De esos momentos citados hasta ahora el avance en los sistemas instrumentales de navegación y de ayuda al aterrizaje ha sido gigantesco. Pero no sólo han cambiado los equipos.

Como se ha visto, tradicionalmente los sistemas, equipos y ayudas a la navegación aérea han ido evolucionando gracias a una combinación de avances técnicos y pruebas en vuelo que, tras su evaluación y posterior certificación, después se han ido extendiendo en uso y aplicación.

Esta manera de evolucionar, de lo particular a lo global, también la siguieron los primeros sistemas RNAV y RNP más modernos, incluso los que comenzaron a emplear señal de satélite.

Es decir, la navegación aérea ha ido desarrollándose a partir del avance de la tecnología y de las técnicas dando origen posteriormente a algunos estándares que se han podido ir adoptando de manera generalizada en la comunidad aeronáutica internacional, aunque otros sólo de manera más localizada. Un ejemplo claro y actual de esto ha sido la P-RNAV en Europa, la U.S. RNAV en Estados Unidos y RNP 1 en Oriente Medio, similares pero no equivalentes de forma inmediata.

Esta forma de evolucionar ha provocado, sobre todo con los sistemas RNAV y RNP, que hayan proliferado disparidad de especificaciones de navegación, de aviónicas, de regulaciones nacionales y/o regionales y de formación de las tripulaciones que han llevado a dificultar en cierta manera la interoperabilidad cuando menos y, en algunos casos, incluso hayan llevado a cierta afectación a la seguridad operacional.

aviation2

El concepto de la navegación basada en prestaciones, la PBN

Así pues, la OACI, viendo la multiplicidad de desarrollos RNAV y RNP y los problemas que eso acarreaba, establece en 2008 el concepto PBN dándole la vuelta a la forma “tradicional” de evolucionar de la navegación aérea.

Así, la PBN pasa a racionalizar, homogeneizar y establecer una serie de estándares y requisitos necesarios para tratar de mejorar la eficiencia operacional ante la creciente demanda de mayor capacidad del espacio aéreo, de interoperabilidad global y de accesibilidad a cada espacio aéreo. Y todo ello manteniendo los niveles de seguridad operacional. Todo esto a la par que pasa de una concepción de la navegación ligada al tipo de sensor a un concepto basado en requisitos establecidos para un espacio aéreo definido.

OACI

A partir de ello, la OACI confecciona una guía de entendimiento común destinada a operadores aéreos, proveedores de servicios de navegación aérea, autoridades de aviación, proveedores de bases de datos de vuelo y, sobre todo y más concretamente, a personal de vuelo y control. También para la industria, principalmente de aviónica, aunque de manera algo más marginal. Esta guía se materializa en el documento 9613, Manual de la Navegación Basada en la Perfomance (PBN), que bien podría haber sido traducida al español como navegación basada en “prestaciones”. Este documento vino a sustituir al antiguo Manual de la RNP.

Es decir, la PBN establece un entendimiento común para cada especificación de navegación RNAV y RNP, facilitando su aplicación en los diferentes espacios aéreos, el acceso a los mismos y con las aeronaves adecuadas, de manera que se mejora la seguridad y la eficiencia de las operaciones. Esta es la clave para entender qué es y en qué consiste la PBN, la navegación basada en prestaciones.

Este viraje en el planteamiento de la evolución de la navegación aérea aún va más allá porque, tal cual está ideado, sienta las bases y pautas para desarrollar también las nuevas soluciones que vengan en el futuro.

Hemos indicado lo que es el concepto PBN, el importante giro que supone en la concepción y entendimiento de la “nueva” navegación aérea y la que venga en el futuro. Así, cualquier espacio aéreo que quiera modificarse o crearse se podrá hacer siguiendo la guía de este concepto de la OACI.

Pero la PBN es sólo uno de los elementos habilitantes de cualquier nuevo espacio aéreo que se conciba. Por descontado, las comunicaciones, la vigilancia ATS y los servicios ATM son los otros elementos esenciales de un concepto de espacio aéreo.

Bajando a un segundo nivel descriptivo de la PBN, la OACI la desgrana en tres pilares de cara a generar un nuevo espacio aéreo: las especificaciones de navegación, como son por ejemplo la RNAV 1, la RNP APCH o la RNP 10, que veremos en posteriores artículos; la infraestructura de navegación, es decir, las ayudas para la navegación ya sean basadas en tierra o en el espacio, que para la PBN sólo son consideradas por el momento las VOR, DME y GNSS; y la aplicación de navegación, que es el uso que se hace de las especificaciones de navegación ya sea para ruta, TMA o aproximación, en función de las ayudas a la navegación disponibles.

Estos tres elementos conformarán el concepto de espacio aéreo según la PBN, complementados con los de comunicaciones, vigilancia y ATM ya mencionados.

Componentes del concepto de espacio aéreo según la PBN (Fuente: Eurocontrol)
Componentes del concepto de espacio aéreo según la PBN (Fuente: Eurocontrol)

Completando la foto del concepto PBN, éste tiene por objeto, por el momento, armonizar los requisitos de prestaciones longitudinal y lateral (es decir, 2D) para las especificaciones de navegación. Además, se basa en unas prestaciones (RNP) lineales en cuanto al seguimiento de la trayectoria lateralmente. Aunque algunas especificaciones de aproximación sí contemplan actualmente requisitos para el guiado vertical, éstas no están consideradas como RNP. En el futuro se prevé llegar a incluir incluso operaciones basadas en trayectorias 4D.

Por último, para terminar de delinear el concepto PBN, hay que destacar que ésta es sólo una parte de la RNAV, de la navegación de área. Existen aún, y seguirán existiendo probablemente, aplicaciones RNAV más allá de la PBN. Por ejemplo, actualmente, los procedimientos basados en GBAS son estrictamente navegación de área y no se encuentran por el momento incluidas en el concepto PBN de la OACI.

Las constelaciones de satélites

A pesar de que la PBN no se basa en sensores, por el momento es evidente que el facilitador común a todos esos desarrollos, actuales y futuros, es únicamente el basado en el sistema global de navegación por satélite, el GNSS. Básicamente por su amplia cobertura y disponibilidad. En cada especificación de navegación particular aparece como sensor válido siempre algún sistema GNSS y, sólo para algunas de esas especificaciones, otros sistemas convencionales como el inercial, el DME y/o el VOR. Por otra parte, es bien cierto que existen diferentes desarrollos técnicos bajo el paraguas GNSS, o una combinación de ellos, que pueden ser válidos para cumplir con los requisitos que se puedan exigir para un espacio aéreo determinado, lo que sigue esta filosofía PBN.

Bajo las siglas GNSS existen constelaciones de satélites que se emplean para un posicionamiento y desplazamientos globales, como son el bien conocido y empleado NAVSTAR-GPS estadounidense; el modernizado GLONASS de la federación rusa; el chino COMPASS, que es en realidad la segunda constelación de un sistema mayor denominado BeiDou y que por el momento sólo cubre a la propia China y áreas anexas; o el aún futuro sistema global europeo GALILEO, que será completamente interoperable con GPS y GLONASS. Todos estos sistemas están compuestos, o lo estarán, por más de 20 satélites, alcanzando fácilmente la treintena con el fin de cubrir ampliamente toda la superficie terrestre con el mínimo de satélites necesarios para poder obtener soluciones de navegación y con tiempos sincronizados.

Sistema Galileo ESA
Sistema Galileo ESA

Pero también existen otras constelaciones satelitales regionales, por lo general geoestacionarias, enfocadas principalmente a aumentar las prestaciones de las de ámbito global. La OACI las ha definido como aumentaciones del GNSS basadas en satélite o SBAS. Es decir, el avión recibe una señal de satélite, que cumple las prestaciones requeridas para esa fase de vuelo, aumentando la señal de GNSS que también está recibiendo y dándole la capacidad de una navegación muy precisa, robusta y de alta disponibilidad. Ejemplos de SBAS en operación son EGNOS en Europa, WAAS en EE.UU. y México y MSAS en Japón y áreas circundantes; en desarrollo final el GAGAN en la India, SDCM en Rusia y SNAS en China; y en estudio se encuentra el SACCSA para Sudamérica y Caribe y otros desarrollos para África y Malasia.

A través de la OACI y de algunos acuerdos inter regionales, todos estos sistemas se desarrollan para permitir, en principio, la interoperabilidad.

Por el momento las señales SBAS se emplean para las nuevas aproximaciones pero en el futuro pueden ser empleadas para la navegación en ruta, dentro del área de cobertura de cada SBAS.

Áreas SBAS en servicio en el Mundo (Fuente: ESA)
Áreas SBAS en servicio en el Mundo (Fuente: ESA)

La OACI, además, define otros dos sistemas de aumentación del GNSS: los embarcados o ABAS y los basados en tierra o GBAS, los cuáles, por el momento, no está dentro del concepto PBN por ser considerado un sistema de guiado angular, no lineal, como lo son el ILS o el MLS.

Ejemplos de GBAS regionales son el australiano GRAS, el servicio de corrección diferencial y monitorización ruso, o el NDGPS norteamericano.

Es decir, dentro de los sistemas satelitales existen sistemas de aumentación de la señal de las constelaciones globales que posibilitan alcanzar los requisitos de precisión, integridad, continuidad y funcionalidad definidos para realizar una cierta operación en el ámbito de la aviación, incluso para procedimientos de aproximación muy exigentes, según especifica la OACI, principalmente a través de su Anexo 10.

Hay que señalar que es una práctica muy común el referirse a todos estos sistemas basados en satélites como GNSS, pero estrictamente hablado sólo las constelaciones globales se encuadran bajo estas siglas GNSS.

Una vez introducido el concepto PBN y su elemento facilitador principal, el GNSS, veremos en siguientes artículos lo que son las especificaciones de navegación, a buen seguro muchas conocidas por el lector, su puesta en contexto y su evolución histórica en relación a las aviónicas y su posible evolución futura.

Acerca de Rafael Pecos Macías

Rafael Pecos Macías
Ingeniero en Navegación Aérea por la UPM, especializado en Navegación Basada en Prestaciones (PBN), con 15 años de experiencia a nivel de Proveedor de Servicios de Navegación Aérea, en proyectos nacionales e internacionales de implantación y de I+D+i relacionados con el diseño de espacio aéreo y maniobras de vuelo instrumental y visual, la mayoría de ellos basados en PBN, GNSS y conceptos avanzados (SESAR, 6º y 7º FP de la Comisión Europea, Plan Nacional de implantación PBN, etc.).

Antiguo miembro del Panel de Expertos en Diseño de Procedimientos Instrumentales de Vuelo (IFPP) de la OACI y actualmente asesor del mismo. Miembro de la Tecnical Task Force de CANSO Europa y del Grupo de Trabajo Medio Ambiental de CANSO Global. Antiguo miembro de diversos grupos de trabajo y paneles técnicos de Eurocontrol relacionados con el diseño de espacio aéreo y maniobras instrumentales de vuelo. Ex miembro del Grupo de Implantación PBN Nacional, integrado por la DGAC, AESA, ENAIRE y Compañías Aéreas españolas.

Formador en PBN, RNAV y RVSM en cursos y seminarios destinados a pilotos, personal ATC, diseñadores de espacio aéreo y maniobras de vuelo instrumental y personal adscrito a diferentes autoridades aeronáuticas internacionales.

Estudios sobre Aeropuertos y Transporte Aéreo, ATM, GNSS aplicado a la aviación, Meteorología, Aviónica, Normativa ATM, publicaciones aeronáuticas y gestión AIS, sistemas de simulación aplicados a procedimientos de vuelo, seguridad operacional aérea y Medio Ambiente, entre otros también relacionados con el mundo aeronáutico.

6 Comentarios

  1. Rafael, un excelente artículo. Enhorabuena. Yo tengo también unas cuantas entradas en mi Blog sobre el tema, por si quieres echarles un vistazo y quizás corregirme. Soy instructor de calificación de tipo y mi punto de vista es el del piloto de líneas aéreas.
    http://greatbustardsflight.blogspot.de/2014/12/el-concepto-pbn-las-nuevas-tecnologias.html

    Un cordial saludo

  2. Rafael Pecos Macías

    Estimado Manuel, muchas gracias por tu amable comentario. Es un honor recibir tan gratas palabras de alguien que es instructor de pilotos de líneas aéreas. Mi experiencia me ha ido demostrando que la PBN de la OACI no se ha promocionado ni divulgado convenientemente por los diferentes organismos y autoridades, y menos para los principales usuarios, los pilotos. Mi intención con este primer artículo ha sido enfocar precisamente hacia los pilotos la PBN de una manera muy divulgativa. En la segunda parte de este artículo, que espero que publicarán los amigos de Hispaviación 2.0, entraré de lleno en lo que tal vez sea lo más interesante de la PBN, y también lo más complejo.
    Muchas gracias también por el enlace a tu Blog. Lo seguiré con mucho interés.
    Un cordial saludo.

  3. Estimado Rafael, gracias por compartir los conocimientos de una manera pedagògica, ahora tengo más claro lo que es la PBN. Los dos artículos que he leido excelentes, van rápidamernte de la A a la Z y te diría que he com, a la manera de escala de legibilidad: “5”, un abrazo.

  4. Rafael Pecos Macías

    Muchas gracias Elías por tus cordialisimas palabras. Me alegra mucho saber que estos artículos están sirviendo para el propósito para el que los amigos de Hispaviación 2.0 me invitaron a escribirlos.
    Me anima mucho a seguir produciendo escritos dentro de mi área de conocimiento y trabajo.
    Un cordial saludo.