La capacidad de comunicación de las aeronaves que se emplean en el transporte aéreo, se está viendo expandida a una velocidad impensable hace tan solo un par de décadas cuando, a finales de los años 80, el concepto CNS/ATM (Comunicaciones, Navegación y Vigilancia – Gestión del tráfico aéreo) hizo acto de presencia en el teatro de operaciones de vuelo con objeto de servir de apoyo a la modernización del obsoleto y sobrecargado sistema de control de tráfico aéreo de ciertas áreas del globo. Es más, no resulta aventurado afirmar, que la evolución de los sistemas y redes de comunicaciones ha sido tan decisiva como la experimentada por la tecnología aeronáutica. Y hasta podría decirse, que de nada habría servido que lo hiciera la segunda si la primera se hubiera quedado estancada. Por fortuna no ha sido así, y hoy contamos con soluciones y proyectos que responden a las necesidades que, en materia de comunicaciones, va a plantear la aviación en el futuro, y más allá…
Introducción
La necesidad de comunicaciones de la aviación ha cambiado conforme el tráfico aéreo crecía y, en la actualidad, hace uso de tecnología avanzada con la que a las tripulaciones les es posible intercambiar información con su compañía aérea, así como interactuar con el sistema de gestión de tráfico aéreo. Para llegar hasta aquí, desde mediados de los 80 las comunicaciones han ido migrando, para ciertos aspectos de la operación de vuelo, desde la voz a los datos con objeto de mejorar la eficiencia de los operadores, la eficacia en la provisión del servicio de tránsito aéreo y la seguridad de vuelo. Resulta especialmente llamativo el hecho, de que los aviones puedan enviar de forma automática y en tiempo real información no solo de su posición, sino también de sus actuaciones y prestaciones. Tanto, que no es extraño que una tripulación reciba en cabina un mensaje escrito procedente de su compañía informándole, por ejemplo, que el ángulo con el que ha rotado ha sido excesivo, que la velocidad que mantiene supera la establecida en los procedimientos, o que va justo de combustible. Entonces, ¿por qué es necesario ampliar el abanico de posibilidades si parece que las comunicaciones van sobre ruedas? Pues, sencillamente, porque el ritmo de crecimiento y la necesidad de mejorar la productividad del sistema y la seguridad de vuelo, imponen que se continúe investigando, desarrollando e implantando soluciones estandarizadas para necesidades todavía no exigidas hoy. O quizás sí…
ACARS, INMARSAT y HFDLEn los años 70, los aviones comenzaron a ser equipados con ordenadores. Esta circunstancia abrió la puerta al desarrollo, en 1978, de un sistema digital de comunicaciones de datos al que se denominó ACARS (Aircraft Communications Addressing and Reporting System). Un sistema, que conectado a los equipos de comunicaciones de a bordo que trabajan en las bandas de VHF (Very High Frecuency) y HF (High Frecuency) o al equipo de comunicaciones vía satélite (Satcom), permite el envío y recepción de mensajes a través de una red automatizada de estaciones de tierra que está conectada a un sistema distribuidor centralizado cuya función consiste en enrutar los mensajes de forma automática entre el avión y el receptor de tierra, y viceversa[1] .
Al margen de otros factores, la razón del éxito del ACARS y de que siga plenamente operativo en la actualidad, también se ha debido al apoyo que durante cerca de 30 años le ha proporcionado la red INMARSAT (INternational MARitime SATellite organization), una organización internacional creada en 1979 que opera un sistema mundial de comunicaciones móviles por satélite, en principio fundada para mejorar las comunicaciones marítimas con objeto de incrementar la seguridad en las rutas marítimas (www.inmarsat.com).
Esta red, formada por cuatro satélites situados en órbita ecuatorial geoestacionaria sobre el Océano Pacífico, el Océano Índico, y el este y oeste del Océano Atlántico, proporciona cobertura desde los 80 grados norte hasta los 80 grados sur de latitud. Más allá de esa cobertura hay que utilizar HF, dándose la circunstancia, de que debido a que el enlace de datos apoyado en esta banda de radio demostró en su momento mejor disponibilidad que la voz en las rutas transpolares, motivó que los fabricantes añadieran capacidad ACARS a sus equipos de radio y que las estaciones de la red repartidas por todo el globo vieran adaptadas sus instalaciones para facilitar el servicio de enlace de datos en alta frecuencia (HFDL, HF data link). Por otro lado, aunque sirve de red de seguridad en caso de que la aviónica del sistema de comunicaciones satélite de a bordo falle, en principio no parece una buena alternativa a este sistema, ya que mientras la red HFDL entrega los mensajes en 3 ó 4 minutos, la red de satélites lo hace en 20 ó 30 segundos. Un diferencia significativa, aunque todo depende de las necesidades.
Si bien el ACARS no tardó en convertirse en una importante herramienta para la gestión de las operaciones de una compañía aérea, no solo por facilitar el envío automático de datos de vuelo, intercambiar mensajes de servicio o recibir información meteorológica, no da respuesta a las necesidades ATM al no ser compatible con la red de telecomunicaciones aeronáuticas (ATN, Aeronautical Telecommunications Network) respaldada por OACI para las aplicaciones de gestión del tráfico aéreo, por lo que era necesario encontrar un sistema que pudiera dar respuesta a ambas necesidades operacionales de la forma más eficaz y eficiente posible.
FANS y enlace de datos
Unos años después de la aparición del ACARS, la OACI formó, en 1983, un comité al que encargó que ideara el sistema de navegación aérea del futuro, así como el desarrollo de conceptos operativos para la gestión del tráfico aéreo. Ese sistema debía basarse en el trabajo previo de la OACI en relación con la vigilancia dependiente automática (ADS, Automatic Dependent Surveillance) y con las comunicaciones piloto-controlador por enlace de datos (CPDLC, Controller Pilot Data Link Communications). Cinco años después, en 1988, fue publicado el informe del que a partir de entonces se conocería como “Comité FANS” (Future Air Navigation System). En él se establecían por un lado, los principios para desarrollar una estrategia futura de gestión del tráfico aéreo por medio de Comunicaciones, Navegación y Vigilancia (CNS, Communications, Navigation, Surveillance) utilizando las redes de satélites, la radio convencional y el enlace de datos y, por otro, los estándares necesarios para llevarlo a cabo.
Desde entonces, se conoce como “FANS” al sistema de aviónica que proporciona comunicación directa por enlace de datos entre el piloto y el control del tráfico aéreo, y permite llevar la navegación aérea y la vigilancia a un nivel sin precedentes. Y “entorno CNS/ATM FANS”, a aquél que incluye los sistemas (equipos, software y redes de comunicaciones), el elemento humano (pilotos y controladores aéreos) y los procedimientos operativos que deben ser aplicados.
Con esta base, a principios de los años 90 la empresa Boeing, con objeto facilitar a las tripulaciones la mejor elección de la ruta a volar y reducir el consumo de combustible de sus aviones, anunciaba la instalación en su modelo B747-400 de una primera generación de este sistema al que denominó FANS-1, instalación que posteriormente fue ampliada a otros modelos de largo radio como los B767 y B777. Un producto similar, conocido como FANS-A, fue desarrollado por Airbus e instalado en sus modelos de largo radio A330 y A340. De forma inmediata, ambas funcionalidades pasaron a conocerse como FANS-1/A[2].
Pero no tardó en evidenciarse una pega que limitaba en principio las posibilidades de explotación de este sistema, ya que su capacidad no era explotable al nivel requerido en el espacio aéreo continental principalmente debido a la alta densidad de tráfico. Y tendría que pasar más de una década hasta que Airbus lanzara, en julio de 2004, la siguiente generación de su sistema, el FANS B[3], con la idea de que facilitara en el espacio aéreo continental la comunicación por enlace de datos tanto ATC como de compañía (AOC, Airline Operational Communications) mediante redes HF, Satcom y VHF data link (ver cuadro 1), así como que aportara otras interesantes funcionalidades a nivel operativo, como son: proporcionar vigilancia Modo S elemental (ELS, Elementary Surveillance) y mejorada (EHS, Enhanced Surveillance)[4], hacer más precisa la navegación aérea mediante el estándar RNP (Required Navigation Performance), incorporar capacidades para MLS (Microwave Landing System) y GLS (GPS Landing System), así como aplicaciones ATM de automatización tierra-aire siguiendo la hoja de ruta establecida por el Panel del concepto operativo ATM de OACI (ATMCP, Air Traffic Management operational Concepts Panel). Una verdadera joya.
El enlace de datos piloto-controlador
Entre las características esenciales que debe cumplir una aplicación operacional de enlace de datos se encuentran las dos siguientes:
1.-Mantener la integridad de la información, en la medida en que un sistema datalink debe entregar la información al destinatario sin variar nada de lo enviado por el remitente.
2.-La información relacionada con la seguridad no debe verse demorada a causa de mensajes no esenciales.
Dispositivos en cabina para CPDLC
Por otro lado, a pesar de los siguientes beneficios que reporta el enlace de datos: reducción de la ocupación del canal de comunicaciones voz, mejora la seguridad ya que no hay posibilidad de equivocación, incrementa la capacidad al reducir la carga de trabajo del controlador, en especial la relacionada con el intercambio de comunicaciones voz, y proporcionar un segundo e independiente canal de comunicaciones lo que le configura como un estupendo sistema de back-up en caso de fallo o bloqueo de la frecuencia ATC, de momento, debido a su “lentitud” en el proceso de intercambio de información operativa, no puede sustituir a las comunicaciones voz. Es más, en caso de emergencia o urgencia a bordo el procedimiento establecido obliga a volver a las comunicaciones tradicionales vía voz. De ahí, que en el actual entorno operacional no se pretenda que el enlace de datos sustituya a la voz como principal medio de comunicación entre pilotos y controladores aéreos. Ni siquiera a pesar del FANS B.
El programa LINK 2000+
A mediados de los 90, Eurocontrol puso en marcha, en el centro de control de Maastricht (Holanda), el proyecto PETAL, Preliminary Eurocontrol Test of Air/ground data Link, con el objetivo de capturar y validar requisitos operativos, procedimientos y métodos operacionales para el enlace de datos con vistas a dar servicio a pilotos y controladores aéreos en áreas continentales de alta densidad de tráfico aéreo. Superado con éxito el período de prueba, este proyecto abrió la puerta a uno más ambicioso al que se denominó LINK 2000+, que es en la actualidad una de las iniciativas más importantes en las que está embarcada Eurocontrol, y uno de los elementos clave de lo que se ha dado en llamar la “revolución digital”.
Se trata de un programa pan-europeo cuyo objetivo es coordinar la implantación del enlace de datos piloto-controlador utilizando lo que se conoce como VHF digital link Modo 2 (véase el cuadro 1), que apoyándose en la red de telecomunicaciones aeronáuticas de acuerdo con los requisitos establecidos por la OACI, pretende jugar un papel principal en el desarrollo, estandarización, planificación e implantación de un enlace de datos de alta fiabilidad que facilite las comunicaciones entre pilotos y controladores aéreos, colectivos ambos que han recibido de forma muy positiva el programa.
La intención inicial de Eurocontrol, era implantarlo en el espacio aéreo superior de Bélgica, Holanda, Luxemburgo, Alemania, Austria, Francia, Italia, España y Portugal antes de que finalizara 2007, pero al final solo se implantó en el core area europeo; la zona geográfica del viejo continente donde se cruzan las principales rutas aéreas. Lo que significa, que España, Italia y Portugal deberán esperar, aunque en realidad no mucho.
Un detalle. Con la implantación de programas previos, Eurocontrol ha aprendido algunas lecciones y ha adoptado una estrategia diferente con este. En vez de hacer obligatoria la instalación, esperar a ver cómo van evolucionando los pedidos de las compañías aéreas a la industria electrónica y se instala el equipamiento necesario en el último minuto, la agencia ha introducido como incentivo una rebaja de las tasas de ruta para aquellos vuelos ya equipados que se realicen dentro del “Área Link 2000+”, animando así a los operadores a equipar sus aviones cuanto antes. El objetivo, es que para el final de esta década el 75 por ciento de todos los vuelos se hagan utilizando aviones convenientemente equipados[5]. La razón parece sencilla; allí donde está en operación ha incrementado la capacidad de procesamiento de información del sistema por un factor de 10, aseguran.
El programa CASCADE
En el año 2004, Eurocontrol lanzó el programa CASCADE (Cooperative Air traffic Services through surveillance and Communications Applications Deployed in ECAC), con el objetivo de mejorar la información y el reparto de tareas entre el segmento tierra y el segmento aire. Así, mediante la fusión de los mundos de las comunicaciones y la vigilancia, se busca aumentar la seguridad y reducir las demoras. La ventaja que tiene, es que la aviónica de a bordo ya existente es utilizable, los costes de infraestructuras se ven reducidos y los datos de vigilancia verán mejorar su calidad y disponibilidad, lo que permitirá proporcionar a los pilotos un display de la situación de otros aviones en vuelo en su proximidad mediante lo que se conoce como Monitor de cabina para Información de tráfico (CDTI, Cockpit Display of Traffic Information), visto ya en el número 67 de ITAVIA, así como el Graphical Trayectory Coordination, un dispositivo que permitirá a pilotos y controladores negociar la ruta de un vuelo dentro de un área especificada.
Asimismo, el programa CASCADE coordina la implantación en Europa de la ADS-B (Automatic Dependent Surveillance-Broadcast), una técnica de vigilancia basada en la difusión por parte de las aeronaves de su identidad, posición y datos de vuelo (velocidad, rumbo, altitud, estimadas, etc) sin necesidad de interrogación desde tierra, una información que puede utilizarse para propósitos de vigilancia (ADS-B-out), o a bordo de otros aviones con la intención de mejorar la conciencia de la situación (ADS-B-in), así como para asistencia a la separación en vuelo (ASAS, Airborne Separation Assistance) por la que los aviones podrán, previa autorización ATC, ajustar entre sí algunas maniobras en vuelo, un tema este del que también se trató en el número 67 de ITAVIA. En cuanto a la ADS-B-out, esta puede utilizarse como un medio único de vigilancia o en combinación con el radar o la multilateración, una técnica de posicionamiento que, basándose en el principio de la triangulación y sirviéndose de varios sensores situados en lugares estratégicos de un aeropuerto y sus cercanías[6], puede situar en dos o en tres dimensiones la posición de un objeto estático o móvil que esté debidamente equipado con un transpondedor Modo S (Selectivo).
Comunicaciones tierra-tierra
Por lo que se refiere a las comunicaciones tierra-tierra también habría mucho que contar, aunque nos vamos a quedar con que en 2007 Eurocontrol creó la red PENS de servicio pan-europeo (Pan European Network Service) para que sirva de apoyo a la integración de la infraestructura europea de comunicaciones, que busca proporcionar mejor flexibilidad y economías de escala. PENS pretende crear una red IP (Internet Protocol) para que los actuales servicios pan-europeos como EAD (European Aeronautical information Database), CFMU (Central Flow Management Unit) y AMHS (ATS Message Handling System), sustituto de la red AFTN, puedan enlazar e interoperar mejorando así el acceso y gestión de información en beneficio de la comunidad aeronáutica.
Cooperación USA/EUROPA
No podemos finalizar este trabajo sin mencionar, que como resultado de la 11ª reunión celebrada en 2003 por la Comisión de Navegación Aérea de la OACI, surgió la necesidad de identificar un sistema futuro de comunicaciones tierra-aire para las comunicaciones ATM al que diferentes regiones del globo pudieran eventualmente converger. Así surgió una actividad conjunta entre FAA/NASA y Eurocontrol denominada Estudio para las comunicaciones del futuro (FCS, Future Communications Study), cuyo objetivo es investigar, definir y desarrollar soluciones para las necesidades de comunicaciones que puedan surgir en el futuro, identificando un sistema que sea interoperable a nivel global y que permita la implantación de aplicaciones ATM mejoradas entre 2020 y 2030. Así mismo, el estudio aborda los conceptos operacionales, el desarrollo de requisitos de comunicaciones, el análisis de cuestiones institucionales y la identificación de tecnología alternativa. Pues eso, y más allá…
Información consultada
1.- EATMP Communications Strategy, Volume 1, Management overview. Eurocontrol, agosto de 2003
2.- CNS/ATM Developments in Europe, a communications and surveillance perspective. JAA/FAA International Conference, Reykjavik 2003
3.- A global solution for the future ATC communications system. FAA/NASA, noviembre de 2004
4.- AIRBUS and CPDLC: FANS B progress, febrero de 2005
5.- Move to datalink, Alex Wandels, Eurocontrol. Air Traffic Technology International 2006
6.- FANS-1/A Operations Manual versión 4.0, septiembre de 2006
7.- Aeronautical Communications Panel (ACP), 10ª reunión. Montreal, Canada, 7-13 marzo de 2006
8.- ADS-B/CASCADE Workshop. Airbus industrie. Palma de Mallorca, noviembre de 2007
9.- Revista Skyway nro. 46, Eurocontrol. Número especial otoño/invierno 2007
10.- ADS-B. IATA position, octubre de 2007
11.- Eurocontrol/FAA Future Communications Study -Technology Assessments. Aerospace Conference, 2007
12.- Reglamento nº 29/2009 de la Comisión Europea por el que se establecen los requisitos relativos a los servicios de enlace de datos para el cielo único europeo, 16 de enero de 2009.
NOTAS AL PIE:
[1]SITA y ARINC son los principales proveedores del servicio de enlace de datos ACARS. [2]Los principales requisitos que describen estos sistemas se recogen en: Manual Técnico de la OACI, documento 9705, Eurocae ED-110B/RTCA DO-280B y Eurocae ED-120/RTCA DO-290. Por su parte, el estándar FANS 1/A está descrito en la ARINC 622 y Eurocae ED-100/RTCA DO-258. [3]Los modelos que lo equipan son: A319, A320 y A321 y las primeras compañías en instalarlo en sus respectivas flotas han sido Finnair, Aeroflot y Alitalia. [4]La vigilancia elemental (ELS) propociona mejoras de tipo técnico y funcional y la vigilancia mejorada (EHS) aporta valor añadido a nivel operativo, ya que mejora la conciencia de la situación ATC, reduce la carga de trabajo por avión en las comunicaciones y mejora la seguridad de vuelo. [5]De acuerdo con el reglamento 29/2009 de la Comisión Europea recientemente publicado, se establece como fecha tope febrero de 2015 para que todos los aviones que planifiquen volar por encima de FL285 en el área designada como Link 2000+ estén convenientemente equipados. Y a partir de 2011, todas las aeronaves que reciban su primer certificado de aeronavegabilidad deberán estar equipadas para poder explotar servicios de enlace de datos. [6]En Mongolia se está instalando en vez de radares de ruta, lo que da una idea de su potencial.
