NAVEGACIÓN BASADA EN PRESTACIONES, LAS APROXIMACIONES

Por: Rafael Pecos Macías

Terminábamos el anterior artículo, el segundo sobre esta serie de la PBN, centrado en las aplicaciones de la PBN describiendo la RNP Avanzada (A-RNP), la primera especificación de navegación creada siguiendo la filosofía que subyace en el concepto PBN de la OACI: simplificar y homogeneizar globalmente las soluciones de navegación de área.

En este artículo que nos ocupa, continuamos con las aplicaciones de la PBN, pero centrándonos exclusivamente en las destinadas para las operaciones de aproximación. También trataremos alguna otra solución de aproximación RNAV fuera del concepto PBN. A buen seguro, mucho de lo que digamos aquí es ya bien conocido y usado por algunos de los lectores, no en vano existen ya mundialmente un número muy grande de implantaciones y, además, está creciendo su número exponencialmente.

En todo caso, como veremos, la terminología es compleja y aún está parcialmente en fase de consolidación a nivel internacional. Con el fin de mitigar esto, hemos tratado de desarrollar un texto lo más claro y descriptivo posible.

Para comenzar, hay que destacar que dentro de la PBN sólo existen aplicaciones de aproximación RNP. No existen aproximaciones con especificación RNAV. Recordemos que toda la PBN, se basa en la navegación de área (RNAV). Con este inciso queremos destacar que hay que evitar confundir las especificaciones RNAV con la propia navegación de área o RNAV. Por eso, siendo estrictos, sí es correcto hablar de aproximaciones RNAV pero no de especificaciones RNAV de aproximación.

La OACI ha catalogado dos tipos de especificaciones de aproximación para aeronaves de ala fija: las RNP APCH y las de autorización requerida o RNP AR APCH. Exclusivamente para helicópteros, también ha establecido la denominada RNP 0.3, aunque ésta puede ser empleada también para las llegadas, las salidas e incluso la fase de ruta así diseñadas.

Las aproximaciones RNP

Las RNP APCH son las que se encuentran ya publicadas en cartas de aproximación con el título “RNAV (GNSS)”. En los EE.UU. es común verlas como “RNAV (GPS)”. En cualquier caso, las diferentes denominaciones de las cartas de vuelo complican su identificación con la especificación de navegación con las que las define la PBN, ya que realmente son especificaciones RNP, como hemos indicado, aún cuando la forma de navegar es RNAV, insistimos.

Por ello, la OACI ha previsto que desde ya puedan pasar a llamarse estas cartas de aproximación “RNP (GNSS)”. Como máximo, el 1 de diciembre de 2022 todas las cartas deben estar cambiadas, de forma coherente con la especificación. La dilación es amplia en el tiempo debido al impacto económico global que significaría hacerlo de forma más inmediata, según ha estimado la OACI.

En realidad, dentro de la especificación RNP APCH existen tres tipos de aproximaciones para aviones, con 4 mínimos diferentes. Todas ellas se basan en una performance lateral de 0.3 millas náuticas en el tramo final (modo aproximación) y de 1 milla náutica en el resto de tramos de la aproximación (modo TMA), incluida la frustrada.

Según los mínimos de operación que se pueden alcanzar el inferior es el SBAS de categoría I, equivalente a la categoría I de ILS; luego vendría el LPV, o aproximación con prestaciones de localizador y guiado vertical; a continuación vendría el LNAV/VNAV, o navegación lateral con navegación vertical; y por último el LNAV, o mínimo correspondiente a sólo navegación lateral. Existe también un mínimo denominado LP, o de prestaciones de localizador, es decir con guiado 2D.

APV, PA, NPA y 2D/3D

Las RNP APCH a mínimos LPV y LNAV/VNAV se califican como APV, o aproximaciones con guiado vertical, según la clasificación por tipos de aproximación de la OACI.

A buen seguro habrá visto el lector en ciertas publicaciones que las LPV también aparecen como APV SBAS y las LNAV/VNAV como APV Baro-VNAV, pero los mínimos de operación que aparecerán en las fichas de aproximación serán LPV o LNAV/VNAV, según corresponda. Este tipo de aproximaciones APV cae exactamente entre las de precisión (PA) y las de no precisión (NPA). Es decir, las APV son las aproximaciones con guiado vertical que tienen mínimos inferiores de hasta 250 pies. Para el piloto, la forma de vuelo de las APV es igual a una ILS, sólo variando los mínimos de operación.

Con la nueva clasificación que ya contemplan algunos documentos de la OACI, las APV se consideran aproximaciones 3D, que parece ser una denominación mucho más descriptiva, al igual que las 2D, denominando a las de no precisión.

Mínimos LPV y LP

Volviendo sobre los 4 mínimos que se encuadran en la especificación RNP APCH, las LPV y LP corresponden a aproximaciones que emplean señal de constelaciones SBAS, incluso la LPV emplea la señal SBAS para navegar verticalmente. Ambos mínimos son excluyentes entre sí. Nunca aparecerán o no deberían aparecer juntos en una misma ficha de aproximación. La razón es que los mínimos LP, guiado sólo 2D, únicamente se dan cuando no se pueden alcanzar las prestaciones de señal suficientes para tener LPV, guiado 3D, dentro de la cobertura de los satélites de la constelación SBAS de que se trate, que recordemos que en Europa es EGNOS.

Dentro de estos procedimientos basados en SBAS existen también los de Categoría I, equivalentes a los ILS de cat. I, con mínimos de 250 a 200 pies. Son los que ya llevan algunos años en servicio en los EE.UU. como LPV-200.

Este tipo de aproximaciones, además de la lógica y adecuada formación de las tripulaciones y de la aviónica necesaria, requieren aprobación operacional basada en las AMC 20-27 y 20-28, de acuerdo a la normativa europea, o equivalentes como la FAA AC 20-138C, además de la necesaria para operaciones de categoría I si la contemplan, ya sea ILS o SBAS.

Ya existe un buen puñado de estas aproximaciones en servicio en Europa, incluida España, y están muy ampliamente implantadas en los EE.UU. con 3500 LPV en servicio y 890 más ya con mínimos de 200 pies. El término que ha venido empleando la FAA para denominar a estas maniobras SBAS ha sido WAAS, de Wide Area Augmentation System, que posiblemente le sonará a los lectores, pero que está ya en desuso.

Cabe precisar que actualmente las APV Baro-VNAV, las APV SBAS y las SBAS categoría I son una solución idónea, en términos económicos, para contar con aproximaciones “tipo ILS” (ILS look-alike) en aeródromos o cabeceras que no tengan aproximaciones instrumentales o éstas sean sin guiado vertical. No requieren de sistemas de ayuda a la navegación aérea en tierra aún proporcionando guiado vertical y mínimos que pueden llegar a ser de hasta 200 pies, de manera igual a un ILS de categoría I, aunque las SBAS cat. I sí requieren luces y señales de pista para esa categoría de operación.

La puesta en servicio de estas maniobras reduce ostensiblemente la probabilidad de producirse CFIT. Además, ahora mismo las pistas no instrumentales ya pueden albergar procedimientos de aproximación instrumental con una serie de condicionantes de visibilidad mínima, lo que permite reducir ampliamente los costes de implantación en comparación con un sistema ILS para aeródromos pequeños, especialmente los privados, pero también para muchos de uso público.

Incluso para aeropuertos grandes y bien equipados, estas maniobras también suponen una buena alternativa para permitir seguir dando un servicio continuo a aquellos tráficos equipados, en caso de bajas temporales de otros sistemas de ayuda al aterrizaje, como el ya mencionado ILS.

Mínimos LNAV/VNAV y LNAV

Por su parte, los mínimos LNAV/VNAV, correspondientes a las aproximaciones APV Baro-VNAV, y los mínimos LNAV sí van asociados y deben aparecer en la misma carta de aproximación. Las aproximaciones LNAV son las que tienen guiado 2D en el tramo final, volándose con aumentación de GNSS tipo ABAS, es decir, por medios embarcados. Éstas pueden ir complementadas con una navegación vertical basada en el altímetro barométrico, pero sólo con función de asesoramiento, sin guiado, lo que se denomina CDFA (descenso continuo en aproximación final). La técnica CDFA, siempre que la contemple el FMS, no es también aplicable al resto de maniobras de aproximación 2D convencionales, si no que es recomendada por la propia OACI, como bien sabrán la mayoría de lectores.

Por su parte, las APV Baro-VNAV igualmente tienen ese tipo de guiado satelital en el plano horizontal pero además llevan integrada una trayectoria vertical barométrica que, en este caso, sí proporciona guiado de descenso en el seguimiento de la senda, con sus límites de alerta a bordo.

Hay que indicar que este tipo de aproximaciones se pueden volar también empleando el guiado de SBAS, más preciso, siempre que el equipo de a bordo sea capaz de ello y la base de datos cargada en el FMS lo permita.

Las APV Baro-VNAV tienen asociadas por lo general, y dependiendo del escenario, temperaturas límite de uso, ya que la variación de la temperatura afecta a la senda de descenso. Algunos equipos embarcados son capaces de hacer una compensación automática mientras que otros deben ser compensados manualmente. También es necesaria una fuente que proporcione el QNH local, para ser voladas.

Estos tipos de aproximaciones se emplean en todo el Mundo y tienen una amplia presencia en Europa también. Por ejemplo, en los EE.UU. existen en servicio más de 1600 procedimientos LNAV/VNAV y 2700 LNAV, que rápidamente están sustituyendo a los antiguos “GPS-stand alone”.

RNP APCH sólo para helicópteros: PinS

Cabe aún mencionar, dentro de la RNP APCH, las maniobras de aproximación tipo de “Punto en el espacio” (Point-in-space) o PinS. Están destinadas exclusivamente para helicópteros y, a su vez, está íntimamente ligado a la especificación RNP 0.3. Estas maniobras pueden ser de guiado basado en GNSS más ABAS, a mínimos LNAV; o de guiado SBAS, incluyendo guiado vertical, a mínimos LPV. Este concepto PinS ha sido desarrollado principalmente para que operen estas aeronaves de ala rotatoria desde helisuperficies poco “equipadas”, tanto en llegada como en salida.

Una llegada tipo PinS proporciona guiado instrumental hacia la superficie de aterrizaje hasta un punto desde el que o bien se tenga un contacto visual con el área de aterrizaje, y se pueda proceder de forma directa, o bien el piloto pueda maniobrar visualmente siguiendo indicaciones de la carta de aproximación para llegar hasta el aterrizaje final.

En el caso de los despegues también existe un tramo visual donde se operará de forma directa o con indicaciones de la carta de salida hasta alcanzar el PinS donde comienza el guiado instrumental.

Estos procedimientos se adaptan perfectamente al tipo de operación con helicóptero y también a la mayoría de escenarios en los que operan, sea cual sea el tipo de vuelo que realicen. Por ejemplo, para vuelos de pasaje son ideales para operar en ambientes urbanos o en aeropuertos de manera transversal al flujo de aviones despegando y aterrizando, para no interferir con éstos. Y para operaciones de emergencias, como bomberos o ambulancias, permite tener aproximaciones o salidas instrumentales a o desde lugares de operación escasamente preparados, realizando los tramos visuales en condiciones VMC o con ayudas sintéticas a la visión (enhanced vision systems/devices).

La aplicabilidad de este tipo de procedimientos es amplia y a buen seguro tendrá mucho recorrido. En Europa, por ejemplo, ya existen algunas implantaciones destinadas a servir inicialmente a hospitales. Las cartas de vuelo tipo PinS se denominan igual que las correspondientes a RNP APCH para aviones, aunque se sustituye la cabecera de pista por el rumbo de aproximación final y, además, son cartas restringidas a helicóptero.

La especificación RNP 0.3

En realidad, dadas las características de los helicópteros, se ha definido esta especificación RNP 0.3 expresamente, pero no exclusivamente, para éstos y tiene aplicabilidad a todas sus fases de vuelo, aunque se aplique principalmente para el área de maniobra terminal. Esto permite establecer un máximo en las prestaciones de navegación lateral tan exigente como las 0.3 millas náuticas a la trayectoria nominal aprovechando al máximo también las capacidades de los helicópteros. Así se consigue que se puedan integrar sus maniobras en TMA de cierta densidad de forma compatible con las operaciones de las aeronaves de ala fija o se puedan establecer rutas de baja altitud en escenarios complejos en cuanto a obstáculos o sensibles al ruido.

Lo cierto es que, actualmente, una amplia mayoría de los helicópteros IFR nuevos ya cuentan con la capacidad para cumplir con la RNP 0.3.

La aproximación RNP de autorización requerida

Y por último, tenemos que hablar de la especificación PBN para aproximaciones que, dado que se encuentran en escenarios especialmente complejos en cuanto al terreno, requieren de una autorización especial (AR), la RNP AR APCH. En los EE.UU., donde fueron concebidas estas maniobras, se denominan SAAAR, de Special Aircraft and Aircrew Authorization Required.

Las cartas de aproximación actuales se denominan “RNAV (RNP)” y en el futuro tiene previsto la OACI que pasen a llamarse “RNP (AR)”, de forma más coherente con el nombre de la especificación, al igual que con las ya citadas RNP APCH.

Estas maniobras se basan en un guiado horizontal GPS (ABAS), aunque nació en un ambiente DME/DME, y un guiado vertical barométrico, ambos monitorizados y sujetos a unos límites de alerta a bordo. Las aviónicas que contemplen SBAS y GBAS pueden ser válidas también para las maniobras RNP AR siempre que se encuentren dentro del área de cobertura de estos sistemas de aumentación GNSS y cumplan las señales con los parámetros de navegación definidos por la OACI en su Anexo 10. De cara al operador, el certificado de aeronavegabilidad es el que lo contempla.

En principio es una aplicación para aproximación, pero lo cierto es que en los últimos tiempos se han desarrollado los criterios necesarios para extenderlo a las salidas instrumentales.

Las maniobras con AR son las que en el tramo final de la aproximación, o inicial de la SID, contemplan valores de performance lateral inferiores a 0.3 millas náuticas, llegando incluso a 0.1 o inferiores a 1.0 NM en frustrada o introducen virajes o una combinación de las 3 condiciones a la vez. Los virajes, por supuesto, son muy específicos. Son los denominados virajes de radio fijo o RF, que tienen requisitos un poco más exigentes a los ya mencionados para los RF de la RNP 1, y sólo algunos de los sistemas RNP actuales son capaces de ejecutarlos. Por tanto, este tipo de procedimientos son ideales para escenarios muy complejos.

Precisamente, las RNP AR nacieron gracias al empeño de la FAA y de la Alaska Airlines en proveer de accesibilidad continua a los aeródromos del estado más al norte de los EE.UU.: Alaska. Así, en 1996 aterrizaba el primer avión de esta compañía, un Boeing 737, siguiendo este tipo de maniobra en el aeropuerto de la capital del estado, Juneau, llamada así en honor a uno de los mineros fundadores de la ciudad durante la fiebre del oro en las postrimerías del siglo XIX.

Sólo en 2011, según datos de la propia Alaska Airlines, estas aproximaciones le permitieron ahorrar 800.000 kg de combustible y unos 19 millones de dólares en sus operaciones AR en 27 aeropuertos.

Ejemplos de implantación de estas maniobras existen por supuesto en Alaska, en otros lugares de los EE.UU, Canadá, en América Latina, en Tíbet, en Nepal y en Nueva Zelanda. Y el ritmo de implementación está creciendo rápido por ejemplo en China, Australia, Japón e incluso Europa, Innsbruck es un ejemplo, no sólo por ser ideal para lugares de terreno complejo sino por su aplicabilidad también a escenarios sensibles al ruido o en los que se pretendan recortar distancias en las llegadas.

Por contra, la “Autorización Requerida” implica mucha exigencia hacia el operador, la aeronave y los pilotos, ya que estos procedimientos presentan riesgos y complejidades superiores al resto de aproximaciones y, por tanto, requieren niveles adicionales de monitorización, control del cumplimiento de los “pequeños” valores de RNP y aviónicas y capacidades de aeronave más avanzadas y redundantes, así como una especial formación de los pilotos y un buen conocimiento del escenario.

La guía para la obtención de las aprobaciones operacionales se encuentra recogida por la FAA en sus SAAAR (AC 90-101) y por la autoridad europea en la AMC 20-26.

Aproximaciones GBAS, casi PBN

Por último, queda mencionar este sistema de aumentación de la señal GNSS basado en tierra que, a buen seguro, ya conocen la mayoría de lectores, y que por el momento se está aplicando para dar guiado a maniobras de aproximación equivalentes a la categoría I de ILS.

Existen actualmente dos denominaciones para las fichas de aproximación: la “GLS” y la “GBAS”. Aquí también queda un trabajo de homogeneización por parte de la OACI. En el pasado, la FAA norteamericana llamó a este sistema LAAS, de Local Area Augmentation System en inglés, término que tal vez le sea familiar a algún lector.

El GBAS, aún siendo un sistema que permite procedimientos instrumentales de RNAV, no se ha encuadrado bajo el concepto PBN aunque en ello está la OACI también.

Este sistema radia la señal de guiado a la aeronave con las correcciones diferenciales y la supervisión de la integridad a través de una antena VHF normalmente sita en el recinto aeroportuario, con una cobertura básica de unas 23 millas náuticas de radio, aunque puede llegar a alcanzar hasta unas 50 millas náuticas. Esto hace que sea un sistema destinado a ser empleado cada vez más en el entorno del TMA y en otras aplicaciones que no sean exclusivamente las aproximaciones, como ocurre ahora, ya que permite abarcar no sólo un aeropuerto grande con diversas pistas, sino que incluso puede llegar a dar servicio a más de un aeropuerto en función de las distancias.

Actualmente, como ya se ha indicado, ya se está empleando o en breve estará en servicio para procedimientos de aproximación en varios lugares del Mundo, siendo los aeropuertos de Málaga[1] y Bremen los pioneros en Europa, EE.UU., Brasil, Arabia Saudí, India, Japón, Corea del Sur, Australia e incluso Rusia, que ha desarrollado un sistema propio.

Una sola antena VHF “permite” contar con aproximaciones GBAS de categoría I, idéntica a la ILS, a todas las cabeceras de un aeropuerto. Es más, permite poder contar con más de una aproximación GBAS cat. I a cada cabecera, de ser necesario.

Cabe destacar que, además, pronto el sistema contará con capacidad para proveer categorías II y III de aproximación.

La operación GBAS en cabina es prácticamente idéntica a la ILS, con algunas diferencias menores en cuanto a las comunicaciones Piloto-Controlador, los posibles NOTAM emitidos y las eventualidades propias de los sistemas basados en satélites.

Como ya hemos adelantado en la especificación RNP AR, está previsto que en un futuro no muy lejano, el sistema GBAS, permita incluso aproximaciones con virajes de radio fijo (RF) en el tramo final y en frustrada y salida inicial, pasando a ser también un sistema válido para ejecutar procedimientos RNP AR.

Y hasta aquí este tercer artículo sobre la PBN, el segundo sobre las aplicaciones de la misma y centrado en las maniobras instrumentales de aproximación. Ha sido un artículo denso debido a que es un asunto complejo por la variedad de aplicaciones que se generan por las diferentes fuentes de provisión de la señal de navegación, siendo prácticamente todos sistemas satelitales (GNSS).

Puede existir por parte de las tripulaciones cierta desconfianza hacia estas “nuevas” maniobras de aproximación basadas en satélites. Hay razones para ello en el sentido de que las campañas de información, y posiblemente de formación, no hayan sido muy amplias ni hayan llegado adecuadamente a los principales interesados. Tampoco ayuda la aún consolidación de algunos conceptos, la complejidad que ya hemos apuntado y la variedad de terminología en la literatura, en las publicaciones de información aeronáutica y en las presentaciones a bordo.

Y, por añadidura, desde el punto de vista del piloto, puede haber una puntual desconfianza hacia una navegación que se basa en señales que provienen del “espacio” y que provee datos de vuelo generados a bordo, sin una referencia cruzada a, por ejemplo, el DME.

De esa sensación, la OACI es más que consciente y por ello ha desarrollado enormemente todo lo relativo al diseño de las maniobras, a la generación de las bases de datos de vuelo y a las performances de los sistemas embarcados y los que han de proveer las señales. Incluso ha desarrollado un manual específico de aseguramiento de la calidad (doc. 9906) compuesto por 6 volúmenes y que abarca todas esas áreas que intervienen en la producción final de estas maniobras, además de algún material guía derivado del Manual PBN, que ya indicamos en el primer artículo de esta serie.

Cabe indicar además que, por ejemplo, la alta integridad y precisión en el seguimiento de las trayectorias, la monitorización y alerta a bordo de los sistemas RNP o la estabilidad del guiado en descenso final en comparación con las fluctuaciones del ILS, son ventajas que deben dar confianza en estos nuevos sistemas. No olvidemos que la puesta en servicio de cada una de estas nuevas soluciones se ha producido tras largos períodos de pruebas, del desarrollo conjunto de estándares internacionales y de verificaciones en vuelo y en tierra controladas, y auditadas posteriormente, por las diferentes autoridades aeronáuticas.

Si se desea profundizar en este tipo de maniobras, es muy aconsejable consultar el volumen II del Manual PBN, donde se detallan las especificaciones de navegación, también el volumen I de los PANS-OPS, el Manual RNP AR, aunque está más enfocado a diseñadores de espacio aéreo, y el Anexo 10, todos de la OACI. Pero también son altemente recomendables las Advisory Circulars de la FAA y Acceptable Means of Compliance de la EASA, ya mencionadas a lo largo del texto, que especifican perfectamente asuntos de aviónica, de sistemas de provisión de la señal, formación de tripulaciones y comunicaciones a cumplir para poder obtener las correspondientes aprobaciones operacionales.

Como hemos visto muchas de estas aplicaciones ya están en operación, algunas es muy probable que quedarán en desuso casi antes de ser implantadas. En cuanto a las aproximaciones basadas en GNSS, existe ya y seguramente perdurará una fuerte competencia derivada de la industria entre las APV-SBAS, las APV-BaroVNAV y las GBAS.

Factores como el ahorro de costes, eficiencia, accesibilidad e impacto medio ambiental, ya que los valores de seguridad operacional son muy altos, tendrán mucho que decir. Veremos.

En el siguiente artículo nos centraremos en las previsiones de evolución futura de estas especificaciones PBN o en la aparición de nuevas, e incluso en conceptos RNAV que no siendo PBN están empezando a ser implantados y de algunas técnicas asociadas a la RNAV. También hablaremos de los diferentes programas internacionales que han dado origen a las implantaciones actuales o a los que aún están en marcha.

 

[1] enlace al canal de Aena en Youtube: http://youtu.be/GY1tTj3Xs7U