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Traffic alert and Collision Avoidance System (TCAS II)

TCAS II

Una pérdida de separación en vuelo ocurre cuando los valores mínimos de separación vertical, lateral u horizontal entre aeronaves son vulnerados. 
Estos mínimos son establecidos por normas de la OACI en el Doc 4444 (Procedimientos para la Navegación Aérea – Gestión del Tránsito Aéreo), también conocido como PANS-ATM, que han sido transpuestos a la normativa nacional en el Capítulo 5 del MANOPER ATM, para la separación de aeronaves en vuelo durante la provisión de Servicios de Tránsito Aéreo en la República Argentina.


Las pérdidas de separación en vuelo son precursores de eventos cuyo potencial de gravedad es considerable. La consecuencia potencial más severa de la pérdida de separación en vuelo es una colisión entre aeronaves. Una colisión entre aeronaves en vuelo es considerada como uno de los tipos de accidentes más serios dado que, casi inevitablemente, significa la pérdida de las aeronaves involucradas y todos sus pasajeros. Adicionalmente, una colisión en vuelo puede resultar en víctimas en tierra.

Al recibir un Resolution Advisory (RA) el piloto deberá alterar (o mantener) la velocidad vertical de la aeronave, como es indicada por el TCAS. Una vez detectado que el conflicto ha sido resuelto, el TCAS anunciará "“Clear of Conflict”". 

Si ambas aeronaves equipadas con TCAS, los RAs se coordinarán para garantizar que se emiten instrucciones en direcciones verticales opuestas, ascenso para una aeronave y descenso para la otra, por ejemplo.



Para ser plenamente eficaz como red de seguridad el TCAS no conoce el nivel de vuelo autorizado, ya sea de la aeronave en la que está instalado o en la otra aeronave detectada.

El TCAS predice el momento de la colisión basado en tiempo y las velocidades verticales de ascenso o descenso; no tiene en cuenta el sistema de gestión de vuelo o la configuración del piloto automático. Esa es una de las características que permite a los TCAS mitigar errores humanos y de los otros (técnicos).
Sin embargo, debido a TCAS no sabe las intenciones de las aeronaves, un RA puede ser emitido aún cuando las instrucciones del ATC sean las apropiadas y estén siendo correctamente seguidas por el piloto.

Ampliando un poco más,  el Airborne Collision Avoidance System (ACAS) interroga a otras aeronaves equipadas con transpondedor dentro de un alcance nominal de 14 NM, que puede reducirse en zonas geográficas con un gran número de interrogadores de tierra y/o de aeronaves dotadas de equipo ACAS. Se garantiza un alcance de vigilancia mínima de 4,5 NM para las aeronaves ACAS en vuelo.

Generalmente, los anuncios de tráfico (TA, Traffic Advisory) ocurren de 20 a 48 segundos antes del punto más cercano de aproximación (situación en la que la propia aeronave ACAS está a la mínima distancia del intruso), mientras que los anuncios de resolución (RA, Resolution Advisory) tienen lugar entre 15 y 35 segundos antes del punto más cercano de aproximación previsto. Ante un RA, la tripulación debe ejecutar una maniobra evasiva, que se practica durante los periodos de entrenamiento en simuladores de vuelo, siguiendo la guía proporcionada por el ACAS. Surge de lo antepuesto que el margen de tiempo que una tripulación dispone para gestionar un RA es limitado.

Hay dos características técnicas del equipo ACAS cuyo conocimiento es fundamental.
  • Primero, los avisos ACAS se basan más bien en el tiempo hasta el punto más cercano de aproximación que en la distancia entre aeronaves. El tiempo es breve y la separación vertical pequeña, o su proyección pequeña, antes de la emisión de un aviso. 
  • Segundo, es primordial tener en cuenta que las normas de separación sobre las cuales se basa la provisión de los servicios de tránsito aéreo difieren de los criterios técnicos sobre los cuales el ACAS emite alertas. Este último es un aspecto que puede no ser de conocimiento del personal operativo involucrado en la gestión de tránsito aéreo.

Analizado en retrospectiva, quizás no hubiera sido necesaria operacionalmente la activación de un RA. Pero una vez que una RA ha sido emitida, debe tener prioridad sobre cualquier instrucción del ATC. 
En tiempo real, el piloto no puede hacer una evaluación precisa sobre si el RA es, de hecho, operativamente necesario. Hay una larga lista de cosas que podrían haber salido mal y que dieran lugar a una pérdida de separación. No es el momento de hacer una evaluación, sino de responder al RA emitido con la maniobra indicada por el mismo. Entre los motivos se pueden encontrar desde una colación incorrecta no detectada por el controlador o la selección errónea de nivel autorizado.

Una vez que una RA ha sido emitida, no hay tiempo de buscar soluciones.  La RA debe ser respondida de inmediato.
El piloto también puede no saber lo que el otro avión involucrado en el conflicto va a hacer. ¿Va a estabilizarse según lo autorizado? ¿Fue correcta la instrucción dada por el controlador? Nadie sabe realmente cómo es la situación ni cómo se va a desarrollar.
El piloto no tiene más remedio que seguir el RA, que es dictado por las normas y el sentido común. Más tarde, con el beneficio del “diario del lunes”, se puede determinar si un RA fue operacionalmente correcto o solo una molestia.

Un ejemplo

Un avión en un vuelo horizontal y el otro en ascenso (o descenso) a su nivel libre 1,000 pies por debajo del anterior (o por encima), para este caso específico en ascenso.

La ilustración siguiente muestra un ejemplo de la vida real, sobre cómo se producen las RAs. Un B767 FL320 y un sentido opuesto A319 fue autorizado a FL310 (que fue reconocido correctamente por el equipo).


Muchos aviones hoy día pueden ascender o descender fácilmente varios miles de pies por minuto y los pilotos suelen mantener altas tasas de ascenso verticales hasta estar próximos a llegar al nivel autorizado.

En base a estos altos índices verticales los cálculos realizados por el TCAS pueden indicar una amenaza de colisión con  otra aeronave que este en las inmediaciones. En consecuencia, se generará un RA. 

En la imágen anterior, el Airbus tenía un regimen de ascenso de 3100 pies/min. A esta altura del umbral de tiempo para la AR generación es de 35 segundos. Con esta velocidad  vertical de 3.100 pies/min, en 35 segundos llegaría a estar a 1800 pies de su nivel final. Como resultado, el Airbus recibió una indicación de "Ajustar la velocidad vertical" RA 1800 pies antes de su nivel autorizado ya que el TCAS detectó una amenaza (el B767).

El piloto del Airbus siguió la RA, la reducción de la velocidad vertical de la aeronave a 2.000 ft / min, y recibió un mensaje de "clear conflict" antes de llegar a su nivel autorizado.

El Boeing no recibió un RA porque se utilizan parámetros más estrechos para la generación de RA en las aeronaves en vuelo nivelado.

Si la reducción de la velocidad vertical no fuera lo suficientemente rápida, la RA se habría fortalecido y se remitirán a las dos aeronaves los avisos. (por lo general "ascienda" y "Descenso", respectivamente).

Una vez que una RA ha sido emitido, debe tener prioridad sobre cualquier instrucción del ATC.

Muchas de las indicaciones "Ajustar la velocidad vertical" RA no causará que el avión salga de los parámetros de la autorización vigente emitida por el ATC  y, por lo tanto, los pilotos no tienen que informar sobre ellos.

Sin embargo, si se ha recibido un informe de RA, el controlador no debe de emitir instrucciones a la aeronave que notifica un RA hasta que el piloto informe "clear off conflict".

En algunos casos, después de "Ajustar la velocidad vertical" un RA se puede generar cuando el avión está a punto de alcanzar su nivel autorizado y seguir ascendiendo habría sido perfectamente seguro. Pero hay que recordar que el sistema “no conoce” el nivel autorizado por el control.

Disposiciones de la OACI (Vigentes desde 2008) recomiendan que los pilotos reduzcan su régimen de ascenco/descenso a 1500 ft / min en los últimos 1.000 metros. Esto debería contribuir a una reducción en el número de estos RA. Las características técnicas de los equipos ACAS han sido establecidas por la OACI y están minuciosamente detalladas en el Anexo 10, Volumen IV (Telecomunicaciones aeronáuticas). 

Los requerimientos de operación de los equipos ACAS, incluyendo la capacitación necesaria y los niveles de conocimientos sobre el equipo y su operación a demostrar por las tripulaciones de vuelo, también han sido establecidos por la OACI y están contenidos en el Doc 8168 (Procedimientos para la navegación aérea – Operación de aeronaves), también conocido como PANS-OPS.

Otro ejemplo

Un Fokker 100 volaba a FL310. La tripulación solicitó descenso y fue autorizado a FL290, 1000 pies por encima de un Boeing 737 en vuelo de crucero.
Sin embargo, la tripulación del Fokker hizo una entrada incorrecta en el piloto automático indicando FL210 como su nivel autorizado. 
El Fokker comenzó un lento descenso, llegando a FL288 la tripulación recibió un TCAS RA indicando ascenso. 
Al mismo tiempo, la tripulación del B737 recibió un RA indicando descender. Ambos equipos cumplieron con sus RA con prontitud y ambos aviones pasaron 1.100 pies de distancia con una separación horizontal debajo de 3 NM. 























Fuentes
  1. Memoria Anual 2012 - Programa Nacional de Notificación de Eventos y Deficiencias de Seguridad Operacional (PNSO)
  2. TCAS II and Level Bust - Hindsight 10 Winter 2010 - Eurocontrol
  3. Introduction TCAS II - Federal Aviation Administration (FAA) - 2011

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