jueves, 13 de febrero de 2014

Navegación 4D - a lo que apunta el mundo civilizado.

Durante una navegación aérea el procesamiento de información es necesario para conocer la posición de la aeronave en cada momento y ello implica poseer, (de alguna manera), la información necesaria para aplicarle los procedimientos y algoritmos adecuados obteniendo dicha posición. 
La manera en que se obtenga la información requerida determinará el tipo de navegación que está siendo utilizada. Si bien durante mucho tiempo el término navegación estuvo asociado esencialmente a barcos, el desarrollo de la aviación le agregó una nueva dimensión: Además de la posición horizontal (latitud y longitud), se necesita también la altitud de la aeronave para evadir cualquier obstáculo potencialmente peligroso: Hablamos entonces de navegación 3D.

Latitud – longitud – altura

Finalmente, el gran congestionamiento del espacio aéreo en muchas partes del mundo hace necesario agregar otra variable más a las tres que se tenían: El tiempo

4D = Latitud – longitud – altura - tiempo

El tener disponible un sistema de navegación que permita mantener sincronizadas las operaciones de las aeronaves facilita la introducción de más aeronaves en el mismo sector del espacio aéreo sin comprometer la seguridad. Esta es la navegación 4D, y está siendo desarrollada actualmente.

El papel actual del concepto ATM (Air Transport Management) dentro del transporte aéreo es ofrecer servicios de navegación aérea directamente a los usuarios del espacio aéreo en la forma de rutas y servicios aeroportuarios a través de los proveedores de servicio de navegación aérea (Air Navigation Service Provider - ANSP). Esto se consigue gracias al conjunto de personas, procedimientos y sistemas de ingeniería localizados principalmente en los centros de enrutamiento ATC y en los aeropuertos. En estos lugares los sistemas de procesamiento de datos se conectan a las comunicaciones terrestres, navegación y vigilancia (CNS) mediante las infraestructuras de comunicación que proporcionan servicios de información y soporte compatibles con los sistemas correspondientes a bordo de la aeronave.

El problema a resolver consiste en encontrar la trayectoria óptima entre un aeropuerto origen y uno destino, minimizando el consumo.
El concepto de aerovía fija, tal como se navega hoy día, va quedando atrás y el futuro será con rutas libres y/o directas. No habrá más aerovías, sino vuelo por trayectoria.

La trayectoria 4D de una aeronave consta de las tres dimensiones espaciales más el tiempo como una cuarta dimensión. Esto significa que cualquier retraso es, de hecho, una distorsión de la trayectoria tanto como un cambio de nivel o un cambio de la posición horizontal. 

Su objetivo es garantizar el vuelo prácticamente sin restricciones, la trayectoria óptima, diferente de hoy en que la aeronave está siendo obligada a cumplir con mucha precisión un tiempo de llegada a un punto designado. El avance más significativo del sistema de control consiste en su capacidad de predicción de las trayectorias de las aeronaves bajo control mediante una tecnología de cuatro dimensiones (4D).

Según explican fuentes de la DFS alemana, la incorporación de este sistema electrónico de última generación deja "obsoleto" el sistema de "fichas de papel que indican el progreso del vuelo" (fajas de progreso de vuelo) que hoy se utilizan en la totalidad de centros de control en todo el mundo.

La plataforma que se ha implantado en Karlsruhe "representa un cambio de paradigma para el procesamiento de los datos de vuelo y para el propio trabajo del controlador". El nuevo sistema "proporciona datos en cuatro dimensiones de la ruta de vuelo planificada de todos aquellos vuelos que resulten relevantes para el control aéreo".

Esta forma de presentar las trayectorias de los aviones "ayuda a los controladores aéreos a anticipar y resolver posibles conflictos entre rutas de aeronaves en una fase temprana". Aporta también la ventaja de una mayor precisión en la planificación de los vuelos, "lo que resulta en una mayor puntualidad y reduce las situaciones en las que se debe alterar una ruta"

Las aerovías dejan paso a las rutas libres o directas


En el centro de control Karlsruhe trabajan unos 350 controladores y este presta servicio de navegación en el espacio aéreo superior a casi todo el territorio germano, incluidos los aeropuertos de Fráncfort y Múnich. Se encuentra entre las instalaciones más importantes de su tipo en la UE, junto a Maastricht, París, Londres y Torrejón de Ardoz, cerca del aeropuerto de Madrid-Barajas.

La experiencia de Karlsruhe supone la primera vez que un país europeo deja atrás el viejo concepto de las aerovías fijas y se incorpora al universo de la navegación de cuatro dimensiones (4D) con rutas libres o directas. El desarrollo del proyecto necesitó de una inversión de 30 millones de Euros, (esta es una de las razones por las cuales, aquí, estamos tan lejos de todo avance.) El novedoso concepto de navegación por trayectoria es la piedra angular del plan por el que la UE quiere implantar el cielo único. ¿Se imaginan la posibilidad de un cielo único entre Chile, Argentina, Uruguay y Brasil?

Con anterioridad, en 2008, Indra fue contratada por Eurocontrol, el organismo de la UE que coordina los servicios de navegación aérea europeo, para adaptar a los nuevos conceptos su centro medular de control en la localidad holandesa de Maastricht, desde donde dirige los vuelos en toda Europa. El sistema Vaforit ha sido desarrollado por Indra con los parámetros del estándar comunitario interoperable de navegación aérea por trayectoria, SESAR.

Beneficios de Operaciones de trayectoria 4D

  • Mejora de las operaciones de tráfico aéreo mediante el aumento de la previsibilidad general de tráfico;
  • Operaciones óptimas para las compañías aéreas (aviones utilizando rutas preferidas y niveles);
  • Mejor servicio prestado (por tierra-tierra y aire-tierra interoperabilidad) - menos distorsiones de trayectoria;
  • Reducción de costes (por ejemplo combustible y / o de tiempo);
  • Reducción de las emisiones;
  • Aumento de las capacidades (en ruta y de aeropuerto) - Los controladores podrán manejar con seguridad más tráfico;
  • Más fácil manejo del tráfico por parte de los controladores (menos conflictos, la información llega con mucha antelación);

La futura red ATM se basará en trayectorias 4D

– Las trayectorias resultantes de la planificación conjunta reflejan las intenciones de los usuarios del sistema
– Una vez acordadas, la aeronave vuela trayectorias FMS negociadas y actualizadas en tiempo real.

• El sistema se basa en la gestión sistémica de la información y la toma de decisiones en forma cooperativa, lo cual significa que:
– Todos los protagonistas tienen acceso a toda la información pertinente.
– Las decisiones se basan en una conciencia situacional común.
– La CDM familiariza a los aeropuertos y usuarios del espacio aéreo con el proceso decisorio ATM.

• La incertidumbre en la predicción de trayectorias terrestres ATC se reduce gracias a:
– Información derivada de la aeronave ó trayectorias 4D obtenidas por AOC o por los sistemas de a bordo
– La red ATM hará pleno uso de las capacidades ATM de las aeronaves modernas

Gestión de trayectorias

– Una trayectoria 4D acordada para cada vuelo – lo más próxima posible a la trayectoria preferida del usuario, que puede incluir ascenso en crucero – las estructuras de rutas sólo son desplegadas cuando/donde son esenciales por motivos de capacidad.
– Autorizada por los controladores que utilizan nuevos modos de separación o ejecutada por la tripulación de vuelo utilizando modos de separación de a bordo
– Ejecutada con una precisión acordada.
– Revisiones de trayectoria con respecto al concepto de propiedad.
– Las trayectorias 4D son el principal lenguaje para el uso compartido de la información.

Las pruebas en 2012

El 10 de febrero de 2012, el avión de pruebas Airbus A320 voló desde Toulouse a Estocolmo utilizando por primera vez un perfil de vuelo I-4D .

A lo largo del vuelo del avión de pruebas Airbus A320, la información sobre la trayectoria que contiene las posiciones actuales y las previstas se intercambió con los proveedores de servicios de navegación aérea y aeropuertos afectados. Esta evolución se conoce como el concepto trayectoria 4-dimensional, o 4D, es decir, una trayectoria de tres dimensiones más el tiempo. 

Saliendo de Toulouse, el avión de pruebas voló a través del espacio aéreo correspondiente a Eurocontrol Maastricht Upper Area Control Centre (MUAC), donde los sistemas de vuelo y de tierra acordaron una restricción de tiempo fijada en un punto cercano al aeropuerto de Copenhague. El vuelo continuó a través del espacio aéreo danés para llevar a cabo ese descenso optimizado a Copenhague. Después de alcanzar el primer punto de referencia, el avión ascendió a nivel de crucero desde el que negoció una segunda restricción temporal en un punto cercano al aeropuerto Arlanda de Estocolmo. El vuelo entró entonces en el espacio aéreo sueco de forma totalmente optimizada, para alcanzar el segundo punto de referencia y aterrizar en Arlanda. 

El experimento verificó exitosamente el intercambio automatizado de datos 4D entre el sistema de gestión de vuelo (Flight Management System, FMS) de la aeronave y los sistemas de tierra, a través de enlace de datos. Asimismo, logró el objetivo de validar cómo la información se presenta al controlador y el piloto, así como el impacto en sus operaciones.

Este video fue realizado en el año 2012 cuando se realizó el primer vuelo I-4D



Fuentes:
  • Desarrollo de una aplicaci ón de soporte al c álculo de trayectorias optimas 4D de aviones comerciales, Autor: Miguel Angel Maldonado Agramonte -  Universidad Rey Juan Carlos
  • 4D Trajectory Concept, Eurocontrol
  • A COMPARISON OF 4D-TRAJECTORY OPERATIONS ENVISIONED FOR NEXTGEN AND SESAR, SOME PRELIMINARY FINDINGS, Eurocontrol (2012)
  • Sistema Mundial de Navegación Aérea Navegación Basada en la Performance Tecnologías Emergentes, Autor Jim Nagle, Jefe CNS/AIRS, OACI
  • Tendencias 21, Navegación aérea, Martes, 14 de Febrero 2012 Artículo de Carlos Gómez Abajo


1 comentario:

  1. Escribo como CTA formado en el siglo pasado. Creo que los que se dediquen a este clase de control van a precisar adquirir habilidades más saberes, pues se van a mover con una multiplicidad de variables, como las intuiciones de espacio y tiempo, para tener percepción 1:1 sobre los desarrollos de los vuelos. Van a precisar de la filosofía para cubrir este tipo de conocimiento.

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