ATN, Aeronautical Telecommunication Network (I)

En 1983 OACI crea un comité para el Future Air Navigation System (FANS) con el encargo de desarrollar los nuevos conceptos operativos relativos al ATM. En el primer informe (1988) el comité ya consideraba que el futuro de pasaba por la digitalización de los servicios CNS:

La Comunicación digital de datos (CPDLC), como alternativa o complemento de los sistemas de comunicación por voz  disponía, ya entonces (88) de tres canales: VHF, Satélite y Modo S.

1. A principio de los 90 con ACARS/AIRCOM se notificaban los fallos en los equipos embarcado a las estaciones de tierra vía VHF;
2. Boeing instala en el FMC de los 747 del pacifico sur un sistema de comunicación apoyado en la red de Inmarsat, entonces un proveedor de comunicaciones de seguridad marítima.
3. El ATC en Europa y Estados Unidos adopta el uso del ModoS que al igual que los otros canales requiere unidades de control especificas a bordo.

Desde el punto de vista del diseño de la aviónica y considerando la interoperabilidad como un valor se plantea la necesidad de un procesador de enlace de datos común, CDL (Common Data Link Processor) que reciba los datos de los tres canales dirijiéndolos a la aplicación adecuada y a la inversa recibe la información de las aplicaciones y decide mediante que canal se entrega a las estaciones en tierra.

En 1987 SISCAP había adoptado el modelo OSI-ISO, un patrón de estandarización para los sistemas telemáticos que Arinc pasa a utilizar en el desarrollo del protocolo ACARS. (Aircraft  Communication Adressing and Reporting System).
En el modelo OSI, el CDL se sitúa en la subcapa de red, nivel 3c, su función es transportar el trafico de datos entre dispositivos que pertenecen a diferentes redes (no están conectados localmente en el mismo dominio de difusión). Las tres unidades de control de los canales de enlace por datos se convierten en puntos de acceso a una red conmutada de paquetes de datos.

La existencia del segmento terrestre en esta infraestructura de comunicación implica que el paquete generado por el CDL una vez recibido en tierra por el sensor apropiado, debe ser convertido en paquetes de información OSI que puedan ser reconducidos a la red correspondiente.

De esta forma la comunicación aeronáutica se convierte en un una transferencia de datos, utilizando redes/subredes interconectadas (alguna de las cuales puede incluir un enlace aire-tierra), entre dos usuarios finales.  A bordo, el CDL hace entre otras las funciones de un router que enlaza las tres subredes aire-tierra con la red de aviónica.

La interconexión entre estas redes/subredes se produce a través de puertas de enlace que estructuran el ATN y se pierde el dialogo directo entre las unidades de control de los canales  y las aplicaciones embarcadas.

Continue Descent Operation (II)

Este concepto se basa en comunicar al FMS del avión todas las limitaciones conocidas por el servicio ATC de manera que los equipos de a bordo adapten la trayectoria óptima a dichas restricciones. La implantación del CDO sera realmente viable y eficiente cuando se generalice el uso del enlace de datos para el intercambio de información e instrucciones.

En las STAR que están publicadas actualmente ya existen restricciones de altitud y velocidad que el FMS podría ejecutar de forma automática , lo que ocurre normalmente es que estas restricciones medias no son validas para una gran mayoría de escenarios de trafico reales y por tanto son obviadas por los controladores y pilotos.

La idea de las llegadas adaptadas es crear una nueva para cada trafico adecuándola a una situación de futura de forma que se reduzca el numero de intervenciones y su intensidad por parte del Servicio de Control.

En la practica esto supone que las significativas restricciones de velocidad y maniobras actuales a corta distancia del campo (proximidades de los IAF,) deben sustituirse por ajustes menores de velocidad y maniobras que comienzan antes de TOD .

Para realizar esta adaptación son necesarios cambios importantes en los servicios de Control.

Es imprescindible la utilización de secuenciadores automáticos (AMAN) que apoyen la decisiones para resolver un problema de manera anticipada y no visualizado, asegurando además una estrecha coordinación con el resto de sectores alimentadores altos.

Existen diferentes sistemas de automatización en desarrollo y pruebas ATOP, EDA, ERAM, TAATS, OSYRIS

Estos sistemas calculan soluciones económicas que tienen en cuenta las situaciones de trafico, las limitaciones de las aeronaves, las restricciones normales de las STAR., requisitos en materia de horario, y ordenamiento de la secuencia (tráficos pesados y ligeros). Una vez averiguado la ruta y el perfil óptimo para cada avión esta autorización se emite flujo arriba mediante el enlace de datos.

Nueva organización de los sectores del TMA. La llegadas adaptada, o CDO (Continuos Descent Operation) supone adelantar las decisiones para la construcción de la secuencia de aproximación a momentos anteriores a los TOD. El equipo de ATC que construye actualmente la secuencia con los tráficos que tienen en frecuencia debería abandonar esta practica, limitándose a ejecutar una secuencia construida por los sectores anteriores.

En los sectores alimentadores bajos y de aproximación serán necesarias herramientas de vigilancia, nuevos HMI, que permitan comprobar que la secuencia se construye y evoluciona según lo previsto, y que permitan actuar con tiempo cuando sea necesarias correcciones. Las velocidades de maniobra pueden ser muy superiores a las que se consiguen en la actualidad y ni la previsibilidad ni el conocimiento de la situación debe perderse ni por parte del piloto ni por la del controlador.

AENA de momento, además de su campaña publicitaria, se ha limitado a publicar en AIP que los pilotos podrán solicitar una maniobra de descenso continuado en horarios nocturnos y siempre que el trafico lo permita se podrá autorizar. Esto no supone ningún avance con respecto a lo que venia ocurriendo pues en los horarios nocturnos las autorizaciones que se emiten desde el ATC apenas contienen ya restricciones, por lo que los ahorros que se describen en estas noticias son difícilmente reales o bien teóricos.

Continue Descent Operation (I)

Recientemente AENA ha emitido notas de prensa en relación con la implantación de unos nuevos procedimientos,“verdes”, con el objeto de reducir emisiones y ruidos. El concepto de llegadas adaptadas o a medida “tailored arrivals” surge a principios del año 2004 cuando Boeing, Airservices Australia, Qantas Airways y Air Traffic Alliance (Airbus y Thales) deciden trabajar juntos para mejorar la forma en que se gestionan la dos ultimas fases del vuelo descenso y aproximación. La persona de referencia es Rob Mead ingeniero de Boeing y el concepto operativo desarrollado por OACI recibe el nombre de CDO.

Eurocontrol define las aproximaciones en descenso continuado (CDA) como:

"..es una técnica de operación de la aeronave en la cual la aeronave que llega desciende desde una posición óptima con empuje mínimo, evitando vuelo nivelado, en la medida en que la operación segura lo permita y de acuerdo con los procedimientos publicados y las instrucciones del ATC"

Actualmente.

Las llegadas de las aviones se ajustan a unas trayectorias (horizontales y verticales) predefinidas llamadas STAR. El conjunto de SID (trayectorias de salida) y STAR estructuran el sistema TMA debiendo estar diseñado el conjunto como una solución óptima en condiciones medias.

La realidad introduce modificaciones en las condiciones de funcionamiento del sistema TMA

• Condiciones de vuelo y tipo de avo
• Mezcla de trafico
• Densidades de los diferentes flujos a integrar
• Campo de viento
• Fenómenos meteo: CB
• Programación del Aeropuerto
• Pistas en servicio

y el Servicio de Control corrige las trayectorias publicadas con modificaciones de rumbo, velocidad y altura al objeto de conseguir una secuencia óptima, basada en un mínimo tiempo de vuelo y máximo aprovechamiento de la pista de arribadas.

En el caso de Barcelona y Madrid Control ordena los flujos en dos secuencias que luego se integran en una única para atender una o dos pistas de arribada.

Para construir la secuencia de arribada, Control modifica las STAR siempre con posterioridad al TOD (Top of descent). En escenarios con trafico esto supone alejar al avión de su trayectoria óptima calculada por el sistema de gestión de vuelo, para los condiciones conocidas.

En España el equipo ATC que atiende el TMA coordina, de forma oral, la construcción la secuencia, en los últimos minutos (5-8min) antes de iniciarse la fase de aproximación. La emisión de instrucciones y la forma en que estas se traducen en el escenario real reflejado por las pantallas de control supone un encadenamiento constante del ciclo:

A lo largo de la iteración se van produciendo sucesivas modificaciones de la secuencia. Esta forma de trabajo se aleja de lo que seria óptimo en términos de previsibilidad lo que se traduce en un aumento de la carga de trabajo de los controladores que ven como el escenario que analizan va cambiando constantemente según la forma de reacción de las tripulaciones y los aviones que manejan.

En términos prácticos bajo una demanda continua y desordenada (real) el sistema de alimentación termina por saturarse siendo necesario recurrir a los circuitos de espera que funcionan como buffer de alimentación de la última fase del vuelo la aproximación (Londres TMA) , o bien a soluciones de circuitos extendidos, aeropuerto de Frankfurt.

LLegadas adaptadas II

En el numero 4 (2006) de la revista de OACI he encontrado un articulo de Rob Mead (ingeniero de comunicaciones aeroterrestres de Boeing) donde se explica este concepto ATM.

En la actualidad las llegadas se ajustan inicialmente a una trayectorias predefinidas STAR pero estas trayectorias son modificadas en rumbo, velocidad y altura (niveles y altitud) por el control aereo para separar y ordenar los aviones según una secuencia que se va construyendo en el corto plazo

Estas modificaciones se aplican en siempre con posterioridad a la llegada del avión a su punto de comienzo del descenso TOD (Top of descent) y en escenarios con trafico alejan al avión de su trayectoria optima calculada por el sistema de gestión de vuelo antes de iniciar el descenso.

La consecuencia inmediata es el aumento del consumo de combustible y del nivel de ruido ambos agresores del medio ambiente.

Ademas la expedición de instrucciones cuando el avión se encuentra ya dentro del era terminal significa que el manejo de las aeronaves se alejan de lo que seria optimo en términos de previsibilidad lo que aumenta la carga de trabajo de los controladores que ven como el escenario que manejan va cambiando constantemente según la forma de reacción de las tripulaciones y los aviones que manejan.

Las llegadas adaptadas consistirían en instrucciones emitidas flujo arriba antes de la llegada de la aeronave al TOD, Rob Mead afirma en su articulo que se que una instrucción ,por enlace de datos, antes de ese punto podría equivaler a unos quince intercambios orales dentro del TMA. Si esto fuera cierto las llegadas adaptadas supondrían una reducción drástica de la congestión de las frecuencias orales en cualquier aeropuerto importante.

Este concepto ATM se basa en comunicar al FMS del avión todas las limitaciones conocidas por el servicio ATC de manera que los equipos de a bordo adapten la trayectoria optima a dichas restricciones.

Un ejemplo muy sencillo y que se utiliza a diario es la transmisión de una restricción de nivel en un fijo concreto, la tripulación introduce la restricción y el avión la ejecuta de forma automática iniciando el descenso cuando lo considera oportuno.

En las STAR que están publicadas actualmente ya existen restricciones de altitud y velocidad que el FMS podría ejecutar de forma automática , lo que ocurre normalmente es que estas restricciones estandard no son validas para el escenario de trafico concreto y por tanto son obviadas por los operadores humanos.

La idea de estas llegadas adaptadas es modificar la llegada de cada trafico adecuándola a una situación del trafico previsto en el TMA. Esta estrategia debería reducir el numero de intervenciones por parte del servicio de control para solucionar el problema de la separación y la secuencia.

La generación de la autorización la debe realizar un sistema automático en tierra, pues la búsqueda de una solución a un problema que todavía no se visualiza escapa obviamente a la capacidad del operador ATC. Existen diferentes sistemas de automatización en desarrollo y pruebas.

Estos sistemas calculan soluciones económicas que tienen en cuenta las situaciones de trafico, las limitaciones de las aeronaves, las restricciones normales de las STAR., requisitos en materia de horario, y ordenamiento de la secuencia (tráficos pesados y ligeros). Una vez averiguado la ruta y el perfil optimo para cada avión esta autorización se emite flujo arriba mediante el enlace de datos.

Las pruebas que se están efectuando actualmente se hacen con aeronaves equipadas según el sistema FANS-1/A (Future Air Navegation System).

Articulos relacionados

En Boeing

LLegadas adaptadas.

La llegadas "adaptadas" o "de medida" son un concepto de ATM que surge en el año 2004 a partir de un grupo de trabajo constituido por Boeing, Air Services Australia, Qantas Airways y Air traffic Alliance . Actualmente existen tres proyectos coordinados a nivel mundial que exploran esta posibilidad y Boeing esta presente en los tres proyectos.

Proyecto Australiano
Segun se recoge en el numero 19 (may 2007) de Jane´s Airport Review Airways New Zealand prepara nuevos ensayos de maniobras de "llegadas adaptada" . El proyecto se llama "Optimum Arrival Trial" y su objetivo es medir el ahorro potencial de combustible y la reduccion de emisiones de c02 durante la aproximacion al Aeropuerto de Auckland.
Las pruebas se efecutaran Utilizando un B74 de Quantas que ejecutara la maniobra completa de aproximacion segun unas velocidades y unos perfiles de vuelo previamente acordados, con las turbinas ajustadas al ralenti y sin intervencion del control aereo. En el año 2004 tuvo lugar la Fase 1 de este proyecto australiano (70 vuelos) en las aproximaciones a Melbourne y Sydney, en aquella ocasion B74 y A33 recibieron instrucciones electronicas (DataLink, CPDLC) para efectuar descensos optimos y sin instalar equipos nuevos a bordo. La precision en la hora de llegada fue de 30 seg sobre la hora prevista 40 minutos antes.

Proyecto Europeo
Durante el invierno del 2006 se hicieron ensayos el aeropuerto de Schiphol colaborarando LVNL, KLM, Boeing y el centro de control de aerea de Maastricht que se denomino "Continous descent arrival". Estuvieron implicados mas de 190 vuelos cada noches entre las 2300 y las 0500. Durante estos ensayos no se utilizo el enlace de datos (CPDL). El ATC transmitia autorizacines predefinidas para la llegada desde el nivle de crucero a la pista en servicio. El objetivo de estos ensayos era identificar los datos claves a compartir entre compañias, ansp, y aeronaves que pudiesen mejorar las previsones de hora de llegada y salida.

Estas ideas continuan desarrollandose en Holanda dentro de la KDC, una fundacion que incluye a KLM Royal Dutch Airlines, Amsterdam Airport Schiphol (AAS) y el ANSP de los Paises Bajos(LVNL), y que ha firmado un acuerdo de trabajo con Boeing para valorar nuevas ideas en el ATM que permitan absorber el crecimiento de trafico.
La idea general de todos estos proyectos es organizar el trafico corriente arriba de manera que con pequeñas variaciones de velocidad y ruta sea posible ordenar el flujo de arribadas de la manera mas economica posible.