Futuro sistema de navegación aérea - Future Air Navigation System
El sistema de navegación aérea del futuro ( FANS ) es un sistema de aviónica que proporciona comunicación de enlace de datos directo entre el piloto y el controlador de tráfico aéreo . Las comunicaciones incluyen autorizaciones de control de tráfico aéreo, solicitudes de pilotos e informes de posición. En el avión de la familia Airbus A320 equipado con FANS-B , una Unidad de Servicios de Tráfico Aéreo (ATSU) y una radio VHF Data Link (VDR3) en el bastidor de aviónica y dos unidades de control y visualización de enlace de datos (DCDU) en la cabina permiten a la tripulación de vuelo para leer y responder los mensajes de comunicaciones de enlace de datos controlador-piloto (CPDLC) recibidos desde tierra.
Descripción general de FANS
El sistema de control del tráfico aéreo del mundo todavía utiliza componentes definidos en la década de 1940 después de la reunión de 1944 en Chicago que lanzó la creación de la Organización de Aviación Civil Internacional (OACI). Este sistema ATC tradicional utiliza sistemas de radio analógicos para comunicaciones, navegación y vigilancia (CNS) de aeronaves .
La capacidad del control del tráfico aéreo para monitorear aviones estaba siendo rápidamente superada por el crecimiento del vuelo como modo de viaje. En un esfuerzo por mejorar las comunicaciones de la aviación, la navegación, la vigilancia y la gestión del tráfico aéreo , se crearon las normas de la OACI para un sistema futuro, este sistema integrado se conoce como el Sistema de navegación aérea del futuro (FANS) y permite a los controladores desempeñar un papel de seguimiento más pasivo a través de el uso de una mayor automatización y navegación por satélite.
En 1983, la OACI estableció el comité especial sobre el futuro sistema de navegación aérea (FANS), encargado de desarrollar los conceptos operacionales para el futuro de la gestión del tránsito aéreo (ATM). El informe FANS se publicó en 1988 y sentó las bases para la futura estrategia de la industria para ATM a través del CNS digital utilizando satélites y enlaces de datos. Luego se comenzó a trabajar en el desarrollo de los estándares técnicos necesarios para realizar el concepto FANS.
A principios de la década de 1990, Boeing Company anunció un producto FANS de primera generación conocido como FANS-1. Esto se basó en el trabajo técnico inicial de la OACI para la vigilancia dependiente automática (ADS) y las comunicaciones por enlace de datos controlador-piloto (CPDLC) , y se implementó como un paquete de software en la computadora de gestión de vuelo del Boeing 747-400 . Utilizaba las comunicaciones ACARS basadas en satélites existentes (servicio Inmarsat Data-2) y estaba destinado a operaciones en la región del Pacífico Sur oceánico. El despliegue de FANS-1 se justificó originalmente mejorando la elección de ruta y reduciendo así el consumo de combustible.
Posteriormente, Airbus desarrolló un producto similar (FANS-A) para el A340 y el A330 . Boeing también amplió la gama de aviones admitidos para incluir los Boeing 777 y 767 . Juntos, los dos productos se conocen colectivamente como FANS-1 / A . Los principales estándares de la industria que describen el funcionamiento de los productos FANS-1 / A son ARINC 622 y EUROCAE ED-100 / RTCA DO-258. Tanto el nuevo Airbus A380 como el Boeing 787 tienen capacidad FANS-1 / A.
Los servicios ATC ahora se brindan a aeronaves equipadas con FANS 1 / A en otros espacios aéreos oceánicos, como el Atlántico norte. Sin embargo, aunque muchas de las deficiencias conocidas de FANS-1 / A con respecto a su uso en el espacio aéreo de alta densidad se abordaron en versiones posteriores del producto (FANS-1 / A +), nunca se ha adoptado por completo para su uso en el espacio aéreo continental. El trabajo de la OACI continuó después de que se anunció FANS-1, y continuó desarrollando los conceptos CNS / ATM. El estándar de la OACI para CPDLC que utiliza la Red de telecomunicaciones aeronáuticas (ATN) es el preferido para el espacio aéreo continental y actualmente la Agencia EUROCONTROL lo está implementando en el espacio aéreo europeo central en el marco del Programa LINK2000 +. El transporte obligatorio del sistema conforme a la OACI es ahora objeto de una regla de implementación (para aeronaves que vuelan por encima de FL280) emitida por la Comisión Europea . Esta regla acomoda el uso de FANS-1 / A por aviones de largo recorrido. Todos los demás usuarios del espacio aéreo deben cumplir con las normas de la OACI.
Varios proveedores ofrecen productos compatibles con ICAO ATN / CPDLC. El producto compatible con Airbus ICAO para la familia A320 se conoce como FANS-B. Rockwell Collins , Honeywell y Spectralux proporcionan productos compatibles con la OACI para aviones Boeing, como los Boeing 737 y 767 , y el Boeing 787 también admitirá comunicaciones compatibles con la OACI ATN / CPDLC. Las principales normas que describen el funcionamiento de los productos que cumplen con la OACI son el Manual técnico de la OACI, los Documentos de la OACI 9705 y 9896, Eurocae ED-110B / RTCA DO-280B y Eurocae ED-120 / RTCA DO-290.
Antecedentes
Las aeronaves se operan utilizando dos métodos principales; control positivo y control procedimental.
El control positivo se utiliza en áreas que tienen radar y, por lo tanto, se denomina comúnmente control de radar . El controlador "ve" los aviones en el área de control y utiliza la voz VHF para proporcionar instrucciones a las tripulaciones de vuelo para asegurar la separación. Debido a que la posición de la aeronave se actualiza con frecuencia y el contacto de voz VHF es oportuno, los estándares de separación (la distancia por la cual una aeronave debe estar separada de otra) son menores. Esto se debe a que el controlador de tránsito aéreo puede reconocer problemas y emitir instrucciones correctivas a varios aviones de manera oportuna. Los estándares de separación son los que determinan el número de aviones que pueden ocupar un cierto volumen de espacio aéreo.
El control procedimental se utiliza en áreas (oceánicas o terrestres) que no tienen radar. El concepto FANS se desarrolló para mejorar la seguridad y la eficiencia de los aviones que operan bajo control de procedimientos. Este método utiliza procedimientos basados en el tiempo para mantener las aeronaves separadas. El estándar de separación está determinado por la precisión de las posiciones informadas, la frecuencia de los informes de posición y la puntualidad de la comunicación con respecto a la intervención. La separación de procedimientos no FANS utiliza sistemas de navegación inercial para la posición, informes de voz de la tripulación de vuelo sobre la posición (y la hora del siguiente punto de referencia) y radio de alta frecuencia para la comunicación. Los sistemas INS tienen errores introducidos por la deriva después de la alineación inicial. Este error puede acercarse a 10 nmi (19 km).
La comunicación por radio HF implica ponerse en contacto con un operador de HF que luego transcribe el mensaje y lo envía al proveedor de servicios ATC correspondiente. Las respuestas del proveedor de servicios ATC van al operador de radio HF que contacta con el avión. La calidad de voz de la conexión suele ser deficiente, lo que genera mensajes repetidos. El operador de radio HF también puede estar saturado de solicitudes de comunicación. Esto conduce a procedimientos que mantienen a los aviones separados hasta 100 millas náuticas (190 km) lateralmente, 10 minutos en la pista y 4.000 pies (1.200 m) de altitud. Estos procedimientos reducen el número de aviones que pueden operar en un espacio aéreo determinado. Si la demanda del mercado empuja a las aerolíneas a operar al mismo tiempo en una ruta determinada, esto puede provocar congestión del espacio aéreo, que se maneja retrasando las salidas o separando los aviones por altitud. Esto último puede conducir a un funcionamiento muy ineficiente debido a tiempos de vuelo más largos y mayor consumo de combustible.
ATC usando FANS
El concepto FANS implica mejoras en la comunicación, navegación y vigilancia (CNS).
Mejoras en la comunicación
Esto implicó una transición de las comunicaciones de voz a las comunicaciones digitales. Específicamente se utilizó ACARS como medio de comunicación. Esto permitió otras mejoras de la aplicación. Se alojó una aplicación en el avión conocida como comunicaciones de enlace de datos controlador-piloto (CPDLC). Esto permite a la tripulación de vuelo seleccionar de un menú de comunicaciones ATC estándar , enviar el mensaje y recibir una respuesta. Existe una aplicación de pares en tierra para el controlador de tráfico aéreo. Pueden seleccionar de un conjunto de mensajes y enviar comunicaciones al avión. La tripulación de vuelo responderá con un WILCO, STANDBY o REJECT. El estándar actual para la entrega de mensajes es de menos de 60 segundos por trayecto.
Esto implica una transición de la navegación inercial a la navegación por satélite utilizando los satélites GPS. Esto también introdujo el concepto de rendimiento de navegación real (ANP). Anteriormente, se notificaba a las tripulaciones de vuelo del sistema que se estaba utilizando para calcular la posición (radios o sistemas inerciales solos). Debido a la naturaleza determinista de los satélites GPS (geometría de la constelación), los sistemas de navegación pueden calcular el error del peor de los casos basándose en el número de satélites sintonizados y la geometría de esos satélites. (Nota: también puede caracterizar los posibles errores en otros modos de navegación). Por lo tanto, la mejora no solo proporciona al avión una posición mucho más precisa, sino que también proporciona una alerta a la tripulación de vuelo en caso de que el rendimiento de navegación real no satisfaga el rendimiento de navegación requerido (RNP).
Mejoras en la vigilancia
Esto implica la transición de los informes de voz (basados en la posición inercial) a los informes digitales automáticos. La aplicación se conoce como ADS-C (vigilancia dependiente automática, contrato). En este sistema, un controlador de tráfico aéreo puede establecer un "contrato" (acuerdo de software) con el sistema de navegación del avión, para enviar automáticamente un informe de posición sobre una base periódica específica, por ejemplo, cada 5 minutos. El controlador también puede configurar un contrato de desviación, que enviaría automáticamente un informe de posición si se excediera una determinada desviación lateral. Estos contratos se establecen entre ATC y los sistemas de la aeronave, por lo que la tripulación de vuelo no tiene carga de trabajo asociada con la configuración.
Control de procedimiento FANS
Las mejoras a CNS permiten nuevos procedimientos que reducen los estándares de separación para el espacio aéreo controlado por FANS. En el Pacífico Sur, apuntan a 30/30 (esto es 30 nmi (56 km) lateral y 30 nmi (56 km) en camino). Esto marca una gran diferencia en la capacidad del espacio aéreo.
Historia
OACI
La Organización de Aviación Civil Internacional (OACI) desarrolló por primera vez los conceptos de alto nivel a partir de la creación del Comité Especial sobre Futuros Sistemas de Navegación Aérea en 1983. El informe final se publicó en 1991 con un plan publicado en 1993.
Ensayos de ingeniería del Pacífico
FANS, tal como lo conocemos hoy, tuvo su inicio en 1991 con los Pacific Engineering Trials (PET). Durante estas pruebas, los aviones instalaron aplicaciones en sus unidades ACARS que reportarían posiciones automáticamente. Estos ensayos demostraron los beneficios potenciales para las aerolíneas y los administradores del espacio aéreo.
Implementación
United Airlines , Cathay Pacific , Qantas y Air New Zealand se acercaron a Boeing Company en 1993 y solicitaron que Boeing apoyara el desarrollo de una capacidad FANS para el avión 747-400. Boeing trabajó con las aerolíneas para desarrollar un estándar que controlaría la interfaz entre los aviones con capacidad FANS y los proveedores de servicios de tráfico aéreo. El desarrollo de los sistemas de aeronaves con capacidad FANS se llevó a cabo simultáneamente con las mejoras del sistema de tierra ATC necesarias para que funcionara. Estas mejoras fueron certificadas (utilizando un avión QANTAS) el 20 de junio de 1995.
Tanto Boeing como Airbus continúan desarrollando sus implementaciones de FANS, Boeing en FANS-2 y Airbus en FANS-B. Mientras tanto, Airbus presentó algunas mejoras en FANS-A, ahora denominado FANS-A +. Varios sistemas de tierra se han construido, principalmente por ATC organizaciones, interoperar con FANS-1 / A .
Equipo de interoperabilidad de FANS
El equipo de interoperabilidad de FANS (FIT) se inició en el Pacífico Sur en 1998. El propósito de este equipo es monitorear el desempeño del sistema de extremo a extremo, identificar problemas, asignar problemas y asegurar que se resuelvan. Los miembros incluyen fabricantes de fuselajes, proveedores de aviónica, proveedores de servicios de comunicación y proveedores de servicios de navegación aérea. Desde entonces, otras regiones han iniciado grupos FIT.
Proveedores de servicio
Los clientes que operan aeronaves necesitan conectar sus aeronaves con capacidad FANS 1 / A tanto a la ATN (Red de telecomunicaciones aeronáuticas) como a la red de satélites Iridium y / o Inmarsat . Los operadores de aeronaves comerciales generalmente conectan su flota de largo recorrido y tienen personal dedicado para monitorear y mantener el enlace terrestre y satelital, mientras que los operadores de aeronaves comerciales y militares se comunican con compañías como AirSatOne para poner en servicio el sistema por primera vez, realizar pruebas de funcionalidad y proporcionar servicios continuos. apoyo. AirSatOne proporciona servicios avanzados FANS 1 / A a través de su cartera de productos Flight Deck Connect. Flight Deck Connect incluye una conexión a los satélites Iridium y / o Inmarsat para FANS 1 / A (a través de Datalink ) y Safety Voice Services, junto con servicios auxiliares ( AFIS / ACARS) como información meteorológica, estado del motor / fuselaje e informes de fallas. .
Aprobación operativa
Algunos de los proveedores de servicios más avanzados, como AirSatOne y ARINC, ofrecen servicios de prueba FANS 1 / A. Cuando una aeronave está equipada con equipo FANS 1 / A, ya sea mediante el Certificado de tipo o el proceso STC, el equipo debe demostrar que cumple con AC 20-140B para su aprobación operativa. Como ejemplo, AirSatOne ofrece pruebas a través del satélite y la red ATN para admitir la funcionalidad FANS 1 / A de acuerdo con RTCA DO-258A / ED-100A y proporciona informes de prueba para cumplir con los requisitos de RTCA DO-258A / ED-100A, RTCA DO -306 / ED-122 y Circular de asesoramiento de la FAA AC 20-140B. AirSatOne también proporciona la primera puesta en servicio del sistema en cada aeronave, pruebas de resolución de problemas y controles de mantenimiento previos al vuelo para probar la funcionalidad de FANS 1 / A ya sea mensualmente o antes del vuelo en el entorno de FANS.
Hitos
El 20 de junio de 1995, un Qantas B747-400 (VH-OJQ) se convirtió en el primer avión en certificar el paquete Rolls-Royce FANS-1 mediante certificación de tipo remoto (RTC) en Sydney, Australia. Fue seguido por el primer vuelo comercial de Sydney a Los Ángeles el 21 de junio. Posteriormente, Air New Zealand certificó el paquete General Electric FANS-1 y United Airlines certificó el paquete Pratt & Whitney FANS-1.
El 24 de mayo de 2004, un Boeing Business Jet completó el primer vuelo del Atlántico Norte en un avión comercial equipado con FANS. El avión aterrizó en la Convención y Exposición Europea de Aviación Comercial (EBACE) en Ginebra, Suiza. El vuelo sin escalas de ocho horas y 4,000 millas náuticas (7,400 km) que se originó en el Aeropuerto Internacional Gary / Chicago en Gary, Indiana, fue parte de una prueba de tráfico del Atlántico Norte realizada por la Agencia Central de Monitoreo FANS (FCMA).
En agosto de 2010, Aegean Airlines se convirtió en la primera aerolínea en comprometerse a actualizar su flota de Airbus A320 con un sistema de modernización FANS-B + ofrecido por Airbus .
Ver también
- Comunicaciones de enlace de datos controlador-piloto
- VENTILADORES-1 / A
- Sistema de notificación y direccionamiento de comunicaciones de aeronaves (ACARS)
- Red de telecomunicaciones aeronáuticas (ATN)
- Vigilancia dependiente automática - difusión