Navegación basada en el rendimiento

En aviación , la navegación basada en el rendimiento ( PBN ) es una especificación emitida por la Organización de Aviación Civil Internacional (OACI). En PBN, los requisitos de rendimiento de los sistemas de navegación requerida (RNP) y de navegación de área (RNAV) de las aeronaves deben definirse en términos de precisión, integridad, disponibilidad, continuidad y funcionalidad requeridas para las operaciones propuestas en el contexto de un espacio aéreo particular, cuando cuentan con el apoyo de la infraestructura de navegación adecuada. ^{[ 1 ]}

Históricamente, las especificaciones de navegación de las aeronaves se han definido directamente en términos de sensores ( balizas de navegación y/o puntos de referencia ). Una especificación de navegación que incluye un requisito adicional para la monitorización y alerta del rendimiento de la navegación a bordo se denomina especificación de rendimiento de navegación requerido (RNP). Aquella que no incluye tales requisitos se denomina especificación de navegación de área (RNAV).

Los requisitos de rendimiento se especifican en las especificaciones de navegación, que también definen la selección de sensores y equipos de navegación que pueden utilizarse para cumplir con dichos requisitos. Las especificaciones de navegación proporcionan directrices de implementación específicas para facilitar la armonización global.

En el marco de la navegación basada en el rendimiento (PBN), los requisitos genéricos de navegación se definen primero en función de los requisitos operativos. Posteriormente, las autoridades de aviación civil evalúan las opciones disponibles en cuanto a tecnología y servicios de navegación. La solución elegida será la más rentable para la autoridad de aviación civil, en lugar de establecerse como parte de los requisitos operativos. La tecnología puede evolucionar con el tiempo sin necesidad de revisar la operación en sí, siempre que el sistema RNAV o RNP proporcione el rendimiento requerido.

PBN ofrece una serie de ventajas sobre el método específico de sensores para desarrollar criterios de separación de espacio aéreo y obstáculos:

1. reduce la necesidad de mantener rutas y procedimientos específicos para cada sensor, así como sus costos. Por ejemplo, mover un solo VOR puede afectar docenas de procedimientos, ya que un VOR puede usarse en rutas, aproximaciones VOR , aproximaciones frustradas , etc. Agregar nuevos procedimientos específicos para cada sensor aumentaría este costo, y el rápido crecimiento de los sistemas de navegación disponibles pronto haría que las rutas y los procedimientos específicos para cada sensor fueran inasequibles;
2. evita la necesidad de desarrollar operaciones específicas para cada sensor con cada nueva evolución de los sistemas de navegación, lo que sería prohibitivo en términos de costos. Se espera que la expansión de los servicios de navegación por satélite contribuya a la continua diversidad de los sistemas RNP y RNAV en diferentes aeronaves. El equipo básico original del sistema global de navegación por satélite (GNSS) está evolucionando debido al desarrollo de aumentos tales como sistemas de aumento basados ​​en satélites (SBAS), sistemas de aumento basados ​​en tierra (GBAS) y sistemas de aumento regionales basados ​​en tierra (GBAS), mientras que la introducción de Galileo y la modernización del Sistema de Posicionamiento Global (GPS) de los Estados Unidos y el Sistema Global de Navegación por Satélite (GLONASS) ruso mejorarán aún más el rendimiento del GNSS. El uso de la integración GNSS/ inercial también se está expandiendo;
3. permite un uso más eficiente del espacio aéreo (ubicación de rutas, eficiencia de combustible y mitigación del ruido );
4. aclara cómo se utilizan los sistemas RNAV; y
5. Facilita el proceso de aprobación operativa para las autoridades de aviación civil al proporcionar un conjunto limitado de especificaciones de navegación destinadas a uso global.

Dentro de un espacio aéreo, los requisitos de navegación basada en el rendimiento (PBN) se verán afectados por los entornos de comunicación, vigilancia y control de tráfico aéreo (ATC), la infraestructura de ayudas a la navegación y la capacidad funcional y operativa necesaria para la aplicación de gestión del tráfico aéreo (ATM). Los requisitos de rendimiento de la PBN también dependen de los medios de navegación alternativos (no RNAV) disponibles y del grado de redundancia necesario para garantizar una continuidad operativa adecuada.

Para lograr las ganancias de eficiencia y capacidad parcialmente posibilitadas por RNAV y RNP, la FAA buscará el uso de comunicaciones de datos y funcionalidad de vigilancia mejorada . ^{[ 2 ]}

Las técnicas y especificaciones de navegación de área comenzaron a evolucionar regionalmente sin una guía general de la OACI. Esto significó que términos y definiciones como "RNAV" y "RNP" tuvieran significados ligeramente diferentes en distintas regiones del mundo, e incluso que se utilizaran otros términos localmente. Un ejemplo de ello es el término "P-RNAV" (RNAV de precisión), que Europa aún utiliza (2019), y que en otros lugares se denomina "RNAV 1".

Los términos RNAV y RNP se usaban anteriormente con poca diferencia funcional. RNP requería cierto nivel de rendimiento, pero no intentaba definir cómo se garantizaría.

La navegación basada en el rendimiento (PBN) es una iniciativa de la OACI para estandarizar la terminología, las especificaciones y los significados. Un ejemplo es la estandarización de la terminología utilizada en torno a las APV (aproximaciones con guiado vertical). Hasta hace poco, todas las APV se denominaban aproximaciones RNAV, cuando en realidad son aproximaciones RNP en lo que respecta a la implementación de la PBN. Todas las APV requieren monitorización y alerta de rendimiento a bordo, por lo que el sistema no solo debe ser capaz de navegar con el grado de precisión requerido, sino que también debe monitorizar continuamente el rendimiento y alertar al piloto si este cae por debajo del nivel exigido.

Estos enfoques tenían nombres y designaciones confusas en las cartas, y el cambio se está llevando a cabo actualmente en todos los estados miembros. Los dos tipos de enfoques RNAV se han denominado tradicionalmente RNAV (GNSS) y RNAV (RNP) , respectivamente, donde el primero es el enfoque tradicional de aproximación directa desde la corrección de aproximación final, y el segundo es un enfoque más complejo que describe una curva en el plano horizontal después de la corrección de aproximación final y que requiere autorización para su inicio ( AR = Autorización Requerida ). La denominación y designación correctas para estos enfoques bajo la implementación PBN son RNP y RNP AR, respectivamente. Las imágenes de la derecha muestran la denominación de las cartas que se utilizan actualmente y su aspecto bajo PBN. ^{[ 3 ]}

Cuando se determinan los mínimos de separación y el espaciado de ruta mediante un enfoque convencional basado en sensores, los datos de rendimiento de navegación utilizados para determinar dichos mínimos o espaciados dependen de la precisión de los datos brutos de ayudas a la navegación específicas como VOR, DME o NDB . En cambio, la navegación basada en posicionamiento (PBN) requiere un sistema RNAV que integre los datos de navegación brutos para proporcionar una solución de posicionamiento y navegación. Para determinar los mínimos de separación y el espaciado de ruta, se utiliza este resultado integrado de rendimiento de navegación.

El rendimiento de navegación requerido del sistema RNAV forma parte de la especificación de navegación. Para determinar los mínimos de separación y el espaciamiento de las rutas, los planificadores del espacio aéreo aprovechan al máximo la parte de la especificación de navegación que describe el rendimiento requerido del sistema RNAV. Asimismo, utilizan el rendimiento requerido (precisión, integridad, disponibilidad y continuidad) para determinar el espaciamiento de las rutas y los mínimos de separación.

En el espacio aéreo controlado por procedimientos , se espera que los mínimos de separación y el espaciamiento de rutas según las especificaciones RNP ofrezcan mayores beneficios que los basados ​​en las especificaciones RNAV. Esto se debe a que la función de monitorización y alerta del rendimiento a bordo podría suplir la ausencia del servicio de vigilancia ATS al proporcionar un medio alternativo de mitigación de riesgos.

Se prevé que todas las futuras aplicaciones RNAV y RNP identifiquen los requisitos de navegación mediante el uso de especificaciones de rendimiento en lugar de definir sensores de navegación específicos.

El Valle de México será el primero en México donde se utilice el sistema de navegación basado en el rendimiento, que permitirá que el nuevo Aeropuerto Internacional Felipe Ángeles , el Aeropuerto Internacional de la Ciudad de México y el Aeropuerto Internacional de Toluca operen simultáneamente sin que las operaciones de uno impidan las de los otros. ^{[ 4 ]}

Debido a razones heredadas del concepto RNP anterior, PBN se limita actualmente a operaciones con requisitos de rendimiento lateral lineal y restricciones de tiempo. Por este motivo, no se consideran las operaciones con requisitos de rendimiento lateral angular (es decir, operaciones de aproximación y aterrizaje con guiado vertical GNSS: procedimiento de aproximación con guiado vertical APV-I y APV-II), ni los sistemas de aterrizaje instrumental (ILS) ni los sistemas de aterrizaje por microondas (MLS). A diferencia del monitoreo lateral y la separación de obstáculos, para los sistemas VNAV barométricos no existe alerta por error vertical ni una relación de dos veces entre la precisión total requerida del sistema del 95 % y el límite de rendimiento. Por lo tanto, VNAV barométrico no se considera RNP vertical.

La monitorización y alerta del rendimiento a bordo es el elemento principal que determina si un sistema de navegación cumple con el nivel de seguridad requerido para una aplicación RNP. Se relaciona con el rendimiento de la navegación lateral y longitudinal , y permite a la tripulación detectar si el sistema de navegación no alcanza, o no puede garantizar con un nivel de integridad de 10⁻⁵ ^, el rendimiento necesario para la operación.

Los sistemas RNP mejoran la integridad de las operaciones. Esto permite una menor separación entre rutas y proporciona la integridad suficiente para que solo se utilicen sistemas RNAV para la navegación en un espacio aéreo específico. Por lo tanto, el uso de sistemas RNP ofrece importantes ventajas en materia de seguridad, operatividad y eficiencia.

Las capacidades de monitorización y alerta del rendimiento a bordo satisfacen dos necesidades: una a bordo de la aeronave y otra en el diseño del espacio aéreo. La garantía del rendimiento del sistema a bordo es implícita en las operaciones RNAV. Según los criterios de aeronavegabilidad existentes , los sistemas RNAV solo deben demostrar su funcionamiento y rendimiento previstos mediante requisitos explícitos de amplia interpretación. Como resultado, si bien el rendimiento nominal del sistema RNAV puede ser muy bueno, se caracteriza por la variabilidad de su funcionalidad y el rendimiento de vuelo asociado. Los sistemas RNP proporcionan un medio para minimizar la variabilidad y garantizar operaciones de vuelo fiables, repetibles y predecibles.

El sistema de monitorización y alerta de rendimiento a bordo permite a la tripulación detectar si el sistema RNP cumple con los requisitos de navegación especificados. Este sistema abarca tanto el rendimiento de navegación lateral como el longitudinal.

La monitorización y las alertas de rendimiento a bordo se refieren al funcionamiento del sistema de navegación de la zona.

• El término "a bordo" implica explícitamente que la monitorización y las alertas de rendimiento se realizan dentro de la aeronave y no en otro lugar, por ejemplo, mediante un sistema de control de adherencia de ruta en tierra o la vigilancia del control de tráfico aéreo (ATC). El elemento de monitorización de la monitorización y las alertas de rendimiento a bordo se refiere a errores técnicos de vuelo (FTE) y errores del sistema de navegación (NSE). El error de definición de ruta (PDE) está limitado por la integridad de la base de datos y los requisitos funcionales de la ruta definida, y se considera insignificante.
• "Monitorización" se refiere al seguimiento del rendimiento de la aeronave en lo que respecta a su capacidad para determinar el error de posicionamiento y/o para seguir la trayectoria deseada.
• El término "alerta" se refiere a la monitorización: si el sistema de navegación de la aeronave no funciona correctamente, se alertará a la tripulación.

Las operaciones de vuelo basadas en el rendimiento se fundamentan en la capacidad de garantizar trayectorias de vuelo fiables, repetibles y predecibles para mejorar la capacidad y la eficiencia en las operaciones planificadas. La implementación de estas operaciones requiere no solo las funciones que tradicionalmente proporciona el sistema RNAV, sino también funciones específicas para optimizar los procedimientos, el espacio aéreo y las operaciones de tráfico aéreo. Las capacidades del sistema para trayectorias de radio fijo establecidas, esperas RNAV o RNP y desplazamientos laterales se incluyen en esta categoría.

Las aeronaves que operan en el espacio aéreo del Atlántico Norte deben cumplir con una especificación mínima de rendimiento de navegación (MNPS). La especificación MNPS se ha excluido intencionadamente de PBN debido a su carácter obligatorio y a que no se prevén futuras implementaciones de MNPS. ^{[ 5 ]}

Es probable que las aplicaciones de navegación evolucionen de bidimensionales a tridimensionales/cuatridimensionales, aunque actualmente resulta difícil determinar los plazos y los requisitos operativos. Por consiguiente, aún se está desarrollando la monitorización y las alertas de rendimiento a bordo en el plano vertical (RNP vertical), y el trabajo en curso se centra en armonizar los requisitos de rendimiento longitudinal y lineal. Los requisitos de rendimiento angular asociados a la aproximación y el aterrizaje se incluirán en el ámbito de PBN en el futuro. Asimismo, podrían incluirse especificaciones para dar soporte a los requisitos funcionales de navegación y espera específicos de los helicópteros.

Varias autoridades de aviación civil y aeropuertos han adoptado procedimientos PBN para mejorar la eficiencia y reducir el impacto ambiental. En Estados Unidos, la Administración Federal de Aviación (FAA) ha ampliado la implementación de PBN como parte de su programa de modernización NextGen. A nivel local, aeropuertos como el de Naples, en Florida, han probado nuevos procedimientos de llegada y salida basados ​​en satélites para reducir la exposición al ruido y el consumo de combustible, manteniendo al mismo tiempo los estándares de seguridad. ^{[ 6 ]}

Más allá de los procedimientos de aproximación en ruta y de ala fija, los conceptos PBN se han extendido a las operaciones de helicópteros y helipuertos. Los procedimientos RNP AR y RNAV basados ​​en satélites, adaptados para helicópteros, se han utilizado para proporcionar aproximaciones instrumentales a helipuertos hospitalarios y rutas IFR de baja altitud en terrenos complejos, a menudo utilizando trayectorias curvas y tramos de radio a punto fijo (RF) para mantener la separación de obstáculos al tiempo que se reduce el ruido y la longitud de la ruta. ^{[ 7 ] [ 8 ]} Las organizaciones de diseño de procedimientos también han comenzado a aplicar técnicas PBN a conceptos de vertipuertos y corredores de movilidad aérea avanzados, integrando RNP, aumento GNSS y aerovías de baja altitud en operaciones emergentes de elevación vertical. ^{[ 9 ] [ 10 ]}

• Índice de artículos sobre aviación

• Boeing. Beneficios operativos de la navegación basada en el rendimiento 2008.

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