lunes, 27 de julio de 2009

La calibración de radioayudas

Cuando en un día claro se observan las estelas que surcan el espacio aéreo, no resulta extraño que el profano se pregunte cómo es posible que los pilotos, en la inmensidad de ese cielo, sepan con exactitud qué ruta tienen que seguir y cómo llegar al aeropuerto de destino. En cambio, si bien es muy común que los profesionales de la aviación conozcan las respuestas, también lo es que muchos ignoren la importancia que para la precisión de la navegación aérea y, por ende, para la seguridad de vuelo, tiene el correcto mantenimiento de la infraestructura tecnológica que la hace posible, así como el papel que en ese proceso juegan técnicos, pilotos y controladores aéreos.

Introducción

Como se sabe, "volar por instrumentos" consiste en guiar una aeronave sirviéndose de equipos de a bordo diseñados para interpretar las señales que transmiten VORes, DMEs, ILSs o Satélites, entre otras ayudas radioeléctricas que facilitan la navegación durante la fase "en ruta" del vuelo, así como en la aproximación y el aterrizaje.

Unas instalaciones, cuyas prestaciones tienen que ser revisadas con regularidad a lo largo de su ciclo de vida, tal y como se recoge en el Anexo 10 de OACI, Volumen I, Telecomunicaciones aeronáuticas, donde se establece que "Las radioayudas para la navegación (...) serán objeto de pruebas periódicas en tierra y en vuelo". Norma que lleva a todos los países a establecer un programa de inspección con el que es posible determinar su nivel de operatividad, así como identificar posibles anomalías que, con elevada probabilidad, degradarían los procedimientos de vuelo basados en ellas si no se actuara a tiempo. No solo porque deban facilitar la navegación a los pilotos o la gestión del tráfico aéreo al ATC, sino también por la importancia vital de su función para garantizar la SEGURIDAD DE VUELO.

Definición

Por su parte, en el Manual para la comprobación de radioayudas a la navegación (documento 8071 de OACI), se describen las pruebas en tierra y en vuelo a las que deben someterse estas instalaciones, así como el modo en que las realizan varios países que cuentan con considerable experiencia en el mantenimiento de sistemas de radionavegación basados en tierra. De ahí, que los procedimientos para la comprobación en él descritos no tengan el carácter de estándares y prácticas recomendadas (SARPs, Standards And Recommended Practices)[1].

En este documento, los términos "prueba" e "inspección" tienen los siguientes significados:

Prueba: medida de las prestaciones de una radioayuda.

Inspección: serie de pruebas que se realizan para establecer el grado de operatividad de una radioayuda.

No obstante, en este trabajo se utilizan indistintamente los términos calibración, inspección y prueba para referirnos a lo que comúnmente se conoce como Calibración, la cual podría definirse como: aquella actividad que forma parte de un programa de control de la calidad del funcionamiento del Sistema de Navegación Aérea (SNA), que se encarga de verificar que las señales "en el aire" procedentes de instalaciones radioeléctricas de ayuda a la navegación de dicho sistema -así como en su caso las visuales asociadas a la aproximación final y al aterrizaje- se encuentran dentro de los parámetros de diseño, y que sus funciones y los procedimientos de vuelo instrumental asociados cumplen con la normativa establecida, tanto desde el punto de vista técnico como del operativo.

[1] No obstante, el ICASC (International Commitee for Airspace Standards and Calibration) se encarga de generar y estandarizar la normativa y los métodos aplicables.

Usos de la calibración

Tal y como se ha mencionado, la principal misión de la calibración consiste en evaluar las señales que transmiten las ayudas a la navegación. Para ello, se toman datos en tierra y a bordo de una aeronave en vuelo que cuenta con equipos de análisis específicos para este cometido. Esta evaluación se emplea para:

-La implantación de radioayudas a la navegación para la fase "en ruta" del vuelo y de ayudas electrónicas y visuales para la aproximación y el aterrizaje.

-El diseño de procedimientos instrumentales de llegada y salida de los aeropuertos (SID y STAR).

-El diseño de la carta de altitudes mínimas de recepción de radio (MRA, Minimum Reception Altitude) y de las Cartas de vectorización radar que utiliza el ATC.

-La implantación de aerovías.

-La realización de inspecciones periódicas.

-La investigación de interferencias a las comunicaciones tierra-aire, a las radioayudas y a las instalaciones radar.

La inspección en tierra

Para una rápida evaluación de las prestaciones de una ayuda -como se conoce a este equipo en el argot profesional-, suele ser suficiente y de menor coste llevar a cabo pruebas "en tierra", en vez de una prueba en vuelo. Pruebas que llevan a cabo técnicos especializados con la ayuda de equipos de medida diseñados para esa función, bien in situ, bien de forma remota. Ellos recopilan e interpretan los datos de las ayudas, y toman decisiones respecto de la necesidad de realizar o no un vuelo de calibración.

El vuelo de calibración

Hasta no hace mucho, era imprescindible contar en tierra con un equipo de técnicos que, asistidos por un teodolito[4] y acompañados de buenas condiciones meteorológicas, garantizaba el éxito del vuelo de calibración. Pero hoy, la instalación a bordo de los aviones-laboratorio de consolas equipadas con sistemas de navegación autónomos, así como de sofisticados sistemas de análisis de datos, ha eliminado la necesidad del apoyo del técnico y de su teodolito, y ha supuesto una considerable mejora en el proceso de inspección.
Teodolito, instrumento que se emplea para medir ángulos horizontales y verticales.

Elementos necesarios para un vuelo de calibración

Para realizar un vuelo de calibración hay que considerar tres elementos: el avión-laboratorio (tripulación + sistemas de referencia de la posición y de análisis de datos), el personal técnico y el control del tráfico aéreo (ATC).

A continuación, se describen las funciones y requisitos de cada uno de estos elementos.

a) El avión-laboratorio

Entre los requisitos que debe cumplir se encuentran:


1.- Estar equipado para operar en condiciones que exijan la utilización de reglas de vuelo por instrumentos (IFR, Instrumental Flight Rules).

2.- Contar con suficiente radio de acción[5] y autonomía[6] para completar el vuelo de inspección programado sin necesidad de tener que interrumpirlo para repostar.

3.- Poseer un rango de velocidades y un techo de operación[7] adecuados, junto a unas buenas prestaciones en vuelo a baja velocidad.

4.- Ser capaz de poder asumir en el futuro la modificación, expansión y actualización de los equipos de prueba, con objeto de poder inspeccionar nuevos tipos de ayudas, o incrementar la precisión y velocidad del proceso de datos.

5.- Contar con piloto automático -autopilot- con objeto de reducir la carga de trabajo de la tripulación.

6.- En cuanto al tipo de aeronave, la experiencia parece aconsejar que lo ideal es utilizar pequeños reactores para las inspecciones a media y alta altitud, y turbohélices que, aún estando más limitados en prestaciones, consumen menos a baja altitud.

7.- Deseable TCAS (Traffic Collision and Avoidance System) y GPWS (Ground Proximity Warning System) para evitar colisiones contra el terreno, el accidente más común del avión de calibración.

b) La tripulación

La tripulación suele consistir en dos pilotos y uno o dos técnicos, todos ellos expertos en sus respectivos campos y con experiencia en la inspección de vuelo. Todo el personal directamente implicado en el vuelo de inspección, o en el mantenimiento de una ayuda a la navegación, debe estar adecuadamente cualificado, entrenado y experimentado en esas funciones, así como contar con el correspondiente certificado.

c) El sistema de referencia de la posición

Disponer a bordo de información de calidad de referencia de la posición en tres dimensiones, permite determinar con más exactitud el nivel de precisión de la señal de navegación.

El sistema de referencia más recomendable es el autónomo, debido a su independencia de sistemas externos y a su precisión, al combinar datos procedentes de varios sensores.

Uno de los más avanzados es el VP-DGPS (Very Precise-Diferential GPS), con el que es posible alcanzar una precisión de 10 centímetros en la fijación de la posición de la aeronave.

d) El equipo de análisis

El equipo que se utilice para la inspección de vuelo, debe ser capaz de poder obtener datos de las radioayudas con parámetros más exigentes que los que deba cumplir la propia instalación para las operaciones normales, por ejemplo: la señal de senda de planeo de un ILS CAT III, exige una precisión de operación para una aeronave convencional del orden de 1 metro en el umbral de la pista instrumental, mientras que el equipo del avión-laboratorio debe hacerlo con una precisión de unos 20 centímetros[8].

Radio de acción: Máxima distancia a que puede alejarse una aeronave y volver al aeropuerto de salida sin reabastecerse de combustible.

Autonomía: Máximo tiempo que una aeronave puede estar en vuelo con el combustible que tiene.

Techo de operación: máxima altitud que una aeronave puede alcanzar por diseño.

Tanto el equipo que se utilice para las pruebas en tierra, como el que se utilice para las que se hagan en vuelo, deben ser revisados y ajustados periódicamente con objeto de asegurar que siguen cumpliendo con las especificaciones que les habilitan para determinar la validez de la información que sobre navegación recogen durante el proceso de inspección.

En este caso, el AFIS (Automated Flight Inspection System) se sirve de la tecnología más avanzada de posicionamiento y de análisis por ordenador para obtener un elevado grado de automatización de la inspección de vuelo.

Este sistema, permite recopilar datos a bordo que luego procesa con objeto de comparar la información proporcionada por la ayuda con la procedente del sistema autónomo de referencia, para a continuación determinar, en base a complejos cálculos geodésicos[9], los parámetros de funcionamiento de la instalación.

Geodesia: Ciencia que estudia la forma y dimensiones de la Tierra.

e) Los técnicos

La intervención del personal de mantenimiento es fundamental, no sólo durante el vuelo de inspección, en el que debe haber una estrecha coordinación vía radio entre el técnico, que se encuentra en la radioayuda, y el inspector a bordo, sino también en el período que media entre dos inspecciones, durante el cual supervisa su funcionamiento.

f) El ATC

La labor del control del tráfico aéreo resulta fundamental para: coordinar en tiempo real con las dependencias de control afectadas por la calibración, separar al avión-laboratorio del tráfico en evolución que le pudiera afectar y atender a los requerimientos de la tripulación, de modo que no se demore el tráfico aéreo al tiempo que se facilita la labor de inspección.

Tipos de pruebas

Se pueden considerar 5 tipos de pruebas: de emplazamiento, inicial de prestaciones, calibración, periódica y especial.

a) De emplazamiento: Una vez considerada necesaria la instalación de una nueva radioayuda, se lleva a cabo un estudio para determinar los efectos del entorno en sus prestaciones y se hace una prueba para verificar si el lugar candidato a ser el asentamiento es adecuado. Por ejemplo, en el caso de tratarse de un VOR, se sitúa uno móvil en el lugar más apropiado resultante del estudio antes mencionado, con objeto de verificar en vuelo si se dispone de cobertura suficiente, si se producen "sombras" que pudieran impedir la recepción en algún sector de su área de emisión, evaluar cómo se ve afectada la calidad de la señal "en el aire" (signal-in-space) por la influencia de factores externos; como las condiciones del lugar donde está instalada la radioayuda, la conductividad y las irregularidades del terreno que la circundan, las estructuras metálicas cercanas, las condiciones de propagación, etc.

b) Inicial de prestaciones: Se trata de una inspección completa de la instalación tras el montaje definitivo y previa al vuelo de calibración. Con ella se pretende determinar si la radioayuda cumple las especificaciones técnicas, y si puede ofrecer el servicio que se busca con su implantación.

c) Calibración: Inspección en vuelo que se lleva a cabo tras la prueba Inicial de prestaciones para validar la calidad de la señal "en el aire". Los resultados de ambas inspecciones se correlacionan conformando la base de la certificación técnico-operativa de la instalación.

d) Periódica: Inspección regular en tierra y en vuelo para determinar si el equipo funciona dentro de los parámetros técnicos, así como para confirmar la validez de la señal "en el aire". También suele realizarse tras una actividad programada de mantenimiento de cierta entidad[10

El intervalo entre inspecciones debe ser corto durante los primeros meses de operación, espaciándose con el paso del tiempo. No obstante, el manual de instrucciones de cada fabricante suele contener recomendaciones útiles en relación con el calendario de pruebas. El ILS se inspecciona cada 6 meses, el NDB una vez al año, y el VOR Doppler cada dos años.

e) Especial: Inspección que se realiza tras el fallo (o sospecha de fallo) de una instalación, o bien debido a circunstancias que aconsejan realizar una prueba especial (por ejemplo, tras un accidente aéreo). Suele consistir en actividades específicas de mantenimiento en tierra con objeto de devolver la instalación a la operación normal. Por lo general, es suficiente comprobar solo los parámetros que pueden tener un efecto en las prestaciones de la instalación, como pueden ser: la potencia con la que se emite la señal, o la ausencia de incidencias de tipo técnico que pudieran degradar la calidad de la misma. De considerarse necesario, se realiza un vuelo de inspección.

Cuándo realizar la calibración

Si las inspecciones de vuelo se realizasen en áreas de elevada densidad de tráfico aéreo y durante las horas punta, se ocasionarían trastornos al tráfico aéreo y complicaría de forma excesiva la labor del ATC. Por esta razón y con objeto de evitar esperas, desvíos al aeropuerto alternativo o cancelación de vuelos, las inspecciones intentan adaptarse a los momentos en los que menos se afecte al tráfico aéreo, incluso por la noche. Por esta razón:

1.-La realización de los vuelos de calibración se programa con suficiente antelación, con el fin de que pueda coordinarse con todas las dependencias de control de tráfico aéreo implicadas.

2.-De ser necesario, se coordina el establecimiento de regulaciones de tráfico con la unidad de gestión de afluencia del área afectada.

3.-Para elegir los meses para la realización de estos vuelos, se tiene en cuenta aquellos que estadísticamente sean más propicios en términos meteorológicos.

4.-Las semanas y los días más aconsejables en función del tráfico que se prevea en el aeropuerto implicado, evitando los períodos críticos como el inicio o fin de las vacaciones.

5.-Los períodos horarios considerados "valle" dentro de los días seleccionados.

6.-Cuando haya que realizar la inspección durante la noche, será necesario tener en cuenta un factor adicional a los ya mencionados; como el hecho de que las señales radiadas por algunos tipos de radioayudas se vean afectadas por las condiciones de propagación, que es distinta de día que de noche (la radiación solar electromagnética es la causa), o si están situadas cerca de una ciudad o en un área deshabitada.

Difusión de una calibración en curso

Cuando se va a realizar un vuelo de inspección, se publica un NOTAM (NOtice To AirMen) para informar a pilotos y controladores aéreos de cómo afectará éste a las operaciones de vuelo. En caso de llevarse a cabo en las inmediaciones de un aeropuerto, además será necesario incluir en el ATIS (Servicio de información de área terminal) datos relativos a que está en progreso la calibración de una radioayuda. Y en caso de no contar con ATIS, será el controlador de servicio quien informe a los vuelos de esa circunstancia.

Cuando la tripulación del avión-laboratorio informe que las maniobras han concluido, la torre de control implicada debe encargarse de que se suprima del ATIS la información que se hubiese incluido, así como de comunicarlo a la oficina del Servicio de Información Aeronáutica (AIS) para que cancele el NOTAM que se haya publicado. Por su parte, el Centro de control de área será quien informe a la Unidad de gestión de afluencia para que cancele las posibles regulaciones de tráfico que se hubieran establecido.

Estado operativo de una radioayuda

Para determinar el estado operativo de una radioayuda, es necesario contar con la opinión de los pilotos acerca de la "volabilidad" (flyability, en inglés) de los procedimientos instrumentales que se hayan diseñado y que se apoyen en las señales transmitidas por la instalación, con la del Inspector de vuelo, y con la de los técnicos en tierra en base al análisis de los datos recogidos durante el proceso de pruebas.

Una vez tenido todo en cuenta, el estado operativo de una radioayuda se clasifica como:

1.- Utilizable:
la instalación está disponible para uso operacional. Hay dos posibilidades:

•a) Sin restricciones: se ha comprobado la seguridad y precisión de las señales "en el aire" en su área de cobertura y son conforme a lo establecido en las normas aplicables.

•b) Limitada o restringida: las señales "en el aire" no se ajustan a lo establecido en las normas en todos los sectores de su área de cobertura, aunque es segura para su uso en el resto de sectores no afectados por la restricción. Por ejemplo, en el caso de un VOR puede darse de baja un sector definido de los 360 radiales disponibles.


2.- No utilizable: la instalación no está disponible para uso operacional, ya que proporciona señales potencialmente erróneas o de calidad deficiente. Por supuesto, una instalación considerada como insegura no debe ser clasificada bajo ningún concepto como limitada o restringida.

Una vez obtenido el certificado técnico-operativo, es la autoridad aeronáutica de cada país, o la organización por ella autorizada, la responsable de declarar el nivel de estado de uso operativo de la ayuda.

Por otro lado, un cambio de estado que califique una ayuda como utilizable o no utilizable, debe ser conocido inmediatamente por los pilotos y por el personal del control del tráfico aéreo, lo que tiene que hacerse mediante ATIS y NOTAM.

La calibración del ILS

La OACI, ha especificado tres categorías de aproximación ILS (I, II, y III) que permiten aterrizajes bajo peores condiciones de forma sucesiva de techo y visibilidad, transmitiendo sucesivamente señales de mayor precisión.

El Sistema de Aterrizaje por Instrumentos, proporciona de forma combinada guía lateral hacia el centro de la pista (localizador) y guía vertical durante el descenso para sobrevolar los obstáculos (senda de planeo). Además, se complementa con balizas que indican al piloto que debe comprobar la altitud y que sirven de referencia de la distancia que resta a la pista, y con luces de aproximación, de punto de toma de contacto y de eje de pista.

Para una correcta y completa calibración de esta ayuda se realizan una media de 15 maniobras, en las que se puede tardar alrededor de 3 horas y media. Con algunas de esas maniobras se busca, incluso, llegar más allá de los límites de seguridad establecidos, de modo que se compruebe que aunque una aeronave llegue a ellos, su seguridad no se verá afectada.

El proceso consiste en una operación en dos partes: la primera evalúa la señal "en el aire" para verificar el patrón de radiación electromagnética, y la segunda pretende certificar cada procedimiento de aproximación instrumental diseñado para las diferentes categorías de precisión antes mencionadas.

En cuanto a la primera, la calibración incluye el análisis de parámetros relacionados con la senda de planeo (GP, Glide Path), tanto de su alineamiento como de su pendiente de descenso por encima de los obstáculos, cobertura, estabilidad, precisión y sensibilidad de desplazamiento, así como del localizador (LLZ, Localizer), del que se verifica el alcance y anchura del haz y su alineación con respecto al eje de la pista.

Nota final

Tal y como se ha visto a lo largo de este trabajo, entre las actividades de mantenimiento de la estructura del espacio aéreo se encuentra la calibración de las ayudas a la navegación. Un complejo proceso llevado a cabo por profesionales altamente cualificados que, siguiendo un detallado programa de inspección que permite determinar su operatividad e identificar posibles anomalías, persigue el objetivo de garantizar la integridad funcional de las aerovías, de los procedimientos de aproximación instrumental, así como de otros sistemas necesarios para la ejecución del vuelo. Un proceso que seguirá siendo necesario en el futuro, a pesar de los avances tecnológicos que se produzcan en el campo de la navegación aérea para, con ello, contribuir de forma decisiva a la SEGURIDAD DE VUELO.


Referencias

-Manual para la comprobación de ayudas a la navegación, Doc 8071, OACI.

-Procedimientos de coordinación para la calibración de ayudas (AENA).

-Seminario de Ensayo en vuelo de radioayudas, Río de Janeiro (Brasil), del 26 al 30 de noviembre de 2001.

-Flight Inspection, an essential part of air navigation safety, Aerodata GmBH. Air traffic management international 2000.

-Seminario sobre calibración de radioayudas. FAA/Aena. Senasa, Mayo 2004.

-Air Traffic Controllers guide to ILS calibration. Flight Precision Ltd.

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