ENTENDA
O PBN E A MODERNA TECNOLOGIA EMBARCADA
“The greatest
gift you can give someone is the power to be succesfull”
PBN é a
especificação, pela autoridade aeronáutica, da funcionalidade e do desempenho
dos sistemas de RNAV requeridos para o voo, em um determinado espaço aéreo.
I- INTRODUÇÃO
A motivação para pesquisar e publicar este POST
surgiu da necessidade de entender a aplicação dessa nova e inovadora
tecnologia.
A partir de dezembro de 2013, o
DECEA implantou o PBN no Brasil.
O que significa isto? Significa
que foram especificados os requisitos de desempenho de navegação para operação
ao longo das rotas ATS, SID, STAR e para os procedimentos de aproximação por
instrumento, nessas terminais.
Aeronaves e operadores não aprovados
para as especificações de navegação requeridas ainda poderão continuar voando
nessas áreas, mas terão que seguir rotas e efetuar procedimentos
“convencionais” (VOR, VOR/DME, NDB ou ILS) ou serem orientadas pelos órgãos ATC
por meio de vetores radar.
Histórico
Na década de 90, a ICAO especificou o FANS
(Future Air Navigation System), um sistema destinado a integrar o uso da
moderna tecnologia para melhorar a navegação aérea e a comunicação, entre
outras finalidades.Em relação à navegação aérea, o FANS identificou a necessidade de uma navegação baseada no desempenho do sistema de navegação e desenvolveu o que foi chamado de RNPC (Required Navigation Performance Capability).
Em 1999 a ICAO adotou o conceito
de RNP com a publicação do Doc 9613 – Manual on Required Navigation Performance
- aplicável somente para operação em rota.
Como o RNP em rota não atendia operações nas
Terminais e nem nas aproximações, diferentes soluções surgiram: B-RNAV nos EUA,
P-RNAV na Europa, entre outros.Como é natural na implantação de novas tecnologias, o conceito de RNP continuou a evoluir e muitos outros surgiram, gerando falta de padronização e custos para atualização das certificações, muitas vezes inviáveis para os operadores.
Em 2008, numa tentativa de harmonizar as diferenças regionais entre os diversos conceitos, a ICAO introduziu o conceito de PBN, através da terceira edição do Doc 9613 – chamando-a de Performance-Based Navigation Manual.
II – DEFINIÇÕES
GNSS – (Global Navigation Satellite
System)
GNSS é o nome genérico os sistemas de
navegação por satélites usados para determinar posição, velocidade e tempo.
Estes sistemas incluem uma ou mais constelações de satélites de órbita baixa,
receptores embarcados nas aeronaves e sistemas integrados de monitoramento.
Sistemas GNSS atuais: GPS (USA),
GLONASS (Rússia), COMPASS (China) e GALILEO (Europa).O GPS e o GLONASS estão totalmente implantados. O GALILEO e o COMPASS (ou Beidou-2) estão previstos terminarem a implantação em 2020.
Nota: considerando
a popularidade do GPS, o termo GPS/GNSS será utilizado para referir-se aos
sistemas GNSS.
RNAV (uma expressão com muitos significados):
- RNAV (Navegação de Área) - é
um método de navegação que permite a operação da aeronave em qualquer
trajetória desejada.- RNAV (Equipamento de RNAV) – mais conhecido como FMS, é o equipamento que determina a posição do avião no momento e calcula a proa e distância para qualquer “waypoint”.
- RNAV (approach) - é uma aproximação por instrumentos baseada no equipamento de RNAV da aeronave.
- RNAV (Rotas) – são as rotas ATS baseadas em RNAV.
- RNAV X (Requisito de navegação) – indica a precisão lateral requerida ao longo de uma rota ou outro espaço aéreo.
RNP – O desempenho requerido de
navegação (RNP) define os critérios de desempenho de navegação para operar em
um determinado espaço aéreo ou rota.
Ex.
RNP 1 - Significa que o equipamento deve fornecer uma precisão lateral de, mais
ou menos, 1 NM (TSE - total system error), para cada lado do curso, por 95% do
tempo.
A diferença entre o requisito RNAV e RNP é
que, para o RNP, o equipamento de RNAV a bordo deve ser capaz de fornecer
monitoramento e alerta ao piloto, caso a precisão requerida não possa ser
mantida.
III – CERTIFICAÇÃO
“Termos mal aplicados causaram
diferentes interpretações”
Desde o início da década de 90, vários termos
foram utilizados para definir requisitos de certificação. Muitos destes termos ainda
estão em desacordo com os conceitos atuais e estão se ajustando aos requisitos
e à nomenclatura.
RNAV 10
A certificação RNAV 10 foi desenvolvida para
autorizar operações no espaço aéreo oceânico e remoto, sem considerar qualquer
auxílio no solo. O TSE deve ser de, mais ou menos 10 NM, 95% do tempo, visando
garantir uma separação mínima, lateral e longitudinal, de 50 NM.O termo RNP 10 surgiu (na mesma época) com os mesmos critérios de certificação do RNAV 10.
Como o conceito atual de RNP requer o monitoramento e alerta por equipamento de bordo e isto não foi requisito do RNP 10 (na época), a certificação do RNP 10 da época é, de fato, RNAV 10.
RNAV 5
O JAA adotou a designação B-RNAV (basic RNAV) em
1996 como um requisito para operações no espaço aéreo europeu com essa
dominação. O FAA adotou a designação de RNAV 5 em 1998 com a intenção de
orientar os operadores americanos, quando em espaço aéreo europeu (onde o
B-RNAV fosse requerido). Alguns países do Oriente Médio adotaram RNP 5 como um
equivalente ao B-RNAV e ao RNAV 5.Com a finalidade de harmonizar procedimentos, a ICAO definiu que os termos B-RNAV e RNP 5 devem ser entendidos como RNAV 5.
RNP 4
Os requisitos para certificação RNP 4 são mais
recentes e estão de acordo com os conceitos atuais de RNP.Seguindo o plano da ICAO para a navegação aérea global (CNS/ATM – Commnication Navegation Surveilance/Air Traffic Manegement), a separação lateral e longitudinal começou a ser reduzida nas regiões oceânicas. Em 2005, o FAA publicou a primeira orientação relativas ao RNP 4 (para o região do Pacífico).
O RNP 4 foi inicialmente criado para assegurar separação mínima sobre o oceano (30 NM lateral e 30 NM longitudinal) e em regiões remotas. Por esta razão ele foi baseado somente no uso do GPS/GNSS, não requerendo qualquer infraestrutura de auxílio à navegação em solo. Para atender a essa certificação, a aeronave deve ser capaz de manter comunicação o tempo todo (via datalink entre o controlador e o piloto (CPDLC) ou comunicação de voz). Além disso, é requerida capacidade de vigilância através do sistema ADS-C, onde o avião fornece ao ATC informações de posição e de desvio lateral.
RNAV 1, RNAV 2
Em 2000, o JAA emitiu documentação visando a
certificação para operação no espaço aéreo designado como P-RNAV (RNAV de
precisão). O FAA adotou o RNAV tipo A e tipo B, com definições semelhantes ao
do P-RNAV. A principal finalidade foi otimizar o tráfego aéreo nas Terminais da
Europa e nos Estados Unidos.Posteriormente, em 2007, estas designações foram substituídas por RNAV 1 e RNAV 2, já consistentes com o conceito PBN da ICAO. As especificações RNAV 1 e RNAV 2 foram primariamente desenvolvidas para operação em áreas com cobertura radar.
RNP 1 e RNP 2
Enquanto que o conceito de RNAV 1 / 2 requer cobertura radar, o conceito de RNP requer que a aeronave seja capaz de monitorar sua precisão e que o sistema emita alertas caso a precisão definida não seja cumprida.
O RNP 1 / 2 é requerido para operação em áreas geográficas com pouca ou nenhuma infraestrutura de solo, pouca ou nenhuma vigilância e com uma densidade de tráfego de baixa para média.
Embora alguns sistemas de RNAV (FMS) sejam capazes de garantir RNP 1 usando apenas DME/DME, a especificação do RNP 1 da ICAO foi concebida somente com o uso do GPS/GNSS, portanto para áreas onde a infraestrutura de DME não é capaz de garantir precisão.
Advanced-RNP (A-RNP)
“Agora sim”
Ainda em desenvolvimento, esta foi a última definição
de especificação de navegação da ICAO.
A-RNP engloba todas as fazes do voo e o principal
objetivo foi maximizar os benefícios e minimizar os custos do operador em obter
aprovação operacional.Atualmente, para o sistema ser aprovado com a designação de A-RNP, necessitará atender os requisitos operacionais para todas as fases do voo, inclusive para a aproximação final.
Nota – existem especificações
específicas para os procedimentos de aproximação (RNP APP, RNP AR etc.).
IV- AUGMENTATION SYSTEMS
“Se não está bom é preciso
melhorar”
Inicialmente, os sistemas GPS/GNSS não foram
concebidos para atender aos requisitos atuais da Aviação Civil. Por exemplo, se
um satélite tiver um problema no relógio, o GPS/GNSS não é capaz de fornecer
avisos em tempo real que o satélite não é usável. Atrasos ionosféricos e outros
fenômenos naturais em grande altitude também podem introduzir erros de metros
na posição do avião. Estes e outros erros requerem uma correção em tempo real,
especialmente durante aproximações com baixa visibilidade.
Atualmente a Aviação Civil requer um sistema que
ofereça integridade, ou seja:Garantia de que o sinal não está sendo corrompido e que os usuários serão avisados quando houver questões que afetem a precisão da navegação.
Para solucionar esses problemas, diversos sistemas foram desenvolvidos. Eles foram chamados de “Augmentation” (“Aumentação”) e visam melhorar a integridade, a precisão, a confiabilidade e a disponibilidade do GPS/GNSS:
ABAS (Aircraft-Based Augmentation System)
Sistema instalado no FMS do avião - foca o
monitoramento da integridade dos satélites.- RAIM (receiver autonomous integrity monitoring) usa informações recebidas do GNSS.
No FMS com a capacidade RAIM, o receptor autonomamente determina a integridade das informações recebidas de cada satélite e de toda a constelação de satélites. Ele verifica se o sinal disponível do satélite vai atender aos requisitos para uma determinada fase do voo. Se o receptor do FMS incorporar o FDE (faulty detection and exclusion), a recepção de 6 satélites é necessária para detectar e excluir um satélite não conforme.
- AAIM (aircraft autonomous integrity monitoring)
– usa informações recebidas do GNSS e informações adicionais da aeronave
para o monitoramento (altímetro barométrico, relógio e IRS).
SBAS (Satellite-based augmentation
system)
“Melhora vinda do espaço”
Utilizando satélites geoestacionários, o SBAS
atende a uma grande área geográfica. Ele monitora os sinais da constelação de
satélites (GPS/GNSS) e permite a remoção dos erros de sinal (órbita do
satélite, erro do relógio, erro ionosférico e outros).
O SBAS fornece uma significante melhora na
precisão e na confiabilidade.Os aviões equipados com receptores SBAS são capacitados a executar aproximações LPV (Localizer performance with vertical guidance), com mínimos de até 200 pés.
Várias plataformas SBAS já estão operacionais: WAAS nos EUA, EGNOS na Europa e MSAS no Japão, SDCM na Rússia, SNAS na China e GAGAN na Índia.
Atualmente (2020) estão sendo efetados estudos
(FAA, EASA e outros) visando:
- Integração de sistemas GNSS (multiple
constelation); - Dual Frequency SBAS; e
- Expansão Global do SBAS.
GBAS (Ground-based Augmentation System)
Conhecido nos EUA como LAAS (Local Area
Augmentation System), se diferencia do SBAS por ser mais preciso e por ser
instalado no solo. Fornece “augmentation” em um raios de aproximadamente 23 NM,
sendo capaz de atender várias pistas e aeroportos).O finalidade principal do GBAS é medir o erro transmitido pelo GNSS e reenviar ao satélite para correção (correção diferencial).
O GBAS fornece guia horizontal e vertical preciso na aproximação, de acordo com os critérios de Aproximação de Precisão definidos pela ICAO.
Ele capacita a aeronave a executar aproximações GLS (GBAS Landing System), com mínimos de até 200 pés (mínimos de CAT I) e, atualmente, está sendo desenvolvido para mínimos de equivalentes a ILS CAT II/III.
O equipamento de solo inclui vários receptores, uma estação de solo e um transmissor de VDB (Very High Frequency).
Nas aeronaves a “aviônica” de GBAS completa o sistema.
Devido a problemas ionosféricos relacionados com
baixa latitude, o Brasil optou pela tecnologia do GBAS.
V- APROXIMAÇÃO RNAV (WGS-84)
- para serem executados usando o equipamento RNAV, os procedimentos de aproximação devem constar do banco de dados do equipamento RNAV instalado na aeronave;
- Este tópico não aborda os requisitos necessários para as certificações.
- Título da carta de aproximação – o título
indica o tipo de procedimento.
Os requisitos para a execução da aproximação são publicados nas cartas de
aproximação.VOR, NDB – indica um procedimento VOR ou NDB sobre o qual foi desenvolvido um RNAV (Overlay).
RNAV (GPS) ou RNAV (GNSS) – dependendo do país, uma ou outra nomenclatura é utilizada (com o mesmo significado) para indicar um procedimento RNAV onde o GPS/GNSS é obrigatório. No procedimento constam os mínimos aplicáveis: LNAV, LNAV/VNAV e LPV.
RNAV (RNP) - é usado para identificar um procedimento RNAV quando for requerido que a aeronave possua capacidade autônoma de monitoração e alerta do requisito RNP.
GLS - ainda em implantação no utilizado no Brasil, identifica um procedimento de precisão que utiliza o GPS/GNSS melhorado com um GBAS.
- Classificação as aproximações RNAV (ICAO,
FAA):
1- NPA approaches (aproximações de Não
Precisão)- LNAV - estas aproximações requerem apenas guia lateral provido pelo equipamento de RNAV.
- VOR, NDB - os procedimentos OVERLAY (com o título de VOR e/ou NDB) também podem ser executados usando guia lateral do equipamento de RNAV, mas requerem que o auxílio básico (NAVAID) esteja em operação e seja monitorado durante a aproximação.
Notas:
a- os mínimos das aproximações de Não Precisão são publicados em MDA e, portanto, a aeronave deve voar para uma MDA.
b- algumas equipamentos de RNAV, mesmo quando o procedimento é somente LNAV, fornecem o ângulo e rampa como um auxílio para uma aproximação estabilizada.
Esta orientação deve ser entendida como “advisory”, pois não foi avaliada/certificada como um “glidepath”.
2- APV approaches (aproximações com Guia
Vertical)
a- LNAV/VNAV – estas aproximações
utilizam o GPS/GNSS para guia lateral. A guia vertical é, normalmente, via a
funcionalidade Baro-VNAV. A funcionalidade baro-VNAV (atualmente
utilizada no Brasil) depende do ajuste do altímetro e da correção de
temperatura para fornecer uma rampa barométrica ajustada.
O procedimento é desenhado para uma faixa de
temperatura e para ser utilizado fora desta faixa há necessidade de compensação
da temperatura.As aproximações LNAV/VNAV são publicadas com uma DA/H.
b- RNP APCH – as
aproximações RNP são aproximações do tipo LNAV/VNAV que
requerem que o sistema de RNAV da aeronave seja capaz de, autonomamente,
monitorar o RNP e informar a tripulação caso ele não possa ser cumprido (RAIM
ou AAIM).
RNP-AR - são aproximações RNP que requerem autorização da
autoridade aeronáutica, pois os riscos e complexidades associados são
mitigados com critérios mais restritos, melhores capacidades dos aviões e mais
treinamento dos tripulantes.
São normalmente usadas em
aeroportos com restrições limitantes de obstáculos, e/ou que requeiram uma ou
mais trajetórias curvas, chamadas de Radius-to-fix legs (RF), que
nem todos os aviões são capazes de voar.
SBRJ e SBKP são exemplos de aeroportos
brasileiros com procedimentos RNP-AR publicados.
LPV approach - (Localizer
performance with vertical guidance)
Estas aproximações são similares às aproximações
LNAV/VNAV, mas são muito mais precisas. As guias e lateral e vertical são
sempre providas por satélite e a rampa vertical não sofre influência do ajuste
de altímetro e nem da temperatura.
A aeronave deve estar equipada com um receptor de
SBAS e os mínimos podem ser tão baixos quanto os mínimos de ILS CAT I.
Elas NÃO foram classificadas como
Aproximações de Precisão pela ICAO e FAA. Os critérios para a aproximação
ser classificada como de precisão se aplicam aos transmissores do localizador e
do “glideslope”. Então, para evitar custos e burocracia, o FAA e a ICAO
adotaram outra definição – LPV, embora elas sejam tão precisas que uma
aproximação ILS CAT I.
As cartas das aproximações LPV especificam a
frequência do equipamento SBAS usado para “augmentation” do sinal e possuem
mínimos LPV.
Atualmente (2017) nos EUA, existem mais de
4.000 aproximações LPV publicadas, abrangendo mais de 2.000 aeroportos, sendo
que mais de 1.000 destes aeroportos não possuem ILS.
3- GLS approach – estas
aproximações são consideradas procedimentos de Precisão,
pois atendem aos requisitos da ICAO relativos a procedimentos de Precisão. As
aproximações GLS usam um GBAS para melhorar os sinais do GPS/GNSS e a aeronave
recebe guia lateral e vertical do GPS/GNSS.
Os mínimos podem ser tão baixos quanto os mínimos
de ILS CAT I e, em desenvolvimento, de CAT II/III. Atualmente, apenas 2
aeroportos comerciais nos EEUU usam o GBAS (Newark-EWR e Houston-IAS).As cartas de aproximação, específicas para a aproximação GLS, são identificadas como GLS RWY XX e publicam o canal do equipamento GBAS.
No Brasil, o aeroporto
Internacional do Galeão foi escolhido para abrigar o projeto piloto do GBAS
brasileiro. Desde julho de 2010, técnicos de empresas parceiras e do DECEA
trabalham para instalar e certificar a Estação SLS-4000 Smart Path GBAS, da
Honeywell. Essa estação, certificada pelo FAA, é também utilizada em
alguns aeroportos da Europa, dos Estados Unidos, Austrália e outros.
O Brasil (DECEA) trabalha em cooperação com os EUA
(FAA) na realização de pesquisas e análise de dados dos distúrbios ionosféricos
e seus efeitos no GBAS. O objetivo é a operacionalização desta estação GBAS até
2021.
VI – E-JETS
A partir do Load 23, os E-Jets estão certificados
na ANAC para aproximações NPA (non-precision approaches), para aproximações APV
(aproximação com orientação vertical) e uso de temperatura compensada.
Detalhando, os E-Jets estão
certificados, atualmente, para:
- Aproximações LNAV / LNAV-VNAV e uso de
temperatura compensada;- Aproximações overlay (NDB, VOR);
- Aproximações com RNP de até 0.3, inclusive com capacidade RF (radius-to-fix legs), normalmente exigida para RNP-AR;
- SID/STARR e em Rota, com RNP de até 1.0, aprovado com um sistema FMS (mínimo);
- Operação com sensores múltiplos em áreas oceânicas/remotas, quando despachado com sistema duplo (FMS, GPS e IRS);
- Operação com sensores múltiplos em áreas NAT-MNPS, quando despachado com sistema duplo (FMS, GPS e IRS);
- Operação em espaço aéreo com requisitos de RNAV/RNP-10, quando despachado com sistema duplo (FMS, GPS e IRS).
Para os E-Jets E-2, o FMS NG também é capacitado para
executar procedimentos LPV/GBAS.
Happy Landings.