ENTENDA O PBN (2020)

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)

 Notas:
 - 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.