La navegación aérea es el conjunto de técnicas y procedimientos que permiten conducir eficientemente una aeronave a su lugar de destino, asegurando la integridad de los tripulantes, pasajeros, y de los que están en tierra. La navegación aérea se basa en la observación del cielo, del terreno, y de los datos aportados por los instrumentos de vuelo.
Normativas Dependiendo de las condiciones mínimas de visibilidad, distancia de las nubes, y del tipo de espacio aéreo atravesado, existen dos conjuntos de reglas de obligado cumplimiento: las reglas de vuelo visual (visibilidad mayor de 5 millas náuticas [8 km] y techo de nubes por encima de los 1500 m) y las reglas de vuelo instrumental (operada mediante instrumentos). Los aviones de línea, por razones de seguridad, operan solamente bajo las reglas de vuelo instrumental, independientemente de las condiciones meteorológicas.
El elemento responsable en tierra de la navegación aérea es el control de tráfico aéreo, apoyado en la información proporcionada por los pilotos y por los sistemas de radar.
Navegación visual
En este tipo de navegación, el piloto debe identificar visualmente varios puntos de referencia a lo largo de su ruta. De esa manerá podrá determinar su posición correcta y hacer las correcciones necesarias en caso de existir desviaciones.
Navegación a estima
Llamada en inglés dead reckoning, representa el proceso mediante el cual, a partir de una posición previa conocida (llamada fix), y sabiendo el vector velocidad de la aeronave y el tiempo transcurrido, se obtiene (por integración en función del tiempo) la posición actual de la aeronave.
Este tipo de navegación tiene el inconveniente que los errores son acumulativos, es decir: Una pequeña desviación en las estimaciones iniciales de la posición se va convirtiendo con el paso del tiempo en un gran error, Es por esta razón que la navegación a estima debe combinarse con otros tipos de navegación (el visual, por ejemplo) para obtener una corrección de la posición que permita empezar una iteración "fresca" del método.
También es conveniente acotar que la navegación a estima en aeronáutica se usa para conocer la posición en 2D. Para obtener la altura se utilizan las indicaciones que proporcionan instrumentos como el altímetro barométrico.
Navegación autónoma
Se habla de navegación autónoma cuando ésta se realiza sin necesidad de utilizar puntos de referencia en la tierra ni otras ayudas. Al principio requiere partir de una posición conocida y en la realidad es necesario cotejar los resultados cada cierto tiempo usando otro tipo de navegación.
La más común de estas es la Navegación inercial, donde se utiliza un Sistema de Navegación Inercial (INS por sus siglas en inglés) que consiste en una plataforma estabilizada con giróscopos que sirve como marco de referencia.
Dentro de dicha plataforma, unos acelerómetros permiten medir los cambios de velocidad y, mediante integración sucesiva de los datos, obtener la posición de la aeronave y su actitud.
Debido a que la plataforma giro-estabilizada no es perfecta, en los cálculos se van introduciendo errores acumulativos que deben ser corregidos mediante fuentes externas al cabo de un cierto tiempo de vuelo (variable según la calidad del INS utilizado).
Navegación basada en ayudas
En este caso, contamos con la asistencia de dispositivos instalados en tierra que nos asisten como puntos de referencia en nuestra navegación. Pueden funcionar por radio o ser de naturaleza visual.
Ayudas de radio (Radioayudas)
Las radioayudas se pueden clasificar según el tipo de información que proporcionan:
•Dirección a un punto fijo: Este tipo de ayudas simplemente indica, mediante una aguja, la dirección en la que tendría que volar el piloto para llegar a un punto de referencia dado. A este tipo pertenece el sistema ADF/NDB.
•Azimutales: El azimut es el ángulo horizontal formado entre un eje de referencia (por ejemplo el vector radioayuda-norte magnético), y el vector radioayuda-aeronave. En esta clasificación entran, entre otros, el VOR y el ILS/LLZ.
Usar una radioayuda azimutal a menudo se denomina navegación theta, por la notación que recibe habitualmente el ángulo proporcionado (azimut).
•Cenitales: En este caso se proporciona el ángulo vertical entre el eje de referencia radioayuda-horizonte y el vector radioayuda-aeronave. El ILS/GS es el ejemplo típico.
•De distancia: Este tipo de ayudas proporcionan la distancia (o "telemetría") entre radioayuda y aeronave. Como esta distancia a menudo se denota como "rho", se habla entonces de navegación rho. A esta categoría pertenece el DME.
Ayudas visuales
Utilizadas casi desde los inicios mismos de la aviación, por lo general están asociadas a la operación de aterrizaje:
•De punto fijo: Permiten identificar fácilmente desde lo lejos un punto de referencia importante. El faro aeronáutico es el ejemplo típico.
•De dirección: Proporcionan al piloto información valiosa sobre la dirección de, por ejemplo, el viento (manga de viento) o el eje de la pista (luces de eje de pista).
•De elevación: En este caso se indica al piloto el ángulo vertical con el que se aproxima a la pista. Entran en esta categoría los sistemas de luces PAPI, VASIS, etc.
Navegación por satélite
Los últimos avances en la tecnología espacial están generando una revolución en la manera como se realiza la navegación. De hecho, se estima que antes del 2020 los sistemas basados en navegación por satélite sustituyan a casi todos los demás sistemas utilizados actualmente.
Estos sistemas reciben el nombre genérico de GNSS (Global Navigation Satellite Systems) porque su cobertura es mundial. Los representantes más importantes son:
•GPS: Sistema estadounidense de origen militar, es actualmente el más conocido y desarrollado. Empezó a operar a principios de la década de 1980 y se están ejecutando planes para su modernización.
•GLONASS: La respuesta soviética al GPS, con las dificultades económicas de la ex-URSS cayó a niveles de inoperatividad. Sin embargo, hay planes de reactivarlo gracias a la ayuda de la Unión Europea.
•GALILEO: Es el futuro sistema GNSS, totalmente civil, actualmente en desarrollo por parte de la Unión Europea. Poseerá características que lo harán mucho más avanzado que el GPS.
Es muy importante acotar que en la actualidad ninguno de los sistemas GNSS operativos pueden utilizarse, por sí solo, como método único de navegación aérea. Hay dos causas principales para esto:
En primer lugar, el sistema GPS es de naturaleza militar y no hay garantía de que opere continuamente para los usuarios civiles.
En segundo lugar, ninguno de los sistemas GNSS proporciona actualmente integridad, es decir, la garantía de que el piloto recibirá rápidamente y de manera automática la advertencia de que el sistema tiene una falla y dejó de funcionar adecuadamente.
Es por esta razón que se han desarrollado sistemas adicionales a los GNSS que los complementan. Éstos son los llamados Sistemas de Aumento y existen básicamente tres categorías:
•SBAS: Sistemas de aumento basados en satélites. Proporcionan satélites auxiliares con funciones específicas que complementan a los GNSS y los hacen aptos para navegación en ruta y aproximaciones a la pista. Los ejemplos son WAAS (estadunidense), EGNOS (europeo) y MSAS (japonés).
•GBAS: Sistemas de aumento basados en instalaciones en tierra. El ejemplo típico es el LAAS (aún en desarrollo) y son de corto alcance y enfocados a la asistencia en el aterrizaje.
•ABAS: Sistemas de aumento basados en instrumentos a bordo de la aeronave. Combinan información de varios instrumentos aeronáuticos y en función de esto monitorizan el estado de los satélites GNSS. RAIM es uno de ellos.
Definiciones básicas sobre navegación aérea
A continuación encontrará una serie de definiciones que es necesario tener en cuenta para abordar temas más complejos relacionados con la navegación aérea.
Trayectoria, ruta, tramo y waypoints
*Trayectoria: Se define como el conjunto de puntos del espacio por los cuales pasa la aeronave durante su vuelo.
*Ruta: Es la curva resultante de proyectar la trayectoria sobre la superficie de la Tierra.
*Waypoints: Son puntos conocidos a lo largo de la ruta, y a menudo resaltan por alguna razón en particular (Lugares de reporte obligatorio, puntos de intersección de aerovías, etc.).
*Tramo: Llamado en inglés "leg" (pierna), se define como un segmento de ruta comprendido entre dos waypoints.
La siguiente figura ilustra la relación entre los conceptos anteriores:
El Norte
El aparentemente simple concepto de "Norte" engloba una serie de definiciones que es necesario conocer y diferenciar adecuadamente:
•Norte geográfico: Es el que viene dado por la intersección del eje de rotación de la Tierra con la superficie de la misma [1]. Es llamado también "Norte verdadero", y en él confluyen todos los meridianos.
•Norte magnético: Es el punto donde la mayor parte de las líneas de fuerza del campo magnético terrestre entran en la superficie. Se puede detectar utilizando instrumentos tales como la brújula y la "flux valve" (equivalente a la brújula en las aeronaves modernas).
Es importante hacer notar que el norte geográfico y el magnético NO coinciden, y que además el norte magnético cambia su posición con el tiempo.
•Declinación magnética: Es el ángulo de desviación entre las posiciones del norte magnético y geográfico, vistas desde un punto en particular. Se denota como D y se considera positiva cuando el ángulo medido está hacia el Este del norte verdadero, y negativo en caso contrario.
En términos prácticos, lo anterior significa que si sobre un punto de la superficie terrestre la brújula marca un rumbo de 115º, y sabemos que la declinación magnética en ese punto es 4º E, el rumbo verdadero serán 119º.
En la figura a continuación se representa la declinación magnética para dos puntos diferentes de la superficie terrestre. Note que en uno de ellos la geometría es tal que la declinación es cero.
•Líneas isógonas: Se llaman así a las líneas que, sobre las cartas de navegación o los mapas, unen puntos que tienen la misma declinación magnética. Son también denominadas Líneas Isogónicas. Adicionalmente, si una línea corresponde a puntos con declinación 0º, se habla de Línea Agónica.
Seguidamente se presenta un mapa mundial con los valores de la declinación magnética para el año 2000.
•Desviación magnética: Es el error angular cometido por la brújula o flux valve. El fabricante de la aeronave puede corregirla hasta cierto punto.
El esquema a continuación presenta la relación entre los nortes geográfico, magnético y de la brújula con sus correspondientes diferencias angulares.
•Norte de la Cuadrícula: Cuando se navega a grandes latitudes (muy al norte o muy al sur del planeta), no tiene sentido guiarse por el norte magnético debido, entre otras cosas, a las grandes declinaciones implicadas.
Es por ello que se define arbitrariamente el Norte de la Cuadrícula como el norte indicado por los meridianos de la carta de navegación que se está usando para navegar.
Curso, derrota, rumbo y marcación
*Curso deseado: Es el ángulo entre el norte (cualquiera que se esté usando: Magnético, geográfico, etc) y la línea recta que une dos waypoints sucesivos en la ruta. En inglés se denomina "Desired Track", y se abrevia DTK.
*Derrota: Es el ángulo entre el norte y la línea tangente a la ruta (dicha tangente corresponde, por cierto, al vector velocidad de la aeronave). En inglés se le llama "Track" o TK.
*Error transversal: El error transversal o "Cross-Track Error" (XTE) es la distancia perpendicular entre la posición de la aeronave y la línea que representa al curso deseado.
Es conveniente tener en cuenta que la diferencia entre el curso deseado (DTK) y la ruta realmente seguida (TK) por lo general es producida por factores externos tales como el viento cruzado (en el caso de las aeronaves) o las corrientes marinas (si se habla de barcos).
*Rumbo: El rumbo o "Heading" (HDG) es el ángulo entre el norte y el eje longitudinal de la aeronave (hacia donde apunta su nariz). No coincide necesariamente con el vector velocidad (Track) dado que es posible, por ejemplo, que el piloto modifique el rumbo para contrarestar un viento cruzado.
*Marcación: Se define como el ángulo entre el norte y la línea recta que une a un punto de referencia dado con la aeronave. A menudo, el punto de referencia coincide con alguna instalación importante en tierra tal como una radioayuda. En inglés se le llama "Bearing".
*Note que el "bearing" dependerá siempre del punto que se esté tomando como referencia.
La siguiente ilustración presenta la relación entre los conceptos anteriores.
Tiempos estimados en ruta y de llegada
*ETA: Estimated time for Arrival es el tiempo estimado que falta para que la aeronave arribe a su punto de destino propuesto.
Radioayudas a la Navegación Aérea
Hoy en día las radioayudas conforman la columna vertebral del sistema de navegación aérea mundial. Introducidas en el primer tercio del siglo XX, su desarrollo ha ido aparejado al de la electrónica, lo que explica algunas de las características que algunas de ellas presentan. La asistencia que ofrecen a las tripulaciones de las aeronaves es invaluable, y son en buena medida responsables del extraordinario nivel de seguridad en el transporte aéreo moderno.
Por otro lado, en el momento actual la infraestructura de las radioayudas se encuentra en una fase de transición. La aparición y desarrollo de los Global Navigation Satellite Systems (GNSS) está cambiando completamente el panorama de las ayudas a la navegación. Por ello, se prevee que próximamente muchas de las radioayudas utilizadas actualmente sean reemplazadas por sistemas basados en satélites.
Sin embargo, a pesar de lo anterior es importante entender los fundamentos del funcionamiento de las radioayudas pues el intervalo de transición podrá extenderse hasta un par de décadas. Mientras tanto, es necesario seguir utilizando la infraestructura instalada y sacarle el máximo provecho posible.
A continuacion veremos un enlace para un video que nos ilustra mejor la navegacion aerea.
http://www.youtube.com/watch?v=u-M4l7CRGW8
