CONCEITO CNS/ATM
Universidade Tuiuti do Paraná – Faculdade de Ciências Aeronáuticas Curitiba PR
Gustavo Matschinske
CONCEITO CNS/ATM
Trabalho de conclusão de curso apresentado ao Curso de Graduação de Tecnologia em Pilotagem Profissional de Aeronaves, da Universidade Tuiuti do Paraná – Faculdade de Ciências Aeronáuticas, como parte das exigências para a obtenção do titulo de Tecnólogo em Pilotagem Profissional da Aeronaves.
Orientador: João Carlos Matioda
Universidade Tuiuti do Paraná – Faculdade de Ciências Aeronáuticas Curitiba PR
SUMÁRIO AGRADECIMENTOS...4 RESUMO...5 ABSTRACT...6 APRESENTAÇÃO...7 ABREVIATURAS...8 INTRODUÇÃO...10 1 O CONCEITO CNS/ATM...10 2 ELEMENTOS DO CNS/ATM...11 2.1 COMUNICAÇÃO...11 2.2 NAVEGAÇÃO...12
2.2.1 Sistema Global de Navegação por Satélites (GNSS)...12
2.2.2 Navegação de Área (RNAV)...15
2.2.3 Performance de Navegação Requerida (RNP)...15
2.2.4 Redução dos Mínimos de Separação Vertical (RVSM)...17
2.3 VIGILÂNCIA...18
2.4 GERENCIAMENTO DO TRÁFEGO AÉREO (ATM)...20
3 CUSTOS / BENEFÍCIOS...21 3.1 RNAV / RNP5...21 3.1.1 Custos...21 3.1.2 Benefícios...22 3.2 RVSM...24 3.2.1 Custos...24 3.2.2 Benefícios...25
3.3 SISTEMA GLOBAL DE NAVEGAÇÃO POR SATÉLITES (GNSS)...26
3.3.1 Custos...26
3.3.2 Benefícios...27
4 METEOROLOGIA NO CONCEITO CNS/ATM...29
5 CNS/ATM E O MEIO AMBIENTE...30
CONCLUSÃO...32 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS...34
AGRADECIMENTOS
Agradeço primeiramente a Deus por me dar saúde e inspiração para a realização deste trabalho. Agradeço aos meus pais Carlos W. Matschinske e Elfrena Matschinske que sempre me deram todo apoio possível para minha formação profissional e pessoal, aos quais devo grande parte do que sou.
Agradeço também a todo o corpo docente do Curso Superior de Tecnologia em Pilotagem Profissional de Aeronaves e de forma especial ao professor orientador João Carlos Matioda pelo suporte dado a esse projeto de pesquisa e pela incessante dedicação para disseminação dos conhecimentos aeronáuticos.
RESUMO
O conceito CNS/ATM (comunicação, navegação, vigilância/ gerenciamento do tráfego aéreo) foi criado recentemente pela OACI (Organização de Aviação Civil Internacional) para solucionar alguns problemas relacionados ao tráfego aéreo como redução dos atrasos, aumento da capacidade do espaço aéreo, mais segurança e economia, com rotas mais diretas, sistemas de navegação mais precisos e baratos e atualização de tecnologia. Ele inclui outros conceitos como Navegação de Área (RNAV), de Performance de Navegação Requerida (RNP), Redução dos Mínimos de Separação Vertical (RVSM) e também a implementação do Sistema Global de Navegação por Satélite (GNSS). Estes conceitos são apresentados e avaliados qualitativamente no decorrer do trabalho. São também apresentadas outras mudanças e conceitos decorrentes da implantação do conceito CNS/ATM, que colaboram para a evolução global da aviação.
ABSTRACT
The CNS/ATM concept (Communications Navigation Surveillance / Air Traffic Management) was recently created by ICAO (International Civil Aviation Organization) to solve some problems related to the air traffic, as reduction of delays, increase the air space capacity, more safety and economy, with direct routes, more accurate and cheaper navigation systems and a technology upgrade. Other concepts are included as: Area Navigation (RNAV), Required Navigation Performance (RNP), Reduced Vertical Separation Minimum (RVSM) and also the implementation of the Global Navigation Satellite System (GNSS). These concepts are presented and evaluated qualitatively in the course of the work. Its also presented other changes and concepts arising from the implementation of CNS/ATM concept, which contribute to overall development of aviation.
APRESENTAÇÃO
O transporte aéreo está entre os setores com crescimento mais rápido da economia mundial, a cada ano milhares de pessoas optam por este meio de transporte como sendo o preferencial. A segurança, eficiência, qualidade e velocidade são atrativos a esse setor. Porém, para manter o crescimento com segurança é necessário uma nova estrutura que suporte o crescente volume de tráfego.
Um novo conceito chamado de CNS/ATM (comunicação, navegação, vigilância e gerenciamento do trafego aéreo) surgiu para solucionar este problema, mas sua implementação será lenta e gradual até que todos os estados membros da OACI tenham condições de usufruir dos benefícios (OACI, doc. 9750 global air navigation plan).
O conhecimento deste conceito é importante à todos do meio aeronáutico especialmente a pilotos e controladores, os quais serão diretamente afetados com as mudanças. Este conceito será apresentado no decorrer do trabalho, assim como uma avaliação dos seus benefícios, viabilidade, se esse sistema realmente atenderá as expectativas de maneira eficiente e eficaz e possíveis problemas na sua na sua implementação, mudança na conduta dos pilotos e controladores e as conseqüências em outros setores da aviação e até mesmo no meio ambiente.
ABREVIATURAS
ABAS Sistema de Aumentação de Bordo Aircraft Based Augmentation System ATC Controle de Tráfego Aéreo
Air Traffic Control
ATM Gerenciamento de Tráfego Aéreo Air Traffic Management ATS Serviço de Tráfego Aéreo Air Traffic Service CAR/SAM Caribe e América do Sul
Caribbean and Suth American
CAT Categoria de Aproximação por Instrumentos CFIT Colisão de Vôo Controlado Contra o Terreno
Controlled Flight Into Terrain
CNS Comunicação, Navegação e Vigilância Comunication, Navigation and Surveillance DECEA Departamento de Controle do Espaço Aéreo DME Equipamento Medidor de Distância
Distance Measurement Equipament FAA Federal Aviation Administration
FANS Sisteme de Navegação do Futuro Future Air Navigation System FL Nível de Vôo
Flifght Level
FMC Computador de Gerenciamento de Vôo Flight Management Computer
GBAS Sistema de Aumentação Baseado em Solo Ground Based Augmentation System
GNSS Sistema Global de Navegação Por Satélites Global Navigation Satellite System
GPS Sistema de Posicionamento Global Global Position System IFR Regras de Vôo por Instrumentos Instument Flight Rules
ILS Sistema de Pouso por Instrumentos Instrument Landing System
OACI Organização de Aviação Civil Internacional RNAV Navegação de Área
Area Navigation
RNP Performance de Navegação Requerida Required Navigation Performance RVSM Redução dos Mínimos de Separação Vertical
Reduced Vertical Separation Minima
SBAS Sistema de Aumentação Baseado em Satélites Satellite Based Augmentation System
SID Saída Padrão por Instrumentos Standard Instrument Departure STAR Rota Terminal Padrão de Chegada
Standard Terminal Arrival Route
TCAS Sistema de Alerta de Tráfego e Aviso de Colisão Traffic Allert and Collision Avoidance System VOR Rádiofarol Omnidirectional em VHF
VHF Omnidirectional Radio Range VHF Very Hight Frequency
INTRODUÇÃO
A indústria do transporte aéreo possui uma grande participação na economia mundial e permanece como um dos setores de mais rápido crescimento no mundo (OACI, doc. 9750 global air navigation plan). Nos últimos anos a procura por este meio de transporte tem apresentado um incrível aumento no volume de tráfego, seja no transporte de cargas, lazer ou a negócios. De acordo com estimativas da OACI (Organização da Aviação Civil Internacional), a contribuição direta da aviação civil na economia mundial para o ano de 1998 foi de US$ 370 bilhões, e atualmente essa contribuição passa de US$ 1 trilhão. A Airbus prevê um crescimento no numero de passageiros de 5,3% por ano até o ano de 2023 (Airbus, Global Market Forecast 2004-2023).
Mas todo esse crescimento não será possível com o atual sistema de controle e gerenciamento do tráfego aéreo. Para possibilitar o constante crescimento do setor aeronáutico, a OACI e outros órgãos desenvolveram e estão investindo em um novo conceito conhecido como CNS/ATM (Communications Navigation Surveillance / Air Traffic Management), a sua implantação resultará em mudanças em muitos setores da aviação e a atualização de tecnologias.
Este novo conceito é apresentado no decorrer do trabalho assim como várias das mudanças para sua implantação e uma avaliação qualitativa de alguns dos seus elementos considerando custos e benefícios.
1. O CONCEITO CNS/ATM
Em 1991 a OACI tendo em vista o crescimento e as necessidades da aviação civil para o próximo século, criou na décima convenção de navegação aérea um conceito chamado FANS Future Air Navigatin System (Sistema de navegação aérea do futuro). Porém ele envolvia uma série de outras áreas e tecnologias inter-relacionadas baseadas principalmente em satélites, então o conceito FANS passou a ser conhecido como CNS/ATM Communications Navigation Surveillance / Air Traffic
Management ( Comunicação Navegação Vigilância / Gerenciamento de Trafego Aéreo), (OACI, doc. 9750 global air navigation plan).
O resultado desta conferência foi uma série de acordos e recomendações que convergiam totalmente para o conceito CNS/ATM, e que continua a oferecer orientações e direções em toda a comunidade da aviação civil para a implementação técnica e operacional do sistema CNS/ATM.
O endosso que o sistema CNS/ATM alcançou na décima conferencia de navegação aérea representou o começo de uma nova era na aviação civil internacional, ele serve de base para a implementação de vários outros sistemas e atividades ao redor do planeta. A OACI também ressaltou a importância do apoio para a agilidade na implementação por parte de todos os estados membros, espera-se que até o ano de 2010 o sistema esteja operacional em nível mundial.
2 ELEMENTOS DO CNS/ATM 2.1 COMUNICAÇÃO
A comunicação entre os pilotos e os controladores deixará de ser feita essencialmente por voz e passará a ser utilizada a transferência de mensagens e dados via data link. As mensagens de voz serão usadas apenas em casos de emergência ou urgência e para vetoração de tráfegos conflitantes (CNS/ATM beyond 2012, http://www.gisdevelopment.net/technology/gps/ma04082a.htm, acessado em 30/10 08).
Os rádios VHF analógicos atuais não suportam a tecnologia para comunicações data link. Para operação VHF data link (VDL) é necessário um equipamento VHF digital radio (VDR).
HF data link (HFDL) poderá ser utilizado para comunicação data link a qualquer hora e em qualquer lugar via ondas em HF com estações em solo para maior confiabilidade e menor distorção. A comunicação de dados digitais com a ajuda de satélites geo-estacionários também será possível, será feita em freqüências que
variam de 1545 a 1555 MHz e 1646.5 a 1656.5 MHz (CNS/ATM beyond 2012, http://www.gisdevelopment.net/technology/gps/ma04082a.htm, acessado em 30/10 08).
Comunicação data link piloto-controlador (CPDLC) facilitará o acesso dos controladores as informações de vôo das aeronaves e suas respectivas rotas. Os pilotos deverão obedecer os procedimentos e a fraseologia adequados para entrarem em contato via CPDLC, as comunicações dos pilotos deverão ser feitas para o órgão ATC apropriado para a rota, caso contrário a mensagem será rejeitada pelo controle.
2.2 NAVEGAÇÃO
A navegação deixará de ser baseada em auxílios rádio em terra e passarão a ser utilizados satélites como auxílios primários a navegação (Siqueira, Navegação Aérea Segundo CNS/ATM: custos e benefícios). O aperfeiçoamento da navegação segundo o conceito CNS/ATM, visa proporcionar uma navegação eficiente, segura e de cobertura global sob quais quer condições de tempo. Para tanto é utilizado o sistema global de navegação por satélite (GNSS) como infra-estrutura de navegação e os conceitos de navegação de área (RNAV), performance de navegação requerida (RNP) e redução dos mínimos de separação vertical (RVSM) como elementos de gestão do espaço aéreo.
2.2.1 Sistema Global de Navegação por Satélites GNSS
O sistema de navegação global por satélites (GNSS) é o elemento chave da navegação aérea segundo o conceito CNS/ATM, constituindo a base do aprimoramento da navegação aérea devido a suas características de ampla cobertura e de precisão (OACI, Global Navigation satellite System Manual 2003).
O funcionamento básico dos sistemas de posicionamento pos satélites consiste na determinação da posição do usuário a partir do conhecimento das coordenadas de
posição de três pontos quaisquer e da distancia entre o usuário e cada um destes pontos.
O GNSS é formado por um conjunto de satélites e de estações em terra que permitem que um móvel possa determinar sua posição com a precisão e a confiabilidade necessárias.
Para compor o segmento espacial do GNSS em sua primeira fase, o governo americano ofereceu gratuitamente o Sistema de Posicionamento Global (GPS) para a OACI por tempo indeterminado, comprometendo-se a um aviso prévio de pelo menos seis anos para alterar esta oferta. O governo russo também fez sua oferta, o Sistema de Satélites de Navegação Global (GLONASS) gratuitamente por um período de 15 anos a partir de 1996. Porém ambos os sistemas não atendem completamente os requisitos de desempenho estabelecidos pela OACI para os sistemas de navegação (precisão, integridade, continuidade e disponibilidade) necessitando de complementos por sistemas de aumentação.
Devido aos problemas técnicos que tem apresentado o GLONASS, a OACI decidiu que somente o GPS integrará o GNSS em sua primeira fase. O GLONASS será integrado posteriormente, tão logo seu desempenho atinja os níveis especificados (OACI, CAR/SAM regional plan for the implementation of the CNS/ATM system).
Em 2010 o GNSS será integrado também pelo sistema europeu GALILEO, primeiro sistema mundial de posicionamento construído para fins civis (Siqueira, Navegação Aérea Segundo CNS/ATM: custos e benefícios).
Dependendo da utilização pretendida, o GNSS deve ser viabilizado pela combinação de alguns elementos: sistema de posicionamento (GPS, GLONASS), receptor GNSS nas aeronaves, sistema de aumentação baseado em satélites (SBAS), sistema de aumentação baseado em solo (GBAS) e sistema de aumentação de bordo (ABAS).
O sistema de aumentação baseado em satélites (SBAS) constitui-se de dois elementos.
Segmento solo: composto de uma rede de estações em terra para monitoramento e processamento, que recebem o sinal do GPS e calculam a correção diferencial.
Segmento espacial: composto de satélite de comunicação geoestacionário, que recebe a informação de correção das estações em terra e a retransmite para a aeronave.
Esse sistema promove suficiente melhoria de performance de navegação necessária para todas as fases do vôo em rota, em área terminal, e em aproximações de não precisão.
O sistema de aumentação baseado em solo (GBAS) consiste em um conjunto de estações no solo em posições conhecidas que monitoram, determinam e corrigem os erros do sistema GPS por meio de mensagens de correção transmitidas aos receptores localizados em sua área de cobertura. A precisão do GBAS é maior que a do SBAS, porém sua área de cobertura é inferior.
O GBAS é o único sistema capaz de atender aos requisitos operacionais especificados para as aproximações de precisão CAT ll e CAT lll (DEPV, revista aero espaço, agosto de 2000).
Ele pode substituir vários equipamentos de pousos por precisão CAT ll e lll em mais de um aeroporto em um raio de 20 milhas náuticas.
O sistema de aumentação de bordo (ABAS) é uma forma genérica utilizada pela OACI para descrever o sistema de monitoramento autônomo de integridade (RAIM) ou similares.Estes sistemas estão presentes em vários aparelhos GPS, monitorando os sinais captados e alertando o usuário em caso de falha (DEPV, Sistema de posicionamento global, AIC N17/99).
São necessários cinco satélites para viabilizar a função RAIM. Os sistemas mais modernos são capazes de prever a disponibilidade da função RAIM no horário estimado de início de procedimento. Havendo previsão de indisponibilidade desde 15 minutos antes até 15 minutos depois do horário estimado de pouso, não será permitido
iniciar o procedimento. Quando isso ocorre, a aeronave deve acionar os equipamentos básicos de navegação aérea apropriados a rota a ser voada.
2.2.2 Navegação de Área (RNAV)
A navegação de área é um método de navegação que permite a aeronave operar em qualquer trajetória desejada, dentro da área de cobertura dos auxílios à navegação usados como referência ou dentro dos limites da capacidade dos sistemas autônomos de navegação ou ainda a combinação de ambos (OACI, Doc 9613 Manual sobre la performance de navegación requerida-RNP).
A prática de RNAV já era possível desde a década de 60, utilizando como referencia estações VOR/DME ou DME/DME. Mas foi com o surgimento do GPS que o conceito ressurgiu com maior força, devido as características de cobertura global e desempenho do sinal.
A prática de RNAV proporciona maior flexibilidade no desenho dos procedimentos, permitindo que sejam executadas as trajetórias mais convenientes para aproximação e saída, trajetórias quase diretas da origem para o destino sem a necessidade de bloqueio de auxílios de radio navegação e também é possível ampliar significativamente o número de aerovias e a máxima utilização do espaço aéreo, gerando mais economia para a empresa. Os procedimentos RNAV também reduzem ao mínimo a comunicação entre o piloto e o controlador e garantem maior segurança.
2.2.3 Performance de Navegação Requerida (RNP)
Antigamente para o cumprimento de uma determinada performance de navegação a OACI prescrevia o uso obrigatório de um determinado equipamento de navegação de bordo. Mas com o tempo, surgiram vários outros equipamentos de bordo e sistemas de navegação. Então o comitê FANS criou o conceito de Performance de Navegação Requerida, que é uma graduação da precisão de
navegação necessária para voar em determinado segmento do espaço aéreo (OACI, Doc 9613 Manual sobre la performance de navegación requerida-RNP).
Os tipos de RNP foram criados para prover níveis conhecidos de precisão para navegação. A RNP permite aumentar a capacidade e a eficiência do espaço aéreo com níveis mais altos de segurança. A Performance de Navegação Requerida é dada por RNP X, em que X é o afastamento máximo em milhas náuticas em relação a posição desejada. Por exemplo RNP 5 significa que o afastamento máximo tolerado é de 5 milhas náuticas em torno da posição pretendida por 95% do tempo de vôo.
A RNP é um elemento importante na determinação da largura das rotas e de normas seguras de separação, embora não possa ser o único critério para determina-las, outros fatores devem ser considerados como trafego local, infra-estrutura do espaço aéreo, pontos de conflito existentes e outros (FAA Road map for performance based navigation).
Um conceito chamado de RNP-RNAV esta em desenvolvimento a partir do conceito RNP, e introduz requisitos de integridade, disponibilidade e continuidade para prover 99,999% de confinamento. Assim o risco de ter uma aeronave fora do raio RNP sem que o piloto seja alertado é menor que 1 em 100000 (Siqueira, Navegação Aérea Segundo CNS/ATM: custos e benefícios).
A figura 1 (abaixo) mostra um exemplo da utilização das RNPs em função dos diferentes níveis e fases do vôo. Observa-se que na fase se vôo em rota a RNP é maior, dando mais liberdade ao piloto para fazer desvios visto que a possibilidade de colisão é menor.
Fig. 1. Tipos de RNP de acordo com os níveis de vôo. (CHUJO, Amália M. Potenciais aplicações estratégicas do sistema CNS/ATM)
2.2.4 Redução dos Mínimos de Separação Vertical (RVSM)
Com a diminuição da precisão dos altímetros de pressão com o acréscimo da altitude, na década de 60 foi estabelecido que os mínimos de separação vertical acima do nível de vôo 290 deveriam ser de 2000 pés.
Em 1990 a OACI reconheceu que era necessária a diminuição da separação entre as aeronaves devido ao crescente trafego de aeronaves e custos com combustíveis. Essa redução da separação seria segura rentável e viável para as aeronaves mais modernas da época, com sistemas de alerta de altitude e piloto automático.
Então criou-se a Redução dos Mínimos de Separação Vertical (RVSM), que consiste na aplicação da separação vertical de 1000 pés entre os níveis de vôo 290 e FL 410 inclusive (DECEA, AIC N05/03 separação vertical mínima reduzida). O que resultou em mais seis níveis de vôo e um aumento da capacidade do espaço aéreo.
Para operação no espaço aéreo RVSM as aeronaves devem possuir: dois altímetros independentes, transponder de radar secundário com reporte de altitude, sistema de alerta de altitude, sistema de controle automático de altitude e em alguns países o sistema de alerta de trafego e aviso de colisão (TCAS) (JAA, Leaflet 6 guidance material on the approval of aircraft and operators for flight in airspace above flight level 290 where a 1000ft vertical separation minimum is applied).
No Brasil a RVSM entre os níveis FL 290 e FL 410 foi implementada em todo espaço aéreo nacional em janeiro de 2005, e vem gerando economia de combustível e menos atrasos para as empresas aéreas.
Com a figura 2 é possível visualizar os novos níveis de vôos criados com a RVSM e o melhor aproveitamento do espaço aéreo.
Fig. 2. Novos níveis de vôo entre o FL290 e o FL 410 (CHUJO, Amália M. Potenciais aplicações estratégicas do sistema CNS/ATM)
2.3 VIGILÂNCIA
A vigilância é parte fundamental para um controle de trafego aéreo com segurança e eficiência, desta forma, ela também deve sofrer algumas atualizações
para absorver o crescente volume de tráfego. O sistema de vigilância fornece ao controlador a posição da aeronave, seu deslocamento, informações necessárias para assegurar uma separação adequada entre as aeronaves, monitorar o trafego aéreo e auxiliar os pilotos com a navegação.
O sistema de vigilância pode ser dividido em dois tipos: vigilância dependente e vigilância independente. No sistema dependente de vigilância a posição da aeronave é determinada a bordo e então transmitida para o controle de trafego aéreo. O sistema independente de vigilância funciona como o radar primário, ele mostra a posição da aeronave a partir do solo (CNS/ATM beyond 2012, http://www.gisdevelopment.net/technology/gps/ma04082a.htm, acessado em 30/10 08).
Atualmente a posição da aeronave é determinada por reportes de posição via radio comunicações (voz) e por radares em solo, em alguns lugares com maior tráfego são também utilizados radares secundários com o modo S, que informam também a altimetria.
Em áreas mais remotas como os oceanos em que não há cobertura radar, será fornecida vigilância usando o sistema de Vigilância Dependente Automática (ADS). Por esse sistema a aeronave transmite automaticamente via data link informações como: sua posição, hora, rota, velocidade em relação ao solo, altitude, proa magnética, próximo ponto de notificação e vários outros dados para o órgão de controle que visualiza em um pseudo radar a aeronave e seu deslocamento. Este sistema de vigilância também reduz os custos de intra-estrutura e manutenção em comparação com os atuais radares. Existem três tipos de vigilância dependente automática, ADS-A, ADS-B e ADS-C.
ADS-A (Addressed) opera apenas no modo ar solo e a pedido do ATC e o controlador decide quais informações são necessárias para controlar cada aeronave. Um contrato de comunicação deve ser feito entre o equipamento de bordo e o sistema se solo, para então ser capaz de receber qualquer reporte ADS.
ADS-B (Broadcast) É um conceito de vigilância em que a aeronave receba e transmita sua posição via data link para o controle e para as outras aeronaves próximas, ele permite que uma determinada aeronave tenha conhecimento dos outros
tráfegos em sua proximidade (Surveillance and broadcast, disponível em http://www.faa.gov/about/office_org/headquarters_offices/ato/service_units/enroute/sur veillance_broadcast/ 01/11/08). A visualização destas informações pode ser feita em equipamentos portáteis ou em monitores integrados aos sistemas de navegação das aeronaves. Esse sistema pode também ser usado em veículos e outras facilidades de solo para transmitirem e receberem as informações de outros veículos ou aeronaves próximas.
ADS-C (Contracts) Divide-se em três tipos de contratos que podem ser feitos para a transferência dos dados; contrato periódico, contrato de ocorrência e contrato de demanda. Eles se diferem nos tipos e na freqüência de utilização dos serviços prestados pelo órgão de controle.
Fig. 3. Exemplo de visualização das informações ADS em uma aeronave (FAA web site)
2.4. GERENCIAMENTO DO TRÁFEGO AÉREO (ATM)
Os avanços nos sistemas de comunicações, navegação e vigilância tem como propósito um melhor gerenciamento do tráfego aéreo. Porém, devemos lembrar que o
gerenciamento do tráfego aéreo não é apenas o controle das aeronaves. O ATM é um conceito amplo que engloba o controle de tráfego aéreo (ATC), o gerenciamento do fluxo de tráfego aéreo (ATFM), serviços de tráfego aéreo (ATS), gerenciamento do espaço aéreo (ASM) e todas as operações aéreas com o objetivo de permitir o crescimento da aviação em nível global, com mais segurança, rapidez e economia.
Um gerenciamento do tráfego aéreo atualizado é fundamental para que em um futuro próximo todos possam continuar voando.
3 CUSTOS / BENEFÍCIOS
Todo o avanço que o conceito CNS/ATM vai trazer, assim como outras novas tecnologias com possíveis benefícios para a aviação são muito bem vindos. Porém é fundamental que as novas tecnologias sejam viáveis e rentáveis para que possam ser adotadas de maneira plena na aviação. A seguir observa-se uma análise qualitativa com os custos e os benefícios de alguns elementos do CNS/ATM.
3.1 RNAV/RNP 5
O primeiro elemento a ser analisado é a implantação de RNAV/RNP 5 no Brasil. Ele apresenta um ótimo desempenho, custos relativamente baixos e vários benefícios.
3.1.1 Custos
De maneira geral os custos ficarão a cargo dos operadores e do órgão ATS. Os operadores terão o custo para a aprovação operacional RNAV/RNP 5 , que consiste em provar para a autoridade aeronáutica que a aeronave atende aos seguintes requisitos: Certificado de aeronavegabilidade RNAV/RNP 5, e que os tripulantes técnicos foram treinados.
O certificado de aeronavegabilidade atesta que a aeronave foi inspecionada ou modificada e atende as especificações de navegação requeridas. Ela deve possuir os
seguintes equipamentos: um ou mais equipamentos RNAV, Unidade de Monitoramento e controle (CDU), monitor de navegação, um receptor GPS + ABAS e equipamento VOR/DME (FAA AC No:90-96)
O equipamento RNAV deve ter pelo menos as seguintes funções: continua indicação da posição da aeronave em relação à rota pretendida, indicação de distancia e tempo até o próximo ponto da rota, rumo e velocidade, 4 pontos de armazenamento no mínimo e capacidade de indicação de falha do sistema RNAV e dos sensores utilizados.
É importante lembra que no Brasil, grande parte das aeronaves da aviação comercial já possuem equipamento com capacidade superior ao RNP 5, pois já são fabricadas com FMS acoplados com sistema de navegação GPS.
Todo FMS fabricado é capaz de atender aos padrões da OACI para RNP 5 ou melhor (Mitre corporation, planejamento do sistema aeroportuário e do espaço aéreo da região de São Paulo).
O treinamento dos tripulantes técnicos é de responsabilidade da companhia, de modo a manter seu corpo de tripulantes técnicos devidamente habilitado. O treinamento é teórico (baixo custo) e inclui algumas definições, requisitos e mudanças para o RNP 5.
Os outros custos referentes a implementação, treinamento dos controladores e outras modificações ficarão a cargo do Departamento de Controle do Espaço Aéreo (DECEA).
O treinamento dos controladores vai assegurar que eles estejam devidamente familiarizados com o novo procedimento e no caso de pequenas mudanças, algumas sessões breves de instrução para explicar a nova rota e revisar a fraseologia correta.
A implementação do RNAV/RNP 5 consiste apenas da modificação e publicação de cartas de navegação e outros documentos com os novos procedimentos (Siqueira, Navegação Aérea Segundo CNS/ATM: custos e benefícios).
Cada rota RNAV deve ser individualmente avaliada para determinar os seus benefícios, devendo ser considerados, o tráfego da rota, a distancia percorrida em relação a rota original, a taxa de crescimento anual do tráfego e outros fatores.
De maneira geral as rotas RNAV/RNP 5 irão gerar os seguintes benefícios: rotas diretas, aumento da capacidade de espaço aéreo, redução da vetoração radar e para o usuário em geral do transporte aéreo, mais segurança, menos atrasos e redução dos impactos ambientais (Siqueira, Navegação Aérea Segundo CNS/ATM: custos e benefícios).
As rotas diretas representam grande benefício para a redução dos custos operacionais, o uso de RNAV nos procedimentos de saída padrão por instrumento (SID) e nas rotas de chegada padrão nas terminais (STAR) também apresentam economia. Com distâncias e tempo de vôo reduzido resulta em economia de combustível e redução direta de outros custos operacionais. Os gastos com combustível, manutenção e revisão, salário dos tripulantes técnicos, comissários de bordo, tarifas com equipamentos de auxilio a navegação e a depreciação de equipamento de vôo estão diretamente ligadas a duração e a distância percorrida do vôo.
Segundo estimativas apresentadas no Plano Nacional de Implementação dos Sistemas CNS/ATM, a economia de combustível resultante da operação de rotas mais diretas no Brasil deverá corresponder a US$ 30 milhões em 2010 (COMAR, PCA 63-1).
Para aumentar a capacidade do espaço aéreo, reduzir atrasos e aumentar a segurança, a implantação da RNAV/RNP 5 permite o uso das seguintes soluções: localização otimizada das manobras de espera, rotas paralelas, SIDs e STARs otimizadas, trajetórias de desvio de densas áreas terminais, rotas alternativas ou de contingência, flexibilidade na realização de desvios de zonas meteorológicas de condições adversas e reposicionamento de interseções de aerovias que geram pontos de conflito.
A redução da vetoração radar acontecerá com a implementação de SIDs e STARs RNAV, e as aeronaves equipadas poderão navegar por conta própria ao longo de todo o percurso, desde o fixo de entrada na TMA até a aproximação final, assim é
eliminada grande parte das comunicações, reduzindo a carga de trabalho para controladores e pilotos.
A redução dos impactos ambientais acontece de duas formas: redução do ruído nas proximidades dos aeroportos e a redução da emissão de gases poluentes.
As técnicas RNAV/RNP 5 propiciam a criação de rotas e procedimentos visando satisfazer requisitos específicos de redução de ruído. (Siqueira, Navegação Aérea Segundo CNS/ATM: custos e benefícios) É possível adaptar os procedimentos visando o melhor aproveitamento da performance de cada aeronave para evitar áreas urbanas muito povoadas.
Para cada quilo de combustível queimado são emitidos na atmosfera (Eurocontrol, global aviation emission study 2004): 3,149kg de Co2, 1,230kg de H2O, 0,84g de SO2 e 10,34g de NOx.
A emissão dos gases provenientes da queima dos combustíveis das aeronaves agrava principalmente dois problemas ambientais, efeito estufa e reduz a camada de ozônio. Com a redução das distâncias voadas pelas aeronaves é possível obter uma significante redução na emissão de poluentes.
3.2 RVSM
3.2.1 Custos
Para a implantação do RVSM no Brasil os operadores arcarão com o custo da obtenção da aprovação operacional RVSM, e os custos com a implantação do RVSM no espaço aéreo ficam a cargo do órgão ATS.
Para o operador obter a aprovação operacional RVSM ele deve atendes aos seguintes quesitos: certificado de aeronavegabilidade RVSM, monitoramento da altitude, treinamento dos tripulantes técnicos e atender a um programa de manutenção. (anac.gov.br/segVoo/certificacao.asp, disponível em 2/11/08)
O certificado de aeronavegabilidade RVSM atesta que a aeronave foi inspecionada ou modificada para atender aos requisitos. A maioria das aeronaves
novas já possuem os equipamentos para RVSM, não necessitando de modificações, porém alguns outros modelos de aeronaves podem necessitar de varias modificações que resultam em custos elevados.
O monitoramento da altitude deve ser feito nas aeronaves com o certificado operacional para garantir a precisão da altitude e a segurança. O monitoramento da altitude pode ser feito de duas maneiras, uma baseada em equipamentos de aferição no solo (raio de ação pequeno e alto custo), e outra utilizando a tecnologia do GPS, mais econômica e viável.
Para a implementação o órgão ATS tem gastos apenas com o treinamento dos controladores e com a modificação de cartas e procedimentos.
3.2.2 Benefícios
O beneficio direto com a implementação do RVSM é a criação de mais seis níveis de vôo na marte mais disputada do espaço aéreo. A partir dessa melhoria outros benefícios destacam-se, como: redução da carga de trabalho do controlador, aumento da capacidade do espaço aéreo, economia de combustível e redução de emissão de poluentes.
A carga de trabalho dos controladores foi reduzida em varias simulações em tempo real feitas pelo FAA. As simulações feitas pelo ICEA em espaço aéreo brasileiro também mostraram resultados parecidos. (OACI, simulations ATC RVSM in Brazil 2003)
A economia de combustível é possível por a aeronave voar mais próximo a altitude ótima. Altitude ótima de vôo é aquela em que a aeronave apresenta maior alcance específico, ou seja, maior distancia percorrida por quilo de combustível (Padilla, Optimizing Jet transport efficiency. New York, NY 1996). Quanto mais distante da altitude ótima, mais combustível é gasto por distância percorrida, como mostra o gráfico a seguir fornecido pela OACI Doc. 9750.
Fig.4. Média de combustível gasto a mais (kg) / 100 milhas náuticas. (OACI doc 9750)
3.3 SISTEMA GLOBAL DE NAVEGAÇÃO POR SATÉLITES GNSS
Dos elementos CNS/ATM analisados, o Sistema Global da Navegação por Satélites é o que tem o custo de implantação mais elevado, porem apresenta grandes avanços tecnológicos e muitos benefícios.
3.3.1 Custos
Para a implementação do GNSS como sistema primário de navegação é necessária a existência de um sistema de aumentação satelital (SBAS). No Brasil existem duas opções: a implementação de um SBAS nacional ou estender um SBAS estrangeiro.
O comando da aeronáutica declara manter como objetivo que o Brasil disponha de satélites nacionais para atender a demanda dos sistemas CNS/ATM (Comando da Aeronáutica / Portaria 778, política brasileira para os sistemas CNS/ATM).
Os custos com a implantação do SBAS são de responsabilidade do governo brasileiro. Porém o sistema SBAS será incorporado ao projeto do Satélite Geoestacinário Brasileiro (SGB), que alem de dar suporte para as atividades CNS/ATM também terá aplicações militares, governamentais, segurança nacional e meteorológicas.
O projeto SGB prevê a construção de dois satélites com custo estimado de US$ 592 milhões e vida útil de 15 anos. Este valor também inclui lançamento, seguro e infra-estrutura de apoio em solo (Gazeta Mercantil, 19/10/04). Mas não foi possível determinar a parcela desta quantia destinada exclusivamente para o SBAS.
Os custos para a implantação do SBAS incluem: especificação do sistema, aquisição e implementação do segmento espacial, aquisição e implementação do segmento de solo (estações de monitoramento e processamento), operação e manutenção de ambos os segmentos (Siqueira, Navegação Aérea Segundo CNS/ATM: custos e benefícios).
Os operadores terão custos com a obtenção do certificado de aeronavegabilidade SBAS que inclui a aquisição da capacidade SBAS, sua instalação e certificação e treinamento de pilotos e equipe de manutenção.
Embora não existam dados confiáveis relativos a estes itens de custo, estima-se que com exceção da aquisição da capacidade SBAS, os custos estima-sejam similares aos praticados normalmente na aviação. (Civil Air Navigation Services Organization, demystifying GNSS. 2005)
3.3.2 Benefícios
A implantação do GNSS e do SBAS trará benefícios como: guiagem vertical, suporte aos requisitos RNAV/RNP, racionalização da estrutura de rádio auxílios convencionais e benefícios para as aplicações terrestres e marítimas.
A guiagem vertical do SBAS permite trajetórias de planeio virtuais para as aproximações sem número de restrições, isso permite que várias aeronaves de
diferentes performances possam minimizar os efeitos das esteiras de turbulência e evitar obstáculos no solo.
A guiagem vertical representa grande avanço na área da segurança, pois ajuda a reduzir o risco de Colisões de Vôo Controlado Contra o Terreno (CFIT), que tem figurado entre as formas mais comuns de acidente desde o começo da aviação. (Siqueira, Navegação Aérea Segundo CNS/ATM: custos e benefícios)
O CFIT ocorre com maior incidência na aviação de pequeno e médio porte, uma vez que as operações típicas dessas categorias são mais curtas, com maior número de pousos e decolagens, o que implica numa maior exposição ao risco. (Centro de Investigação e Prevenção de Acidentes Aeronáuticos, http://www.cenipa.aer.mil.br/port/paginas/cfit.html)
Segundo a Flight Safety Foundation, o risco incidente grave é 7 vezes maior em aproximações de não precisão que em aproximações com guiagem vertical.
Enquanto o ILS gera uma trajetória de planeio única apenas para a pista em que está instalado, o SBAS possibilita múltiplas trajetórias de planeio em todas as cabeceiras de pista existentes em sua área de cobertura, inclusive naquelas que não operam IFR, sem que nenhum custo de instalação, reconfiguração ou manutenção seja necessário. Atualmente dos 1282 aeródromos registrados, apenas 322 estão equipados IFR (DECEA, PCA 63-1- plano nacional de implementação dos sistemas CNS/ATM).
Com a utilização do SBAS, o GNSS poderá ser utilizado como sistema primário de navegação, totalmente independente dos rádio auxílios convencionais. A racionalização dos auxílios rádio convencionais, de rota e em área terminal resultará em economia. A curto prazo com a estagnação da infra estrutura de navegação existente e a médio ou longo prazo com sua desativação.
A implementação do SBAS evitará os custos com a expansão da rede atual de VOR e NDB, a substituição dos equipamentos de VOR e NDB no fim da vida útil, inspeção, aferição e com a manutenção desses equipamentos.
4. METEOROLOGIA NO CONCEITO CNS/ATM
A meteorologia é uma ciência que se for utilizada de forma plena pode trazer muitos benefícios diretos ao vôo. Os benefícios mais expressivos são a economia de combustível e o aumento da segurança, mas os atrasos e a previsão e controle do fluxo de aeronaves também estão relacionados a meteorologia.
Com o conceito CNS/ATM varia mudanças devem ocorrer. Com as mensagens ADS, é uma tendência natural o uso expressivo de informações meteorológicas via enlace de dados, visando atualizar os sistemas de bordo em todas as fases do vôo. Isto inclui a implementação dos sistemas D-ATIS e D-VOLMET (Departamento de Controle do Espaço Aéreo, DCA 351-2 concepção operacional ATM nacional). Estima-se para o operador uma relação custo/benefício de 1/50, visto que os custos são basicamente com a troca de informações.
Será provido “uplink” automático para o avião das observações meteorológicas do aeroporto para as operações de decolagem e de aproximação através do D-ATIS, e também as informações meteorológicas METAR, SPECI, TAF e SIGMET através do D-VOLMET para as aeronaves em rota.
Será provido também um “downlink” das informações meteorológicas derivadas dos sensores nas aeronaves, referentes a vento, temperatura, turbulência e umidade, visando fornecer um acompanhamento nos campos superiores do vento e em tempo real os perfis do vento na descida, de modo a ajudar no seqüenciamento automático da aeronave para maximizar a capacidade de operação nas aproximações. Também fomentará a matriz de dados atmosféricos possibilitando aumentar a qualidade das previsões (Departamento de Controle do Espaço Aéreo, DCA 351-2 concepção operacional ATM nacional).
A coleta desses dados provenientes da aeronaves de dará em intervalos de até 30 segundos durante a subida da aeronave, 15 minutos durante a fase de cruzeiro em rota e de 30 segundos na fase de aproximação. Estima-se que mais de 200 aeronaves nacionais já estejam equipadas com estes sensores (de fábrica).
Segundo o Departamento de Controle do Espaço Aéreo, até o ano de 2015 o D-ATIS estará implementado nos aeroportos de Guarulhos, Galeão, Congonhas, Santos
Dumont, Brasília, Campinas, Recife, Salvador, Porto Alegre, Curitiba, Manaus, Confins e Pampulha. O D-VOLMET estará em funcionamento em VHF nas FIRs Atlântico, Amazônia, Brasília, Curitiba e Recife. Alem disso estará implementado um sistema de detecção automática de cortante de vento em que os avisos gerados serão transmitidos automaticamente via “uplink”.
5. CNS/ATM E MEIO AMBIENTE
Com as mudanças climáticas e desastres naturais em vários lugares do globo terrestre, surgiu e vem crescendo a preocupação de todas as áreas econômicas com a preservação do meio ambiente. A OACI tem considerado vários passos que podem ser tomados pela comunidade da aviação civil internacional para controlar as emissões (OACI, doc. 9750 global air navigation plan).
Os motores das aeronaves queimam combustível e produzem emissões similares a outras emissões resultantes da queima de combustíveis fósseis. Porém se for comparada a outros ramos, a aviação representa uma parcela pequena em emissões, mas ela vem recebendo atenção devido ao seu constante crescimento.
Mesmo com o desenvolvimento de novas tecnologias e sistemas para melhor gerenciamento do tráfego aéreo, as emissões de gases poluentes ainda continuarão crescendo anualmente. De acordo com o “Reporte especial da aviação e atmosfera global” de 1999, feito pelo Painel Intergovernamental da Mudança Climática (IPCC), foi projetado um crescimento anual da aviação de 5% entre 1990 e 2015, e um crescimento anual de das emissões de CO2 para o mesmo período de 3% a cada ano.
No momento, o CNS/ATM é a melhor ferramenta para redução dos impactos da aviação ao meio ambiente (OACI, doc. 9750 global air navigation plan), mas isso acaba sendo conseqüência da redução da queima de combustíveis, que tem grande participação nos custos de operação de qualquer empresa aérea.
A redução da queima de combustível se deve a utilização re rotas mais diretas da origem ao destino, que diminui o tempo de vôo, e a maior disponibilidade de níveis de vôo, que permite que as aeronaves possam voar mais próximas a altitude ótima,
com melhor aproveitamento da performance da aeronave e reduzir o combustível gasto por milha náutica percorrida.
O CNS/ATM também permite a redução do nível de ruído nas proximidades dos aeroportos, ele oferece maior flexibilidade para a execução de procedimentos de saída e aproximação, permite que as aeronaves desviem das áreas mais povoadas e diminui o tempo de exposição dos habitantes ao ruído com chegadas e saídas diretas.
6 OUTROS FATORES RELACIONADOS A MUDANÇA
A mudança dos sistemas convencionais para os CNS/ATM afetarão vários setores da aviação, como: os fabricantes de aeronaves, a economia dos estados e os procedimentos e treinamento de pilotos e controladores.
Os fabricantes de aeronaves terão que tomar as decisões de negócios em conjunto com os seus clientes, para atender aos novos requisitos para gerenciamento do tráfego aéreo (OACI, doc. 9750 global air navigation plan), O ciclo de vida da produção de um modelo de aeronave pode durar muitos anos e o período de operação de uma aeronave também pode ser muito longo, especialmente na aviação geral. Portanto cabe aos fabricantes adequarem as suas linhas de montagens ou produzir os boletins de serviço, com a descrição das mudanças a serem feitas para se adequarem as exigências.
De maneira geral, a economia dos estados será favorecida com as tarifas e custos mais baixos, crescente volume de tráfego e desenvolvimento das indústrias relacionadas. Porém, deve-se mencionar que alguns estados poderão ser prejudicados financeiramente com a implantação do CNS/ATM(OACI, doc. 9750 global air navigation plan). A reorganização com rotas mais diretas após a implantação do CNS/ATM, pode reduzir a quantidade de vôos internacionais sobre o espaço aéreo de um determinado país, conseqüentemente reduzindo a arrecadação das tarifas para a prestação dos serviços de controle. Mas essas perdas podem ser ainda maiores se o estado não dispuser do sistema CNS/ATM (OACI, doc. 9750 global air navigation plan).
Isso mostra a importância de uma cooperação internacional para alcançar a distribuição dos benefícios do CNS/ATM de forma aceitável para todos os estados e reduzir as perdas financeiras que poderiam ocorrer em um único estado.
De acordo com a OACI, é fundamental que os estados forneçam um treinamento adequado e voltado para o conceito CNS/ATM a todos os trabalhadores envolvidos no processo. O treinamento deve incluir assuntos como: comunicações digitais, fundamentos de computação, comunicações via satélite, automação dos novos equipamentos, novos procedimentos e fraseologia entre outros. É provável que durante a implantação do CNS/ATM existam algumas reações contrárias a mudança ou receio dos novos procedimentos, principalmente em relação a substituição das comunicações de voz por comunicações data link, em que os pilotos e controladores não terão mais o contato direto e pessoal, isso pode aumentar o stress na cabine e em um primeiro momento reduzir a consciência situacional em relação as outras aeronaves, mas o ADS-B juntamente com o treinamento poderá minimizar este problema.
CONCLUSÃO
Com este trabalho, pode-se concluir que o conceito CNS/ATM e seus elementos, se utilizados de forma adequada podem sim solucionar grande parte dos problemas atuais e futuros relacionados a capacidade do espaço aéreo, novas rotas, mais segurança, carga de trabalho de pilotos e controladores, economia de combustível, meio ambiente e outras áreas do tráfego aéreo nacional e internacional.
Porém, deve-se lembrar que o CNS/ATM após implantado, não permanecerá imutável, ele continuará evoluindo, pois ainda não é possível prever certamente a evolução da aviação civil em um futuro muito distante.
Desde o seu surgimento, a aviação está em constante desenvolvimento. A implantação do CNS/ATM é também uma ótima oportunidade para atualizar as tecnologias atualmente utilizadas na aviação, especialmente em alguns dos sistemas de navegação e comunicação, que foram desenvolvidos no século passado.
Conforme mostra o trabalho, o CNS/ATM apresenta-se viável e necessário para a aviação brasileira, seus benefícios superam facilmente seus custos com a implantação, que com o passar do tempo serão pagos devido a economia feita com o corte da manutenção dos equipamentos convencionais e a economia de combustível com a utilização de rotas diretas e melhor uso do desempenho das aeronaves.
Após a implantação do CNS/ATM no Brasil, os problemas de capacidade e controle do espaço aéreo deixarão de limitar o crescimento da aviação nacional. No futuro próximo, o maior limitador do volume de tráfego aéreo brasileiro deverá ser a capacidade da infra-estrutura aeroportuária, com poucas pistas e pátios nos aeroportos.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÉFICAS AIRBUS, Global Market Forecast, 2004-2023.
Agência Nacional de Aviação Civil, www.anac.gov.br/segVoo/certificacao.asp, disponível em 2/11/08
CNS/ATM beyond 2012 http://www.gisdevelopment.net/technology/gps/ma04082a.htm acessado em 30/10 08.
COMAR, PCA 63-1 Plano Nacional de Implementação dos Sistemas CNS/ATM 2002. Comando da Aeronáutica / Portaria 778, Política brasileira para os sistemas CNS/ATM e sua estratégia de implementação no país 2001.
Civil Air Navigation Services Organization (CANSO), demystifying GNSS. 2005. Departamento de Controle do Espaço Aéreo, AIC N05/03 separação vertical mínima reduzida 2003.
Departamento de Controle do Espaço Aéreo, DCA 351-2 concepção operacional ATM nacional.
Eurocontrol, Experimental Centre, global aviation emission study 2004.Diretoria de Eletrônica e Proteção ao Vôo, Sistema de posicionamento global GPS, AIC N17/99. Federal Aviation Administration. Road map for performance based navigation, second edition 2006.
Gazeta Mercantil, Seção telecomunicações e informática. Por Virginia Silveira 19/10/04.
Joint Aviation Authorities, Leaflet 6 Guidance Material on the approval of aircraft and operators for flight in airspace above flight level 290 where a 1000ft vertical separation minimum is applied.
Mitre corporation, Avaliação de melhorias de curto prazo, planejamento do sistema aeroportuário e do espaço aéreo da região de São Paulo.
Organização de Aviação Civil Internacional, doc. 9750 Global Air Navigation Plan, terceira edição – 2007
SIQUEIRA, Cristiane de Araújo. Navegação Aérea Segundo o Conceito CNS/ATM: custos e benefícios 2005.
Organização de Aviação Civil Iinternacional, Global Navigation satellite System Manual 2003.
Oorganização de Aviação Civil Iinternacional, CAR/SAM regional plan for the
implementation of the CNS/ATM system – Document ll CNS/ATM action plan for the CAR/SAM regions 1999.
Organização de Aviação Civil Internacional, Doc 9613 Manual sobre la performance de navegación requerida-RNP, segunda edição.
Surveillance and broadcast, disponível em
http://www.faa.gov/about/office_org/headquarters_offices/ato/service_units/enroute/sur veillance_broadcast/ 01/11/08.
Organização de Aviação Civil Internacional, NE/30 simulations ATC RVSM in Brazil 2003.
