36 Itavia nº 67. 3 –2008

Navegación aérea

Free Flight¿la navegación aérea que viene?

Jorge OntiverosControlador Aéreo (AENA)

Introducción

A pesar de que la implantación de la Navegación deArea (RNAV) ha permitido a los aviones volar entredos puntos cualesquiera de una ruta dada sin necesi-dad de sobrevolar las radioayudas en las cuales seapoya, y de que la implantación de la RVSM (Redu-ced Vertical Separation Minimum), ha permitido a suvez generar un 20% de capacidad extra en el espacioaéreo superior gracias a la posibilidad de poder volarseis nuevos niveles de vuelo entre los 29.000 y41.000 pies, los usuarios del espacio aéreo han segui-do presionando para conseguir mayor libertad conobjeto de ganar en eficiencia y economía. Fruto deesa presión surgieron dos conceptos muy similares:Free Flight (vuelo libre) y Free Route (ruta libre).

Free FlightEn 1993, Bill Cotton, un piloto de United Airlines

con una larga trayectoria en la aportación de ideaspara la mejora de la gestión del espacio aéreo [fueuno de los primeros en proponer un sistema para evi-tar colisiones en vuelo que con el tiempo se conoce-ría como TCAS, Traffic Collision and AvoidanceSystem], hizo una presentación a la FAA en la quedescribía un concepto, al que denominó “FreeFlight”, que iba dirigido a eliminar restricciones paravolar en el ineficaz sistema de gestión de tráficoaéreo (ATM) norteamericano, cuyo objetivo era darcabida a una mayor cantidad de tráfico aéreo.

En su presentación, que estaba basada en un traba-jo suyo publicado en 1973 titulado “Formulation ofthe air traffic system as a management problem”, lla-maba la atención acerca del nivel de sofisticación delos sistemas que se estaban instalando a bordo de losaviones, alertaba del desequilibrio que existía con elnivel de desarrollo de los sistemas para la gestión deltráfico aéreo con que contaba entonces el ATC, y

aprovechaba para manifestar la existencia de unimportante paralelismo entre la protección que pro-porcionaba el TCAS y el concepto de separaciónbajo Free Flight: “que la separación se planifica,desarrolla y completa desde las cabinas de las aero-naves”.

Para averiguar la viabilidad de una propuesta tannovedosa y, en principio, también tan radical, elmáximo responsable de la FAA solicitó a la RTCA(Radio Technical Commission for Aeronautics) quellevase a cabo un estudio en profundidad. Inmediata-mente se formó un grupo de trabajo compuesto porexpertos del gobierno y de la industria aerospacial,que para el mes de octubre de 1995 tenía concluidala tarea encomendada.

Su informe se iniciaba destacando la necesidad decambiar el enfoque de partida del concepto FreeFlight, de tal modo, que en una primera fase tendríamenos peso la libertad y más la planificación amedio plazo, y dejaba constancia de que “cualquieriniciativa que elimine restricciones representa unpaso hacia el Free Flight”, concepto que en eseinforme se definía como: “capacidad para operar deforma segura y eficiente bajo reglas de vuelo por ins-trumentos donde los pilotos tienen libertad paraseleccionar su ruta y velocidad en tiempo real sinnecesidad de contactar con el ATC”. También dejabaclaro, que a largo plazo el concepto Free Flight nosolo sería aplicable a la fase de ruta, sino a todas lasfases del vuelo.

Pero el informe también comentaba conceptos ope-racionales que llevaban discutiéndose desde hacíatiempo, como la sectorización dinámica del espacioaéreo para ajustarla al flujo de tráfico, la toma dedecisiones en colaboración (CDM, CollaborativeDecision Making) y otros nuevos, como la autosepa-ración de las aeronaves, la densidad dinámica, o latransferencia ocasional de la responsabilidad de la

Según se recoge en la iniciativa dela Comisión Europea relativa alCielo Único, una importante posibi-lidad de incrementar la capacidaddel espacio aéreo consiste en conse-guir el uso extensivo del que habi-tualmente tienen asignado los dife-rentes ejércitos para llevar a cabo el

entrenamiento de su personal y laspruebas de su material. Uso flexibledel espacio aéreo, se llama. Peroesa no es más que una de las solu-ciones que pueden contribuir a con-seguir mejoras significativas encapacidad. Otra parece provenir,aunque existen numerosos condicio-

nantes, de lo que se conoce comoFree Flight, o vuelo libre, un con-cepto que, de llegar a implantarse,cambiaría la mentalidad de pilotosy controladores y la forma en la quese gestiona el tráfico aéreo. A conti-nuación se expone su génesis, suevolución y su situación actual.

Itavia nº 67. 3 –2008 37

Navegación aérea

separación a la aeronave. Esto es, en una primerafase la responsabilidad de la separación entre aerona-ves permanecería en el ATC, excepto en aquellasocasiones en las que controlador aéreo y piloto acor-dasen transferir esa responsabilidad a la cabina.

En resumen, el concepto Free Flight trata acerca dela posibilidad de poder optimizar la ruta, la velocidady el nivel de vuelo de una aeronave teniendo en cuen-ta el viento y la meteorología sin necesidad de unaautorización específica del ATC, que intervendríasólo cuando los sistemas automatizados previesen unconflicto, en lo que se conoce como “control porexcepción”.

Para 1997 ya se habían puesto en marcha en Esta-dos Unidos dos programas: el NRP, National RouteProgram, y el Central–Pacific Ocean Program, quedefendían el principio de la utilización sistemática derutas directas dentro de un entorno de espacio aéreocontrolado como paso previo a un estado más avan-zado de libertad de planificación y ejecución del plande vuelo. No obstante, a la espera de que la tecnolo-gía tome el relevo, la propia FAA reconocía que “lasmejoras conseguidas están directamente relacionadascon el esfuerzo que realiza el ATC”.

Precisamente con ese objeto fue definido el pro-yecto Flight 2000, una ambiciosa iniciativa relacio-nada con el Free Flight que tenía por objeto desarro-llar y evaluar sistemas ATM. En el centro del proyec-to se encuentran la integración de la información víaenlace de datos, procesadores de datos de meteorolo-gía, monitores de información de tráfico y herra-mientas ATC y de cabina para planificar de formasegura y eficaz todas las fases del vuelo. Véase elCuadro 1.

¿Cómo funciona?Teniendo como base en quién se deposite la res-

ponsabilidad de la separación de las aeronaves, sehan identificado tres modelos de implantación delconcepto que permitirán “liberalizar” la navegaciónaérea:

• Modelo basado en el control aéreo (sin delega-ción)

• Modelo basado en la cabina (delegación total).• Modelo compartido (delegación parcial).

Modelo basado en el control aéreo

Básicamente, se trata del esquema operacionalactual evolucionado de acuerdo con lo que la prove-edora inglesa de servicios de tránsito aéreo, NATS(National Air Traffic Services) identificó durante unaserie de simulaciones, como la necesidad de contar

con un nuevo elemento en el esquema de trabajo delATC: un controlador planificador que supervise lademanda a medio plazo de un conjunto de sectores.Lo denominó multi–sector planner, y su misión seríadistribuir el tráfico y solucionar conflictos 20 ó 30minutos antes de que los vuelos entren en el primerode los sectores implicados en sus respectivas rutas.

Modelo basado en la cabina: delegación total

También conocido como “Operación autónoma”,supone para las aeronaves equipadas con sistemas denavegación, vigilancia y autoprotección adecuados ymientras se encuentren en espacios aéreos designa-dos para operaciones Free Flight, la delegación totalen la cabina de vuelo de la responsabilidad para ladetección del conflicto y su resolución [autoprotec-ción significa que las aeronaves estarían equipadascon dispositivos cuyo principio de funcionamientoestaría basado en la existencia de dos áreas alrededorde la aeronave, la de “protección” y la de “alerta”, loque se conoce como TCAS o una evolución delmismo].

Modelo compartido: delegación parcial

El objetivo de la delegación parcial, es permitir unamayor flexibilidad en el uso del espacio aéreo dispo-nible. Para conseguirlo, se traslada a la aeronave laresponsabilidad operacional de la separación durantemaniobras específicas, reduciendo así la carga de tra-bajo del ATC umentando la capacidad del sistema.Con este modelo el controlador mantiene la iniciati-va y la autoridad en la gestión de la situación, perocon la particularidad de que quién mejor situado estépara solucionar un conflicto sea quien tome las medi-das encaminadas a llevar a cabo la separación con laaeronave implicada. Evidentemente, se estaríahablando de un volumen de espacio aéreo controla-do, de aeronaves adecuadamente equipadas y tam-bién de normas definidas para el caso.

Siempre bajo la dirección y supervisión del ATC,las maniobras posibles serían las siguientes:

• Cuando dos o más aeronaves que vuelan en ruta,ya sea al mismo nivel, en ascenso o en descenso,ya sea durante la fase de aproximación al aero-puerto de destino, pueden establecer y mantenerseparación longitudinal entre sí valiéndose deajustes de velocidad. Esto permite a cada vueloajustar su separación a la mínima reglamentariasin carga de trabajo adicional para el controla-dor.

• En el caso de aeronaves en ruta cuyas derrotas secrucen, o en ruta cuando la de detrás sea más

Navegación aérea

38 Itavia nº 67. 3 –2008

rápida que la de delante, el ATC podrá delegar enla cabina la maniobra de adelantamiento, ya seaen el plano horizontal o en el vertical.

En cuanto a la gestión de datos de plan de vuelo,dado que no resulta nada fácil predecir en tiemporeal la ruta más eficiente entre dos puntos del espa-cio aéreo, así como los posibles conflictos entreinnumerables aeronaves, será necesario disponer deun sistema con una considerable potencia de cálculo.Por esta razón, es muy probable que el sistema deproceso de datos de vuelo siga instalándose en lasdependencias ATS y no en las aeronaves, pudiendoser la operativa de la forma siguiente: la tripulaciónenvía mediante datalink su solicitud de perfil de rutaal ordenador ATC, el cual se encarga de ejecutar elcorrespondiente análisis de conflicto, aceptar oenmendar la solicitud y enviarla de vuelta a bordo sinnecesidad de intervención del controlador aéreo, quese limitaría a supervisar el funcionamiento operativodel sistema y a intervenir directamente a nivel tácti-co para solucionar eventuales problemas.

Free routeCon la idea de mejorar la gestión de la capacidad

de su espacio aéreo, en el año 1996 cuatro paíseseuropeos, Holanda, Alemania, Luxemburgo y Bélgi-ca, junto al centro de control de Maastricht, comen-zaron a estudiar la posibilidad de que en una parte desu espacio aéreo superior pudiera permitirse a lospilotos elegir en tiempo real la ruta más conveniente.Se diseñó un programa piloto al que se le conoceríaa partir de entonces como FRAP (Free Route Airspa-ce Project). De forma casi inmediata recibió el apoyodel Plan europeo ATM (EATMP) y del grupo consul-tivo de navegación aérea (ANT, Air Navigation Teamconsultation group), respaldo que propiciaría que alaño siguiente Dinamarca, Finlandia, Noruega y Sue-cia lo incorporaran al programa nórdico de armoni-zación. A día de hoy, no se ha producido la implanta-ción de estos programas, aunque se sigue trabajandoen ellos.

Por otro lado, el concepto FRAP también seríaincorporado al proyecto CEATS (Central EuropeanAir Traffic Services), siglas que representan la inicia-tiva de ocho Estados de Europa Central (Austria,República Checa, Croacia, Italia, Hungría, Eslova-quia, Eslovenia y Bosnia Herzegovina), cuyo espacioaéreo superior se gestiona desde un único centro decontrol instalado en Viena (Austria). Hechos todosellos que animaron a la Conferencia Europea deAviación Civil (CEAC) a acordar también su implan-tación, cuando llegue el momento. en todo su área.

Veamos brevemente en qué consiste.Free Route es un concepto por el que un piloto

podrá, en un determinado bloque del espacio aéreosuperior, planificar con libertad su ruta entre unpunto de entrada y otro de salida de ese espacio aéreosin necesidad de tomar como referencia la red derutas de los servicios de tránsito aéreo (ATS), aunque

Itavia nº 67. 3 –2008 39

Navegación aérea

Se lleva bastantes años investigando el modo decómo trasladar a bordo una imagen lo más fielposible de la situación del tráfico con objeto deayudar a la tripulación en la toma de decisiones,algo así como el TCAS pero que permita, de paso,ayudar en la planificación a medio plazo del perfilde vuelo. Para ello podría servirse de la informa-ción emitida por otras aeronaves mediante ADS–B(vigilancia dependiente automática–difusión), omediante un enlace digital con tierra en tiempo realque presente a bordo la escena tal y como la ve elcontrolador.

Con esta idea en mente, en julio de 1999 se con-siguió por primeravez localizar, identifi-car y conocer lasintenciones de otrasaeronaves en rela-ción con la propia.

Pero ese no era enrealidad un gran des-cubrimiento, porquecasi medio sigloantes, Crocker Snow,siendo presidente dela Comisión Aeronáu-tica de Massachu-setts, instaló un moni-tor de televisión abordo de un avión.Mientras se encontra-ba en vuelo, unacámara filmaba lapantalla radar delcontrolador y transmi-tía las imágenes enUHF al avión. Desdela cabina, Snow utilizó la información para identifi-car otras aeronaves del área, elegir una de ellas yseguirla en la aproximación a la pista mientras eraestrechamente vigilado por los controladores.

La consiguiente evolución ha llevado al actualproyecto MA–AFAS (More Autonomous Aircraft inthe Future ATM System). Se han llevado a cabodiversas pruebas cuyo objetivo era validar la gene-ración, negociación y guía de trayectorias en 4dimensiones (4D) desde un avión experimentalenlazado vía datalink con plataformas ATC tam-

bién experimentales, para lo que se contó con unapresentación a bordo con información de tráfico(CDTI, Cockpit Display of Traffic Information). Laidea es que el equipo de a bordo, teniendo encuenta la meteorología prevista en ruta, particular-mente el viento, sea capaz de generar y seguir unatrayectoria optimizada por combustible, tiempo adestino, etc, mientras se sigue el concepto deseparación asegurada desde a bordo (ASAS, Air-born Separation ASsurance), que se sirve de lavigilancia a bordo para apoyar la delegación par-cial de la responsabilidad de la separación, mejo-rando así la consciencia de la situación del piloto,

quien podrá “ver” a laaeronave que le pre-cede y ajustar suseparación a la solici-tada por el controla-dor al más puro estilo“Crocker Snow”.

Para conseguir esainformación, el pro-yecto se sirve de tec-nologías existentes,como el Modo S y lavigilancia dependien-te automática [lacapacidad del Modo Spara transmitir datosde navegación y de laaviónica de una aero-nave y mostrársela alcontrolador en supantalla (o bien solici-tar cambios vía data-link), reduce la nece-sidad de comunicacio-

nes radio así como carga de trabajo, lo que puedeincrementar la capacidad del controlador para ges-tionar el tráfico aéreo, mientras que la vigilanciadependiente automática (ADS, Automatic Depen-dent Surveillance) proporciona información deforma automática sobre la posición, así comocomunicaciones piloto–controlador vía enlace dedatos presentando en un monitor en cabina susposiciones e identificaciones].

[Más información en www.ma-afas.com].

CUADRO 1MEDIOS QUE POSIBILITARÁN EL VUELO LIBRE: EL CDTI

CDTI – ASAS

40 Itavia nº 67. 3 –2008

Navegación aérea

todos los vuelos estarán sujetos a control de tráficoaéreo.

Los objetivos del programa son:• Incrementar la capacidad del espacio aéreo.• Mejorar la flexibilidad.• Conseguir beneficios económicos y operacio-nales para los usuarios.• Optimizar la utilización de los sistemas de abordo.

Por otro lado, se han identificado tres requisitosbásicos para una implantación efi-caz:

– Que los países implicados elimi-nen los límites laterales de susregiones superiores de informa-ción de vuelo (UIR, UpperInformation Region).

– Que con el objetivo de no exigirnuevas instalaciones a bordo –y su coste asociado – los equi-pos previstos o ya utilizados enotros programas, como RNAVo RVSM, deben ser suficientes.

– Que en las dependencias de con-trol se implanten sistemas de apoyo específicos;como la detección de conflictos a medio plazo(MTCD, Medium Term Conflict Detection) y sis-temas avanzados para el proceso de datos deplan de vuelo (FDPS, Flight Data ProcessingSystem). Véase el Cuadro 2.

Distintos puntos de vistaEstos modelos de implantación operacional han

sido ampliamente contestados por pilotos, controla-dores y compañías aéreas.

Dentro del colectivo de pilotos no se suscribe elvuelo “autónomo” como modo normal de operación,ya que para ellos un sistema de ese tipo debería perma-necer en reserva con objeto de paliar los posibles fallosque pudieran producirse en los sistemas de tierra.

También surge la cuestión de que contar con unnuevo gadget en cabina, aún contribuyendo a mejo-rar su consciencia de la situación, puede distraerlesde su tarea principal de volar la aeronave, especial-mente en el caso de una emergencia, cuando la tripu-lación puede desear deshacerse de esa tarea. ¿Podráen ese caso actuar con rapidez y eficacia el controlaéreo? ¿cómo aumentaría la carga de trabajo del pilo-to con la delegación a la cabina de vuelo de la res-ponsabilidad –parcial o total– de la separación?. Porla misma razón, surge la duda de si en un entorno deeste tipo el controlador será capaz de supervisar el

espacio aéreo e intervenir de forma eficaz si, porejemplo, los pilotos no pueden solucionar un conflic-to, ya sea por meteorología adversa, fallos en los sis-temas de apoyo a la navegación, etc.

“Los controladores aéreos son excépticos –aseguraJohn Sorensen de Seagull Technologies, una empresaligada a la NASA– ven una situación en la que siguenteniendo la responsabilidad, aunque no sean ellosquienes organizan el tráfico, y eso no les gusta”.

Y es aquí donde entra la cuestión de la carga de tra-bajo, carga asociada en gran partecon el monitoreo constante del tráfi-co aéreo bajo su responsabilidad,que aumenta conforme lo hace eldesconocimiento de las intencionesde los vuelos de su área. Esta cir-cunstancia lleva a la necesidad dealgún tipo de ayuda, no sólo para latoma de decisiones, sino tambiénpara comprobar el cumplimiento delas instrucciones transmitidas a losvuelos. Además, el controladoraéreo quiere seguir siendo un parti-cipante activo. Y para poder serlo,

son necesarias herramientas avanzadas para la detec-ción y resolución de conflictos –que aún hoy no exis-ten–, así como el abandono de unas destrezas y laadquisición de otras nuevas.

Según las investigaciones llevadas a cabo en 1998por el Laboratorio de ciencia cognitiva de la Univer-sidad Católica de América, Washington D.C. (USA),cuyos resultados fueron publicados en el ejemplardel 4º trimestre de ese año de la revista The contro-ller, que edita la Federación Internacional de Asocia-ciones de Controladores Aéreos (IFATCA): “una delas cosas más desconcertantes en relación con lasnuevas herramientas ATC, es que favorecen prácticasque tradicionalmente se ven como imprudentes;como la multiplicación de las direcciones opuestas, olos ascensos y descensos sin restricciones que nonecesitan de la intervención del controlador si lasherramientas muestran que las trayectorias estánseparadas”, lo que nos lleva a la posibilidad de queexista demasiada confianza en la máquina.

Por su parte, las compañías aéreas no temen mani-festar que adoran el concepto ya que le ven un granpotencial para ahorrarles millones, y comparten laopinión de los expertos cuando manifiestan que apo-yar el desarrollo del Free Flight es, hoy por hoy, “lamejor decisión política que se puede tomar en apoyodel transporte aéreo”.

Para concluir, dos breves apuntes respecto a Euro-

Itavia nº 67. 3 –2008 41

Navegación aérea

El área del Mediterráneo fue considerada como unespacio aéreo de baja–media densidad que se ajus-taba a los requisitos del concepto Free Route, asícomo una probable área de transición desde unaestructura de rutas fijas a una estructura de rutalibre.

Con objeto de llevarlo a cabo en el espacio aéreocontrolado, se planteó el concepto de propia separa-ción mediante ASAS (Airborne Separation Assistan-ce System), en el que la tripulación de aviones con-venientemente equipados tienen delegada la ejecu-ción de su propia separación con otro avión, desig-nado previamente por el ATC, con el que debenmantener una distancia dada, limitándose la funcióndel control aéreo a proporcionar información, alerta yasistencia en caso de fallo del equipo de a bordo. Noobstante, la responsabilidad de la seguridad de laseparación seguiría recayendo en el ATC.

Las maniobras que se identificaron como posiblespara llevar a cabo el concepto son:

• Secuenciamiento y fusión.• Cruce y paso.Para conseguir el objetivo, el concepto se apoya

en la tecnología ADS–B, que permite a los equiposinstalados a bordo recibir y procesar informaciónsobre la posición de otros aviones en sus cercanías,con lo que, además, se incrementa la consciencia dela situación de la tripulación.

Los principales beneficios que se esperan con suaplicación son:

• Incrementar la capacidad del espacio aéreo alreemplazar el actual concepto estructurado de aero-vías por el de ruta libre

• Incrementar la eficiencia de vuelo al poder volarlas rutas preferidas por los pilotos, lo que beneficia-

rá a los operadores en términos de economía y fle-xibilidad;

• Reducir los efectos en el medioambiente al redu-cirse el consumo global de combustible.

Durante 2005, se llevaron a cabo simulaciones entiempo acelerado con ayuda de aplicaciones infor-máticas específicas en las que se evaluó el concep-to ASAS. Si bien los resultados indicaron que la apli-cación de la ruta libre es posible en áreas abiertasde espacio aéreo del área del Mediterráneo, enespacios aéreos de alta densidad presentaba pro-blemas específicos, por lo que para ellos parecemás adecuado contar con una estructura de rutasfijas convencionales.

Aunque los resultados no fueron positivos debidoa la falta de flexibilidad de los aviones para llevar acabo ajustes de velocidad a gran altitud, surgieronproblemas más críticos con las maniobras de Crucey Paso, donde el ritmo de acercamiento entre avio-nes resultaba muy incómodo para los controladores,quienes debían mantener la responsabilidad de laseparación aunque delegasen la separación en la tri-pulación.

La conclusión fue clara: “sin redes de seguridadsofisticadas y, quizás, mínimas de separación mayo-res, estas aplicaciones no parecen aceptables”. Demodo, que se dejaron de estudiar las maniobras deCruce y Paso, concentrándose en las maniobras deSecuenciamiento y Fusión de tráfico, aunque conlimitaciones, ya que con densidades de tráfico bajo ymedio es asumible, pero no con altas ni con meteo-rología adversa. Probó ser muy efectivo en las fasesde aproximación inicial e intermedia.

[Más información en www.medff.it].

CUADRO 2MEDITERRANEAN FREE FLIGHT (MFF)

pa. En primer lugar, según publicaba la revista britá-nica Air Traffic Management: “Una de las áreas másdifíciles para la implantación del Free Flight esEuropa, donde hay muchas autoridades responsablesde proporcionar la separación ATC en un área relati-vamente pequeña, en la que la alta densidad de tráfi-co aéreo supone un reto real a su implantación”. Y ensegundo lugar, el 14 de mayo de 2001 se hacía públi-co el informe de la consultora Wilmer, Cutler & Pic-kering realizado a petición de Eurocontrol, en el quese destacaba que “el concepto Free Route debe serconsiderado como prioritario en la consecución del

Cielo Único europeo”.Si bien las ventajas teóricas que se alcanzarían con

la implantación de los conceptos expuestos seríanimportantes, en la práctica se observa que allí dondemás rendimiento podría sacársele –los espacios aére-os con mucha densidad de tráfico– en realidad noresulta factible a día de hoy hacerlo, debido a impor-tantes problemas de seguridad detectados durante losnumerosos estudios que se han realizado. Pero escuestión de tiempo.

J.O.