Traffic collision avoidance system (TCAS)

Básicamente es un sistema incorporado en los aviones, que veremos más adelante tiene que estar en ambos aviones, que evita la colisión en el aire. En un ejemplo típico ante unacolisión inminente el sistema alerta a través de una pantalla y por medios auditivos sobre el tráfico cercano (un aviso sonoro que alertará sobre tráficoTRAFFIC - TRAFFIC) después brindará una resolución a cada avión involucrado. En una cabina la alerta sonora indicará bajar (DESCENT - DESCENT) y en el otro avión la alerta indicará subir (CLIMB - CLIMB). Después de la maniobra indicada al resolverse la colisión, en ambos aviones, sonará un aviso de conflictosolucionado (CLEAR CONFLICT).

En los gráficos a continuacióntenemos un ejemplo gráfico de lo descripto anteriormente. 

Alertade tráfico (ventana superior izquierda). Resolución coordinada en ambos aviones(ventana superior derecha). Resolución llevada a cabo por los pilotos (ventanainferior izquierda). Aviso de resolución de conflicto (ventana inferiorderecha). 

En resumidas cuentas las funciones principales del TCAS en la aeronave son: • Vigilancia del espacio circundante a la aeronave. • Rastreo de un objetivo identificado. • Evaluación de amenaza potencial del objetivo identificado. • Muestra el tráfico aéreo circundante a la aeronave. • Cómputo y alerta de colisión con un objetivo identificado. • Muestra de aviso de tráfico y/o de resolución. • Proveer alarma audible. • Coordinación aire-aire para la resolución de conflictos. 

Es importante resaltar que el TCAS es un sistema del tipo cooperativo debido a que necesita que las dos aeronaves estén equipadas con este sistema para que los avisos de tráfico/resoluciones de maniobras puedan existir en ambas. 

El TCAS usa a los transponders y antenas propias para poder ubicar una aeronave cercana, analizar si representa peligro y, dependiendo del modo de transponder que se esté usando, poder coordinar una resolución conjunta de una colisión. 

El equipo TCAS calcula la distanciaa la aeronave interrogada de forma convencional de acuerdo con el tiempo transcurrido entre la emisión de la interrogación y la recepción de la respuesta calcula su posición. Transmite en una frecuencia de 1090 Mhz. y recibe en 1030Mhz. y en base a estas frecuencias establece un cálculo de distancia, según la siguiente fórmula: 

Distancia = Tiempo transcurrido/ 12,35 mseg por NM 

La marcación relativa del intruso se obtiene gracias a la direccionabilidad de al menos una de susantenas. En TCAS I posee dos antenas, una superior direccional y otra inferior omnidireccional. Para mayor precisión, TCAS II y TCAS III ambas antenas son direccionales. 

La antena direccional en el TCAS es una antena de 4 elementos, la direccionalidad se consigue introduciendo un retraso determinado en la fase de la señal enviada por cada uno de los 4 elementos. 

Cuando se recibe la respuesta del intruso, la diferencia de fase en la señal recibida entre dos pares de elementos de la antena, sirve para determinar la marcación relativa de la aeronave. 

 Si el intruso se aproxima por la derecha de la aeronave el TCAS calcula la diferencia de fase entre los elementos 1-2 y 2-3. La relación entre las dos diferencias de fase representa la marcación relativa del tráfico intruso (se basa en el funcionamiento de las antenas de cuadro). 

Es propiedad de poder ubicar la posición relativa y la distancia no serviría de nada si el sistema no contara con un procesador. El procesador TCAS constituye el cerebro del sistema. Seencarga de realizar la función inicial de vigilancia del espacio aéreo circundante a la aeronave. El alcance máximo del área de vigilancia oscila en el plano horizontal entre 30 - 40 NM y en plano vertical alrededor de 9900 fts. 

Una vez que el procesadoridentifica un problema, sigue al intruso, evalúa el riesgo para la aeronave realiza un análisis y en coordinación da una solución para resolver el conflicto.El espacio aéreo protegido dentro del cual, el procesador, generará avisos es como una burbuja que rodea la aeronave. 

El tamaño de la burbuja dependerá de la velocidad y rumbo de las aeronaves en conflicto aunque el elemento clave será el tiempo que falta hasta alcanzar el CPA (Closest Point of Aproach –punto de máxima proximidad-). Este punto es el que el TCAS tratará de evitar puesto que si se sobrepasa las aeronaves van a colisionar. 

El procesador establecedos niveles de protección TAU (Tiempo estimado para alcanzar CPA) 

Nivel 1: El tráfico se encuentraa unos 30 a 45 seg. del CPA y se generan únicamente avisos de tráfico tanto visuales comoacústicos pues es considerado solamente un intruso. 

Nivel 2: El tráfico se encuentra a unos 20 a30 seg. del CPA y al considerarle esta vez como un peligro se generan avisos visuales y acústicos de resolución. 

Un esquema ideal de la burbuja de alerta puesto que figuran distancias aproximadas ya que estas se modifican según la velocidad dela aeronave. 

Como mencionamos anteriormente elTCAS dará dos tipos de avisos bien definidos: 

• TA (TrafficAdvisories): Tráfico cercano 

• RA(Resolution Advisories): Órdenes de evasión Estos avisos no serán generados por todos los tipos de TCAS puesto que a medida que avanzó la tecnología se fueron desarrollando más características en el sistema. Según los modos de Transponders se tendrán tipos distintos de TCAS: 

TCAS I: Constituye nivel básico. Proporciona solamente TA (Traffic Advisores).Necesita al menos transponder Modo A. 

TCAS II: Proporciona TA (Traffic Advisores) y RA (Resolution Advisories). Las resoluciones solo serán en plano vertical – ascenso y descenso-. Puede generar resolución coordinadas hasta para 3 tráficos intrusos a la vez. El TCAS II en ambas aeronaves proporciona resolución coordinada. 

TCAS III: Proporciona TA y RA en plano vertical y horizontal. En fase de desarrollo y prueba. En este cuadro de doble entrada se puede interpretar fácilmente que tipo de avisos proporciona el equipo. En la columna de la izquierda se tiene el equipamiento de la aeronave intrusa (TCAS ó TRANSPONDERS) y en las columnas de la derecha el equipamiento de nuestra aeronave. 

 

Los avisos de TA y RA se producen de forma visual y auditiva. Como se verá más adelante hay diversas formas demostrar el aviso de tráfico. Está estandarizado que en forma visual la simbología de tráfico según su importancia y urgencia en el tratamiento: 

 

En lo que respecta a los avisos sonoros será el mismo para alertar el tráfico cercano y en lo que respecta a la resolución dependerá de la maniobra a efectuar según cada caso. 

En la cabina el funcionamiento del TCAS se muestra de manera fácil y sencilla para una rápida y correcta interpretación por parte del piloto. Según las características del avión en su instrumental se podrá presentar de la siguiente manera: 

• Pantalla específica para dicho cometido. • Pantalla de radar meteorológico. • Pantalla de navegación EFIS • Pantalla VSI (Vertical Speed Indicator) 

Pantalla específica TCAS 

 

El TCAS presentado en el VSI es,tal vez, la forma más estandarizada. En la figura se puede interpretar fácilmente los datos aportados. El rombo celeste acompañado de +18 (1800 fts.por arriba de nuestro avión) indica que el tránsito no es peligroso y que se encuentra muy por arriba de nuestra aeronave, lo mismo que el rombo celeste relleno. En ese caso el tráfico se encuentra muy por abajo (1000 fts. por debajo en descenso) de nuestra aeronave pero más cerca del trafico de +18. El círculo amarillo por delante es un tráfico que se está acercando peligrosamente, si bien está por debajo de nuestro nivel de vuelo y en régimen de descenso (200 fts por debajo) se produce aviso sonoro de TRAFFIC – TRAFFIC. El cuadrado rojo por detrás indica que hay que proceder a una resolución del conflicto inminente, la circunferencia del VSI se vuelve de color teniendo que el avión ir a la parte verde del mismo. La resolución en este caso sería ascenso para nuestro avión (CLIMB – CLIMB) y al avión intruso se le avisará que descienda (DESCEND – DESCEND). Si es necesario incrementar ascenso, descenso o mantener nivel el TCAS avisará según corresponda a cada caso. El TCAS tiene que ser programadoen el momento de agregado a la aeronave teniendo en cuenta en cada caso las performances del avión donde será instalado. El equipo deberá preveer, por ejemplo,las limitaciones en el régimen de ascenso de una aeronave turbohélice y de porte ya que no responderá de la misma manera que un turborreactor para el ascenso en la resolución de un conflicto. Independientemente de eso el equipotendrá limitaciones lógicas por distintos eventos como son: 

• Cualquier aviso acústicopor debajo de 500 fts +/- 100 fts. AGL (Above Ground Level). • Los avisos de resoluciónpor debajo de 1000 fts. +/- 100 fts. AGL (AboveGround Level). • El RA Descend por debajo de 1100 fts. AGL (Above Ground Level). • El RA Increase Descendpor debajo de 1450 fts. AGL (Above Ground Level). • El RA Climb por encimaFL 380 (38000 fts). 

En la actualidad hay desarrollos para mejorar el sistema. Se probando para su futuro ingreso a servicio de los Transponders ADS (Automatic Dependent Surveillance), en fase de experimentación y desarrollo, que dará información posición GPS, velocidad, identificación, rumbo e intenciones(puntos previstos de ruta). Tanto en tierra como en vuelo con y sin cobertura de radar. O el AP/FD TCAS desarrollado por Airbus para ser implementado en el A350 (en desarrollo) que integrará las funciones de TCAS al piloto automático (AP) y al director de vuelo (FD). 

El TCAS es un sistema altamente confiable que evita las colisiones en el espacio aéreo en cualquier momento y bajo cualquier condición meteorológica. Sin embargo, al ser los humanos los que interactúan, se han producido colisiones en el aire después de su implementación obligando a las autoridades aeronáuticas a mejorar fundamentalmente los procedimientos (basta como ejemplo en accidente del Lago Constanza en Alemania entre un Boeing 757 de DHL y un Tupolev Tu-154 de Bashkirian Airlines el 1ero de Julio del 2002. Ambos aviones con TCAS). Como todo sistema su buen y correcto uso alivia la carga de trabajo en la “oficina” del piloto garantizando advertencias y resoluciones en una posible colisión en el aire.