viernes, 5 de febrero de 2010

TCAS: Traffic Alert and Collision Avoidance System

Desde el inicio del transporte aéreo, el riesgo
de colisión entre dos aeronaves en el aire ha
sido una preocupación del sector aeronáutico.


A lo largo de los años, el crecimiento del tráfi co
ha sido posible gracias al desarrollo y mejora
de los sistemas y los procedimientos empleados
en su control. De esta forma, desde los años
50, la industria aeronáutica ha desarrollado
sistemas para evitar colisiones en el aire, como
los accidentes sucedidos entre dos aviones
comerciales sobre el Gran Cañón del Colorado
en 1956 o entre un DC-9 y una avioneta sobre
Cerritos (California) en 1986.
El desarrollo de este tipo de sistemas en Estados Unidos
se denominó Traffi c Alert and Collision Avoidance
System (TCAS), mientras que OACI comenzó en la
década de los 80 a desarrollar el sistema Airborne
Collision Avoidance System (ACAS). Su objetivo ha sido
obtener un sistema que trabaje de manera autónoma
respecto al equipo de navegación de la aeronave e
independiente de los sistemas en tierra utilizados para
control, evitando las colisiones entre aeronaves. Ambos
sistemas son totalmente compatibles.

Es importante resaltar que la asignación de objetivos
de seguridad en los diseños de los sistemas en tierra
excluyen, de forma premeditada, la existencia de los
disponibles en las aeronaves.
Desde el 1 de enero de 2005, todas las aeronaves civiles
de ala fija equipadas con motor de turbina, con un peso
máximo certifi cado de despegue mayor de 5.700 kg
o una confi guración máxima superior a 19 pasajeros,
están obligadas a tener un equipo compatible ACAS.
En el resto de aeronaves, incluidas las militares, se
recomienda su uso.

Principios del TCAS
El TCAS interroga a los transpondedores de todas las
aeronaves en sus cercanías y, basándose en las respuestas
recibidas, determina la orientación, distancia y altura
(cuando está incluida en el mensaje) de los aviones que
se encuentran a su alrededor.
Utilizando varias respuestas, el sistema determina el
tiempo para alcanzar el Closest Point of Approach (CPA),
punto más cercano de aproximación, con respecto a
las aeronaves próximas. Además si el transpondedor
proporciona información de altitud, el TCAS calcula el
tiempo para llegar al mismo nivel de vuelo de las otras
aeronaves interrogadas.

Con esta información, el TCAS proporciona dos tipos
de alerta. La primera de ellas se denomina Traffi c
Advisories (TAs). Su fi nalidad es ayudar al piloto en la
búsqueda visual de la aeronave intrusa y alertarle ante
un potencial aviso de resolución (RA). La segunda se
llama Resolution Advisories (RAs) y recomienda al piloto
las maniobras adecuadas para evitar la colisión entre
las aeronaves en confl icto. En el caso de que la aeronave
intrusa también disponga de TCAS, ambos sistemas
coordinarán sus RAs a través del enlace de datos modo S
para dar una respuesta conjunta, y reducir la posibilidad
de colisión. El TCAS está diseñado para operar con una
densidad máxima de tráfi co de 24 aeronaves en un
radio de 5 millas náuticas, lo que representa la mayor
densidad prevista para los próximos 10 años.
Principales componentes del sistema TCAS

* Ordenador: vigila el espacio aéreo detectando
intrusos, determina las maniobras correctoras para
evitar colisiones y genera los avisos pertinentes.
* Transpondedor: dispositivo transmisor/receptor que
proporciona datos de la aeronave cuando es interrogado
por un radar secundario u otro transpondedor.
Dependiendo de la información suministrada y de la
manera de codifi carla, pueden ser de modo A, C y S.
*Panel de control TCAS / Modo S: incorporado en el
transpondedor, es un selector de 3 posiciones: “stand by”
(TCAS apagado), “TA only” (sólo se proporcionan TAs)
y “automatic” o “TA/RA” (operación normal del TCAS),
que permite al piloto seleccionar el modo de operación.
* Antenas: colocadas una en la parte superior del
fuselaje y otra en la inferior. La superior es direccional
y vigila la presencia de intrusos. Las interrogaciones y
respuestas se transmiten en las mismas frecuencias que
usa el radar secundario de vigilancia (SSR).

* Conexión con el altímetro: para obtener altitud
de presión y/o datos en la Air Data Computer (ADC)
únicamente en el caso de transpondedor en modo S.
* Conexión con el radioaltímetro: para inhibir los
RAs cuando la aeronave está próxima al suelo y para
determinar las aeronaves que hay en tierra provistas de
TCAS.
* Altavoces: para los avisos orales.
* Pantallas: para presentar los datos relevantes.
Funcionamiento del TCAS según el modo del
transpondedor
Dependiendo del modo del transpondedor, el sistema
TCAS puede reaccionar de una manera u otra. Con los
de modo S, el TCAS escucha las respuestas espontáneas
que, una vez por segundo, realizan los de otras
aeronaves. Con el código del avión, que en el modo S es
único, el TCAS interroga a la aeronave que suministra
la información necesaria para determinar el alcance,
orientación y altitud del intruso. Dependiendo de
la distancia a la que éste se encuentre, el TCAS sigue
interrogando una vez por segundo (si está cerca)
o al menos cada cinco segundos (si está lejos). Si las
aeronaves están en rumbo de colisión, se coordinan las
actuaciones utilizando el enlace de datos del modo S.
Los transpondedores de modo A sólo emiten información
de identifi cación y, en ningún caso, aportan información
de altitud.

Con los transpondedores de modo C, la respuesta no se
emite de forma espontánea sino que el TCAS interroga
a las aeronaves cercanas a un ritmo de una vez por
segundo. Este modo permite incluir información de
altitud o nivel de vuelo.
Los transpondedores que no emiten información de
altitud, en modo A y C, son seguidos en el TCAS en
alcance y orientación. Se presenta información a los
pilotos en las pantallas pero no se realiza ninguna
propuesta de maniobra coordinada.
Fuente texto: Aena.
Para realizar los cálculos este sistema necesita de diversa información, entre las cuales se destacan la altitud, y las velocidades horizontal y vertical.
Las funciones principales son:
   1. VIGILANCIA
   2. RASTREO
   3. EVALUACIÓN DE AMENAZA POTENCIAL
   4. MUESTRA DEL TRÁFICO AÉREO
   5. CÓMPUTO Y ALERTA DE COLISIÓN
   6. MUESTRA DE AVISO DE TRÁFICO Y/O DE RESOLUCIÓN
   7. PROVEER ALARMA AUDIBLE
   8. COORDINACIÓN AIRE-AIRE
Los Componentes del Sistema son:
   1. PROCESADOR TCAS
   2. ANTENA SUPERIOR E INFERIOR
   3. INDICADOR DE AVISO DE TRÁFICO Y VELOCIDAD VERTICAL
   4. TRANSPONDER
   5. ANTENAS DE TRANSPONDER
Es un sistema cooperativo debido a que necesita de que ambas aeronaves se encuentren equipadas con este sistema para que los avisos de resoluciones de maniobras puedan existir en ambas aeronaves

Existen tres tipos de sistemas que se diferencian por su antigüedad generacional y de prestaciones, los más usados son los dos primeros y el tercero aún se encuentra en desarrollo:
- TCAS I: Tiene capacidad de dar AVISO de TRÁFICO (AT) y ALERTA de COLISIÓN a la tripulación
-  TCAS II: es similar al anterior pero se incorpora la capacidad de dar AVISO de RESOLUCIÓN (AR) de MANIOBRAS VERTICALES para EVITAR LA COLISIÓN que son sencillamente órdenes directas al comandante de la aeronave para que cambie el nivel de la altitud de vuelo mediante el ascenso o descenso.
- TCAS III, aún en desarrollo, que agregará al anterior, el AVISO DE RESOLUCIONES de MANIOBRAS en el plano HORIZONTAL.

Fuente texto: Ing. Juan Paez Núñez