Navegação Aérea Segundo o Conceito CNS/ATM: Custos e Benefícios

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1 Tese apresentada à Divisão de Pós-Graduação do Instituto Tecnológico de Aeronáutica como parte dos requisitos para obtenção do título de Mestre em Ciência no Curso de Engenharia de Infra-Estrutura Aeronáutica, Área de Transporte Aéreo e Aeroportos Cristiani de Araújo Siqueira Navegação Aérea Segundo o Conceito CNS/ATM: Custos e Benefícios Tese aprovada em sua versão final pelos abaixo assinados: Prof. Dr. Protógenes Pires Porto Orientador Prof. Dr. Homero Santiago Maciel Chefe da Divisão de Pós-Graduação Campo Montenegro São José dos Campos, SP Brasil 2005

2 Navegação Aérea Segundo o Conceito CNS/ATM: Custos e Benefícios Cristiani de Araújo Siqueira Composição da Banca Examinadora: Prof. Dr. Cláudio Jorge Pinto Alves - Presidente - ITA Prof. Dr. Protógenes Pires Porto - Orientador - ITA Prof. Dr. Alessandro Vinícius Marques de Oliveira - ITA Prof. Dr. Anderson Ribeiro Correia - ITA Prof. Dr. João Batista Camargo Júnior - USP ITA

3 Sumário CAPÍTULO I 1 INTRODUÇÃO 1 I.1 Introdução 1 I.2 Implementação do CNS/ATM 2 I.2.1 Plano Nacional de Implementação dos Sistemas CNS/ATM 3 I.3 Motivação 5 I.4 Objetivo 6 I.5 Descrição dos Capítulos 6 CAPÍTULO II 7 NAVEGAÇÃO AÉREA SEGUNDO CNS/ATM 7 II.1 Introdução 7 II.2 Sistema Global de Navegação por Satélite 8 II.2.1 Evolução Operacional 9 II.2.2 Elementos do Sistema GNSS 10 II Sistema de Aumentação Baseado em Satélites 10 II Sistema de Aumentação Baseado em Solo 11 II Sistema de Aumentação de Bordo 12 II.2.3 Requisitos de Desempenho do GNSS para a Navegação Aérea 12 II.2.4 GNSS no Brasil 13 II.3 Navegação de Área 14 II.4 Performance de Navegação Requerida 16 II.4.1 Tipos de RNP Praticados 17 II.4.2 Construção de Procedimentos RNAV 19 II.4.3 Sistema RNAV/RNP 19 II.4.4 RNAV e RNP no Brasil 22 II Estratégia de Implementação da RNAV 22 II Estratégia de Implementação da RNP 23 II.5 Redução dos Mínimos de Separação Vertical 23 II.5.1 Equipamento RVSM 24 i

4 II.5.2 RVSM no Brasil e no Mundo 25 II.6 Resumo 26 CAPÍTULO III 29 CUSTOS E BENEFÍCIOS 29 III.1 Introdução 29 III.2 Metodologia de Análise de Custo-Benefício 30 III.2.1 Abordagem do Valor Presente Líquido 31 III Período de Análise 32 III Ano-Base 32 III Taxa Mínima de Atratividade 32 III Inflação 33 III.2.2 Análise de Viabilidade 33 III.2.3 Metodologia Adotada 34 III.3 Determinação dos Cenários Analisados 35 III.4 Cenário 1 RNAV/RNP 5 37 III.4.1 Custos 37 III Aprovação Operacional RNAV/RNP 5 38 III Implantação RNAV/RNP 5 40 III.4.2 Benefícios 41 III Rotas Diretas em Grande Círculo 42 III Aumento da Capacidade do Espaço Aéreo 43 III Redução da Vetoração Radar 44 III Redução dos Impactos Ambientais 44 III.4.3 Quadro Resumo: Custos x Benefícios RNAV/RNP 5 47 III.5 Cenário 2 RVSM 47 III.5.1 Custos 47 III Aprovação Operacional RVSM 48 III Implantação da RVSM 51 III.5.2 Benefícios 52 III Redução da Carga de Trabalho do Controlador 53 III Aumento da Capacidade do Espaço Aéreo 53 III Economia de Combustível 53 ii

5 III Redução da Emissão de Poluentes na Atmosfera 55 III.5.3 Quadro Resumo: Custos x Benefícios RVSM 56 III.6 Cenário 3 GNSS Como Meio Primário de Navegação 56 III.6.1 Custos 57 III Implantação do SBAS 57 III Aprovação Operacional SBAS 59 III.6.2 Benefícios 59 III Guiagem Vertical 60 III Suporte aos Requisitos RNAV/RNP 63 III Racionalização da Infra-Estrutura de Rádio-Auxílios Convencionais 64 III Aplicações Marítimas e Terrestres 66 III.6.3 Quadro Resumo: Custos x Benefícios SBAS 66 III.7 Resumo 67 CAPÍTULO IV 69 ESTUDO DE CASO: IMPLANTAÇÃO DA RVSM NO ESPAÇO AÉREO BRASILEIRO - ANÁLISE CUSTO-BENEFÍCIO 69 IV.1 Introdução 69 IV.2 Cenários de Estudo 69 IV.3 Custos RVSM 71 IV.3.1 Determinação da Frota de Aeronaves Elegíveis RVSM 71 IV.3.2 Obtenção do Certificado de Aeronavegabilidade RVSM 73 IV.3.3 Monitoramento de Altitude 73 IV.3.4 Treinamento de Tripulantes Técnicos 76 IV.3.5 Implementação do Programa de Manutenção 76 IV.3.6 Planejamento - Custo da Simulação ATC RVSM 77 IV.3.7 Treinamento dos Controladores de Tráfego Aéreo 78 IV.3.8 Implementação da RVSM para o Provedor ATS 78 IV.4 Benefícios RVSM 78 IV.4.1 Economia de Combustível 79 IV Amostra de Tráfego 79 IV Determinação do Tamanho da Etapa de Vôo 80 IV Base de Dados de Aeronave 81 IV Peso de Decolagem 82 iii

6 IV Limitação do Tempo de Cruzeiro 83 IV Cenário Base: Cálculo do Consumo de Combustível 83 IV Cenário RVSM: Cálculo do Consumo de Combustível 86 IV.4.2 Redução da Emissão de Poluentes na Atmosfera 89 IV.4.3 Redução da Carga de Trabalho do Controlador 90 IV.5. Análise de Custo-Benefício da Implementação da RVSM 91 IV.5.1 Custo-Benefício para os Operadores 91 IV Valor Presente Líquido e Razão Custo/Benefício 92 IV.5.2 Custo-Efetividade para os Provedores ATS 96 IV.6 Resumo 97 CAPÍTULO V 99 CONCLUSÕES E COMENTÁRIOS FINAIS 99 APÊNDICES 105 APÊNDICE 1: UTILIZAÇÃO DOS AUXÍLIOS À NAVEGAÇÃO AÉREA NO BRASIL 105 APÊNDICE 2: DETERMINAÇÃO DA FROTA ELEGÍVEL RVSM 111 APÊNDICE 3: DETERMINAÇÃO DO PESO DE DECOLAGEM DOS VÔOS 115 ANEXOS 118 ANEXO A: CUSTOS DE AQUISIÇÃO, OPERAÇÃO E MANUTENÇÃO DE EQUIPAMENTOS DE BORDO 118 ANEXO B: CUSTO DOS BOLETINS DE SERVIÇO PARA ADEQUAÇÃO RVSM 119 ANEXO C: MODELO CARSAMMA DE MONITORAMENTO DE ALTITUDE 121 ANEXO D: FÓRMULA DE BESSELL 123 GLOSSÁRIO 124 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 125 iv

7 Índice de Figuras FIGURA 1-1 BENEFÍCIO DA HARMONIZAÇÃO REGIONAL NA IMPLEMENTAÇÃO DO CNS/ATM FIGURA 2-1: MELHORIA DA NAVEGAÇÃO AÉREA SEGUNDO CNS/ATM... 8 FIGURA 2-2: ROTAS RNP 10 NO PACÍFICO NORTE FIGURA 2-3: FUNÇÕES DOS SISTEMAS RNAV E FMS FIGURA 2-4 ENTRADA DE DADOS DE NAVEGAÇÃO DO FMS FIGURA 3-1 VISÃO GENÉRICA DE ABORDAGEM DO VALOR PRESENTE LÍQUIDO FIGURA 3-2: METODOLOGIA DE ACB FIGURA 3-3: ALCANCE ESPECÍFICO EM FUNÇÃO DA MASSA E DA ALTITUDE FIGURA 3-4: ALTITUDE ÓTIMA DE VÔO EM FUNÇÃO DA MASSA DA AERONAVE FIGURA 3-5: PROCEDIMENTO STEP CLIMB FIGURA 3-6: ACIDENTES DO TIPO CFIT X TOTAL DE ACIDENTES FIGURA 3-7: FATALIDADES CAUSADAS POR ACIDENTES CFIT X FATALIDADES NA AVIAÇÃO CIVIL FIGURA 4-1: AERONAVES DE AVIAÇÃO COMERCIAL ELEGÍVEIS RVSM FIGURA 4-2: AERONAVES DE AVIAÇÃO GERAL ELEGÍVEIS RVSM FIGURA 4-3: DIAGRAMA DE CÁLCULO DO CUSTO DE MONITORAMENTO DE ALTITUDE FIGURA 4-4: ALGORITMO ITERATIVO PARA CÁLCULO DO CONSUMO DE COMBUSTÍVEL FIGURA 4-5: SOLICITAÇÃO DOS NÍVEIS DE VÔO NOS CENÁRIOS BASE E RVSM FIGURA 4-6: RETORNO SOBRE INVESTIMENTO: AVIAÇÃO COMERCIAIS DE MÉDIO E GRANDE PORTES FIGURA 4-7: RETORNO SOBRE INVESTIMENTO: AVIAÇÃO GERAL FIGURA 4-8: RETORNO SOBRE INVESTIMENTO: C FIGURA 4-9: RETORNO SOBRE INVESTIMENTO: LJ FIGURA A1-1: UTILIZAÇÃO DO GNSS COMO MEIO PRIMÁRIO DE NAVEGAÇÃO AÉREA FIGURA A1-2: SISTEMAS DE APOIO À NAVEGAÇÃO POR SATÉLITE NOS E.U.A FIGURA A1-3: PLANO DE UTILIZAÇÃO DOS AUXÍLIOS À NAVEGAÇÃO AÉREA NA EUROPA FIGURA A2-1: DISTRIBUIÇÃO DAS AERONAVES APÓS A APLICAÇÃO DOS CRITÉRIOS 1 E FIGURA A2-2: DISTRIBUIÇÃO DAS AERONAVES SEGUNDO A APROVAÇÃO OPERACIONAL RVSM FIGURA D-1: LEI DOS SINAIS DO PLANO CARTESIANO v

8 Índice de Tabelas TABELA 2-1: REQUISITOS DE DESEMPENHO DO GNSS PARA A NAVEGAÇÃO AÉREA TABELA 2-2: UTILIZAÇÃO DO GNSS NA REGIÃO CAR/SAM TABELA 2-3: TIPOS DE RNP PRATICADOS TABELA 2-4: CRONOGRAMA DE IMPLEMENTAÇÃO DA RNAV E RNP NA REGIÃO CAR/SAM TABELA 2-5: IMPLEMENTAÇÃO DA RVSM NO MUNDO TABELA 3-1: CENÁRIOS ANALISADOS TABELA 3-2: QUADRO RESUMO: CUSTOS X BENEFÍCIOS RNAV/RNP TABELA 3-3: REQUISITOS DE MONITORAMENTO SEGUNDO O MODELO CARSAMMA TABELA 3-4: QUADRO RESUMO: CUSTOS X BENEFÍCIOS RVSM TABELA 3-5: CUSTOS E DESPESAS EVITADOS COM A IMPLEMENTAÇÃO DO SBAS TABELA 3-6: QUADRO RESUMO: CUSTOS X BENEFÍCIOS SBAS TABELA 4-1: CARACTERIZAÇÃO DOS CENÁRIOS BASE E RVSM TABELA 4-2: CUSTO DA SIMULAÇÃO TABELA 4-3: CUSTO DE IMPLEMENTAÇÃO RVSM PARA O PROVEDOR ATS TABELA 4-4: AERONAVES DE TRABALHO TABELA 4-5: REPARTIÇÃO DOS VÔOS DA AMOSTRA TABELA 4-6: CÁLCULO DO ALCANCE ESPECÍFICO E CONSUMO DE COMBUSTÍVEL TABELA 4-7: NÍVEIS DE VÔO EM FUNÇÃO DO RUMO MAGNÉTICO - ESPAÇO AÉREO NÃO-RVSM TABELA 4-8: NÍVEIS DE VÔO EM FUNÇÃO DO RUMO MAGNÉTICO - ESPAÇO AÉREO RVSM TABELA 4-9: ECONOMIA ANUAL DE COMBUSTÍVEL - ANO 2005 (KG) TABELA 4-10: ECONOMIA DE COMBUSTÍVEL ANO 2005 (US$) TABELA 4-11: REDUÇÃO DA EMISSÃO DE CO 2, SO 2, H 2 O E NO X (TON.) - PERÍODO: 2005 A TABELA 4-12: REDUÇÃO DA CARGA DE TRABALHO DO CONTROLADOR POR AERONAVE TABELA 4-13: SUMÁRIO DOS CUSTOS E BENEFÍCIOS PARA OS OPERADORES TABELA 4-14: VALOR PRESENTE LÍQUIDO E RAZÃO CUSTO/BENEFÍCIO TABELA 4-15: C525 E LJ55 - VALOR PRESENTE LÍQUIDO E RAZÃO CUSTO/BENEFÍCIO TABELA 4-16: SUMÁRIO DOS CUSTOS DA IMPLANTAÇÃO DA RVSM PARA O PROVEDOR ATS TABELA A1-1: COBERTURA MÉDIA POR AUXÍLIO À NAVEGAÇÃO vi

9 TABELA A2-1: AERONAVES COM TETO OPERACIONAL INFERIOR AO FL TABELA A3-1: TAXA DE OCUPAÇÃO DAS AERONAVES TABELA A3-2: CONFIGURAÇÃO DE PESO MÉDIO POR PASSAGEIRO E DE SUA BAGAGEM TABELA A3-3: DISTÂNCIA DO AEROPORTO ALTERNATIVO EM FUNÇÃO DO AEROPORTO DE DESTINO TABELA A-1: CUSTOS DE AQUISIÇÃO, OPERAÇÃO E MANUTENÇÃO DE EQUIPAMENTOS DE BORDO TABELA B-1: CUSTO ESTIMADO DOS BOLETINS DE SERVIÇO PARA ADEQUAÇÃO RVSM TABELA C-1: GRUPOS DE MONITORAMENTO DE ALTITUDE vii

10 Resumo O aperfeiçoamento da navegação aérea segundo o conceito CNS/ATM inclui a implementação do Sistema Global de Navegação por Satélite (GNSS) como elemento provedor de infra-estrutura de navegação e os conceitos de Navegação de Área (RNAV), de Performance de Navegação Requerida (RNP) e da Redução dos Mínimos de Separação Vertical (RVSM) como elementos de gestão de tráfego aéreo. A Organização da Aviação Civil Internacional considera estes elementos como solução de longo prazo para melhorar a eficiência e a segurança do espaço aéreo frente ao crescimento do tráfego. Todavia implementá-los significa investir para adequar operadores e Provedores de Serviço de Tráfego Aéreo às normas que regem a prática de tais elementos. Neste trabalho, a implementação da RNAV, da RNP, da RVSM e do GNSS como meio primário de navegação no espaço aéreo brasileiro são avaliadas qualitativamente. Para tanto, os custos e benefícios operacionais e econômicos, ligados a cada elemento citado, são investigados e contextualizados na realidade do país. A título de estudo de caso, uma análise quantitativa de custo-benefício da implementação da RVSM no Brasil é realizada. Os resultados obtidos foram favoráveis para a aviação comercial, enquanto que inviáveis para a aviação geral de forma agregada. A viabilidade da aviação geral deve portanto ser analisada caso a caso, segundo a utilização da aeronave em questão e seus custos de aprovação operacional. Para subsidiar as análises supracitadas, estudos específicos foram desenvolvidos e disponibilizados nos apêndices deste volume. viii

11 Abstract The air navigation improvements according to the CNS/ATM concept include the Global Navigation Satellite System (GNSS) implementation, as navigation infra-structure provider, and the Area Navigation (RNAV), Required Navigation Performance (RNP) and Reduced Vertical Separation Minima (RVSM) concepts as Air Traffic Management elements. These elements are considered by the International Civil Aviation Organization as a key feature to improve the airspace effiency and safety face to a long term increasing traffic. On the other hand, they make Operators and Air Trafic Service Providers compliant to the requirements associated with these elements that demand some investment. In this document, the RNAV, RNP, RVSM and GNSS implementation as a primary mean of navigation in Brazilian airspace, are evaluated by a qualitative approach. Costs and operational and economic benefits associated to these elements are investigated according to the Brazilian scenario. As a case study, a cost-benefit quantitative analysis of RVSM implementation in Brazil is performed. The results achieved are very positive for the comercial aviation segment, but not for the general aviation. The general aviation fleet shall be evaluated case-by-case, according to its utilization rates and costs to obtain the RVSM operational approval. To substanciate these analysis, specific studies were developed and are available for further information in this document s apendix. ix

12 Agradecimentos Agradeço primeiramente a Deus, por me permitir a vida e aos meus pais, Zinelson de Oliveira Siqueira e Vera Lúcia de Araújo Siqueira, a quem devo a pessoa que sou e grande parte desta conquista. Ao professor Protógenes Pires Porto, meu orientador, pela colaboração e incentivo. Agradecimentos especiais ao DAC na pessoa do Tenente Alvimar de Lucena cuja orientação prestada foi fundamental para a concretização deste trabalho. Ao DECEA, pelo fornecimento de informações pertinentes no decorrer desta pesquisa e ao IPV, pelos inúmeros esclarecimentos prestados. Igualmente grata a VARIG na pessoa dos Engenheiros Carlos Quintiere e Murillo Cubas Jr, pela solicitude e acolhimento caloroso na ocasião da realização da visita técnica. À FAPESP, pelo suporte dado a este projeto de pesquisa, imprescindível à sua consolidação. Agradeço ainda a todos os colegas e amigos que contribuiram durante a execução deste trabalho: Milton Valdir de Matos Feitosa (VARIG), Christiano Max (INPE), Renny Apolinário da Silva (ICEA), Érico Soriano M. Santana (ICEA), Eno Siewerdte (ATECH), Celso Luís do Couto Figueiredo (DECEA), Saulo José da Silva (DECEA) e Julio César de Souza Pereira (DECEA). Por fim, toda minha gratidão ao meu companheiro Daniel Brum Pretto por estar ao meu lado, me ajudando a superar os momentos de desânimo, pela compreensão, paciência e apoio. x

13 Relação de Símbolos e Abreviaturas ABAS ACB ACC ADF AIC AIP APV ATC ATECH ATM ATS BADA B-RNAV BS CAR/SAM Sistema de Aumentação de Bordo Aircraft-Based Augmentation System Análise de Custo-Benefício Centro de Controle de Área Area Control Center Localizador Automático de Direção Automatic Direction Finder Circular de Informação Aeronáutica Aeronautical Information Circular Publicação de Informações Aeronáuticas Aeronautical Information Publication Aproximação com Guiagem Vertical Approach with Vertical Guidance Controle de Tráfego Aéreo Air Traffic Control Fundação Tecnologias Críticas Gestão de Tráfego Aéreo Air Traffic Management Serviço de Tráfego Aéreo Air Traffic Service Base de Dados de Aeronave Base of Aircraft Data Navegação de Área Básica Basic Area Navigation Boletim de Serviço Caribe e América do Sul Caribbean and South American CARSAMMA Agência de Monitoramento Regional do Caríbe e América do Sul Caribbean and South American Regional Monitoring Agency xi

14 CAT CDI CDU CFIT CNS CO CO 2 CP CPqD DAC DECEA DME EATCHIP ECAC EGNOS ERC EUR/SAM FAA FANS Categoria de aproximação por instrumentos Indicador de Desvio de Curso Course Deviation Indicator Unidade de Monitoramento e Controle Control Display Unit Colisão de Vôo Controlado Contra o Terreno Controlled Flight Into Terrain Comunicação, Navegação e Vigilância Communication, Navigation and Surveillance Monóxido de Carbono Dióxido de Carbono Carga Paga Fundação Centro de Pesquisa e Desenvolvimento em Telecomunicações Departamento de Aviação Civil Departamento de Controle do Espaço Aéreo Equipamento Mensurador de Distância Distance Measurement Equipament Programa de Integração e Harmonização do Controle de Tráfego Aéreo na Europa Estados da Conferência de Aviação Cívil Européia States of European Civil Aviation Conference Serviço de Navegação Geoestacionário Europeu European Geostationary Navigation Overlay Service Cartas de Rotas Enroute Chart Europa - América do Sul Federal Aviation Administration Sistemas de Navegação Aérea do Futuro Future Air Navigation Systems xii

15 FIR FL FMC FMS GAGAN GALILEO GBAS GEIV GLONASS GMS GMU GNSS GPS GREPECAS H 2 O HMU HSI Região de Informação de Vôo Flight Information Region Nível de Vôo Flight Level Computador de Gerenciamento de Vôo Flight Management Computer Sistema de Gerenciamento de Vôo Flight Management System GPS e GEO Navegação Aumentada GPS And GEO Augmented Navigation Sistema Europeu de Navegação Global por Satélite Sistema de Aumentação Baseado em Solo Ground-Based Augmentation System Grupo Especial de Inspeção em Vôo Sistema de Satélites de Navegação Global Russo Global Navigation Satellite System (Russian) Sistema de Monitoramento baseado em GPS GPS Based Monitoring System Unidade de Monitoramento GPS GPS Monitoring Unit Sistema Global de Navegação por Satélite Global Navigation Satellite System Sistema de Posicionamento Global Global Positioning System Grupo Regional de Planejamento e Implementação dos Sistemas CNS/ATM no Caribe e América do Sul Água Unidade de Monitoramento de Altura Heigh Monitoring Unit Indicador de Situação Horizontal Horizontal Situation Indicator xiii

16 ICEA IFR ILS INS IPV IRS JAA MASPS MMR MN MSAS NDB NOx NPA OACI ONU PD PMD POV RAIM Instituto de Controle do Espaço Aéreo Regras de Vôo por Instrumentos Instrument Flight Rules Sistema de Pouso por Instrumentos Instrument Landing System Sistema de Navegação Inercial Inertial Navigation System Instituto de Proteção ao Vôo Sistema de Referência Inercial Inertial Reference System Joint Aviation Authorities Especificações Mínimas de Desempenho de Sistemas de Aeronave Minimum Aircraft Systems Performance Specification Receptor Múltiplo Modo Multi-Mode Receiver Milha Náutica Sistema de Aumentação por Satélite Multi-Funcional Multi-Functional Satellite Augmentation System Radio Farol Não-Direcional Non-Directional Radio Beacon Óxidos de Nitrogênio Aproximação de não precisão Non-Precision Approach Organização da Aviação Civil Internacional Organização das Nações Unidas Peso de Decolagem Peso Máximo de Decolagem Peso Operacional Vazio Sistema de Monitoramento Autônomo de Integridade Receiver Autonomous Integrity Monitoring xiv

17 RNAV RNP RVSM SARPS SBAS SID SISCEAB SO 2 STAR TCAS TMA TSE TO VOR VPL VSM WAAS Navegação de Área Area Navigation Performance de Navegação Requerida Required Navigation Performance Redução dos Mínimos de Separação Vertical Reduced Vertical Separation Minima Normas e práticas recomendadas Standards And Recomended Practices, Sistema de Aumentação Baseado em Satélites Satellite-Based Augmentation System Saída Padrão por Instrumento Standard Instrument Departure Sistema de Controle do Espaço Aéreo Brasileiro Dióxido de Enxofre Rota Terminal Padrão de Chegada Standard Terminal Arrival Route Sistema de Alerta de Tráfego e Aviso de Colisão Traffic Allert and Collision Avoidance System Área Terminal Erro Total do Sistema Total System Error Taxa de Ocupação Radiofarol Omnidirectional em VHF VHF Omnidirectional Radio Range Valor Presente Líquido Mínimos de Separação Vertical Vertical Separation Minima Sistema de Aumentação de Área Ampla Wide Area Augmentation System xv

18 Capítulo I Introdução I.1 INTRODUÇÃO No início dos anos oitenta, a Organização de Aviação Civil Internacional (OACI) reconheceu que as limitações dos sistemas convencionais de navegação aérea estavam crescendo significativamente e que seria necessário introduzir melhorias para sustentar a aviação civil do século XXI. Em 1983, foi instituído um comitê denominado Sistemas de Navegação Aérea do Futuro (FANS) com a tarefa de estudar, identificar e analisar novos conceitos e técnicas e apontar soluções para o desenvolvimento progressivo e coordenado da navegação aérea. Foi então concebido o conceito de Comunicação, Navegação e Vigilância / Gestão de Tráfego Aéreo (CNS/ATM), empregando tecnologia digital, inclusive sistema satelital associado a vários níveis de automação, com a finalidade de proporcionar uma gestão de tráfego aéreo mundialmente eficaz, segura e uniforme [Galotti, 1997]. O CNS/ATM deverá ser gradualmente implementado em nível mundial até o ano de 2010, de acordo com o cronograma recomendado pela OACI, da qual o Brasil é membro. Mesmo em regiões do globo atualmente classificadas como não restritivas, estima-se que o aumento contínuo e progressivo do tráfego e a necessidade de harmonização dos sistemas ATM, em nível regional e global, determinarão a necessidade da implementação total ou parcial dos sistemas CNS/ATM. 1

19 Dentre as possíveis melhorias nas tecnologias, técnicas e práticas de comunicação, navegação e vigilância aeronáutica, o presente trabalho se deterá exclusivamente na análise daquelas aplicáveis à navegação aérea em rota e em área terminal. I.2 IMPLEMENTAÇÃO DO CNS/ATM A viabilidade econômica dos sistemas CNS/ATM em determinado país é diretamente influenciada por seu ambiente político e institucional. Os custos e os benefícios decorrentes da implementação dos novos sistemas são afetados pela política nacional e regional, que rege a indústria da aviação, e pelo grau de harmonização da implementação entre regiões vizinhas. Conforme ilustrado na Figura 1-1, é desejável que as diferenças no ritmo da implementação dos novos sistemas nos diferentes países, não provoquem descontinuidades, comprometendo a economia e a eficiência das operações [OACI, 1995]. X Y ESPAÇO AÉREO 1 ESPAÇO AÉREO 2 Percurso com navegação convencional nos espaços aéreos 1 e 2 Percurso com CNS/ATM no espaço aéreo 2 Percurso com CNS/ATM nos espaços aéreos 1 e 2 Figura 1-1 Benefício da harmonização regional na implementação do CNS/ATM. A harmonização de padrões e procedimentos, com o objetivo de estabelecer um espaço aéreo interoperável e sem descontinuidades, permitirá que os operadores realizem vôos intra e interregiões, de acordo com as melhores rotas e em seus perfis mais adequados, dinamicamente ajustados para a melhor relação custo/benefício possível e sem que ocorram descontinuidades operacionais nas transposições de fronteiras internacionais. 2

20 Dado ao alto grau de cooperação necessário entre os países e regiões para que haja uma harmonização internacional, a OACI concebeu o Plano Mundial para Implementação dos Sistemas CNS/ATM (OACI, Doc 9750) com o intuito de disciplinar e estabelecer diretrizes de transição apropriadas, visando a subsidiar uma implementação progressiva, ordenada e benéfica para usuários e provedores de Serviço de Tráfego Aéreo. Os Planos Regionais e Nacionais surgiram como desdobramentos do Plano Mundial. No caso particular da região composta pelo Caribe e América do Sul, denominada região CAR/SAM, a implementação é coordenada pelo Grupo Regional de Planejamento e Implementação dos Sistemas CNS/ATM no Caribe e América do Sul (GREPECAS). I.2.1 Plano Nacional de Implementação dos Sistemas CNS/ATM Em maio de 1998, o Brasil sediou a Conferência Mundial de Implantação do Sistema CNS/ATM. Na ocasião, o Excelentíssimo Senhor Presidente da República, Fernando Henrique Cardoso, firmou o compromisso de implantá-lo no espaço aéreo sob jurisdição nacional [DEPV, 2000a]. As diretrizes de implementação dos sistemas CNS/ATM no Brasil estão definidas no Plano Nacional de Implementação dos Sistemas CNS/ATM, elaborado conforme os critérios estabelecidos no Plano Regional e no Plano Mundial [COMAR, 2001]. Ao Departamento de Controle do Espaço Aéreo (DECEA) cabe estabelecer a estrutura gerencial para implementação do projeto de transição do Sistema de Controle do Espaço Aéreo Brasileiro (SISCEAB) segundo o conceito CNS/ATM. 3

21 Conforme o Plano Nacional, a implementação deverá respeitar as seguintes fases [COMAR, 2002]: : Desenvolvimentos, provas, demonstrações pré-operacionais, elaboração de requisitos operacionais e técnicos, definição de questões institucionais e de normatização; utilização de funcionalidades advindas da implementação de elementos dos Sistemas CNS/ATM como back-up do SISCEAB atual; : Usar os novos elementos em paralelo com os sistemas atuais; apoiar as operações internacionais de aeronaves equipadas apenas para o novo sistema; : Conclusão da implementação do novo sistema e início da desativação dos sistemas da tecnologia atual, a partir dos sistemas de comunicação e de navegação; Após 2012: Somente os novos sistemas estarão em operação no SISCEAB. O Plano Nacional recomenda ainda que os eventos listados a seguir sejam estabelecidos como balizadores da programação: Finalização dos trabalhos dos painéis da OACI, com adoção das respectivas Normas e Práticas Recomendadas (SARPS); Adoção de normas de utilização de equipamentos de bordo; Finalização das pesquisas e desenvolvimentos específicos; Disponibilidade de meios satelitais; Disponibilidade de equipamentos de bordo; Finalização dos testes e provas pré-operacionais; Disponibilidade de procedimentos adequados, incluindo os decorrentes de acordos internacionais intra e inter-regionais; Disponibilidade de infra-estruturas terrestres; 4

22 Finalização do treinamento; Adoção obrigatória de novos sistemas de bordo; e Desativação dos equipamentos convencionais, de solo e de bordo. Sendo a navegação por satélites o primeiro objetivo a ser atingido, o SISCEAB deverá iniciar suas atividades de testes a partir do estabelecimento de plataformas de ensaios, considerando a topologia da plataforma regional e visando a atingir os seguintes resultados [COMAR, 2002]: Estabelecimento da arquitetura ideal para suportar os requisitos nacionais, a partir da demonstração da viabilidade técnica e operacional do Sistema de Aumentação Baseado em Satélites (SBAS) e Sistema de Aumentação Baseado em Solo (GBAS); Desenvolvimento de novos perfis de procedimentos de vôo de acordo com Regras de Vôo por Instrumentos (IFR); Programação de testes e avaliações de sistemas de aviônicos e outros elementos das novas tecnologias de navegação, além de fomento à pesquisa; Estabelecimento de novas metodologias para inspeção em vôo; Capacitação de recursos humanos com a nova tecnologia e, também, com a metodologia de flexibilização na gerência do espaço aéreo; e Análise de custo-benefício. I.3 MOTIVAÇÃO A OACI vem conduzindo a implementação dos sistemas CNS/ATM motivada pela necessidade de melhoria da atual infra-estrutura de CNS, necessária para acolher o crescente tráfego aéreo de forma segura e eficiente. 5

23 Segundo recomendações da própria OACI, é necessário avaliar quanto desta melhoria reverterá em termos de custos e benefícios. Os resultados de tal avaliação servirão de base para que tomadores de decisão possam lançar mão de estratégias de implementação visando a maximizar benefícios e minimizar custos para as partes envolvidas. I.4 OBJETIVO O objetivo desta pesquisa consiste em identificar e avaliar, qualitativamente e quantitativamente, os custos e os benefícios da implantação dos elementos CNS/ATM relacionados à navegação aérea no Brasil. Para tanto, metodologias de análise de custobenefício consagradas e recomendadas pela OACI são empregadas. I.5 DESCRIÇÃO DOS CAPÍTULOS Este trabalho está estruturado em 5 capítulos: Capítulo II: São descritos os elementos de infra-estrutura de navegação e de gestão do espaço aéreo relacionados à navegação segundo o conceito CNS/ATM bem como suas estratégias de implementação no Brasil. Capítulo III: Os custos e os benefícios dos elementos descritos no Capítulo 2 são identificados e avaliados qualitativamente, segundo cenários de aplicação previamente definidos, conforme a metodologia de análise de custo-benefício estabelecida para o estudo. Capítulo IV: Como continuidade da análise qualitativa realizada no capítulo anterior, uma análise quantitativa do cenário relativo à implementação da Redução dos Mínimos de Separação Vertical (RVSM) no Brasil é realizada a título de estudo de caso. Capítulo V: Contém as conclusões e comentários finais. 6

24 Capítulo II Navegação Aérea segundo CNS/ATM II.1 INTRODUÇÃO O conceito CNS/ATM é definido pela OACI como Sistemas de Comunicação, Navegação e Vigilância, empregando tecnologia digital, inclusive sistema satelital associado a vários níveis de automação, visando a proporcionar uma Gestão de Tráfego Aéreo mundialmente eficaz, segura e uniforme. Sua principal proposta é aumentar a capacidade do espaço aéreo e diminuir os custos operacionais, mantendo ou melhorando os níveis de segurança praticados atualmente. Conforme a Figura 2-1, a melhoria prevista para a navegação segundo CNS/ATM incluirá: Introdução progressiva da Navegação de Área (RNAV) junto ao Sistema Global de Navegação por Satélite (GNSS). Esta combinação proverá cobertura de navegação global, incluindo áreas remotas e oceânicas [Galotti, 1997]. Introdução da Performance de Navegação Requerida (RNP), que consiste num requisito de precisão de navegação necessário para operar em determinadas porções do espaço aéreo ou rota; Implementação da Redução dos Mínimos de Separação Vertical (RVSM) de 1000 pés entre os níveis de vôo FL 290 e FL 410. Embora a RVSM não seja propriamente uma função CNS/ATM, é considerada como elemento complementar do conceito [CANSO, 1999]. 7

25 Comunicação GNSS CNS/ATM Navegação RNAV RNP Vigilância RVSM Figura 2-1: Melhoria da navegação aérea segundo CNS/ATM. O aperfeiçoamento da navegação, segundo o conceito CNS/ATM, visa a proporcionar uma navegação eficiente, segura e de cobertura global sob quaisquer condições de tempo. Para tanto, é introduzido o sistema GNSS como infra-estrutura de navegação e os conceitos de RNAV, RNP e RVSM como elementos de gestão do espaço aéreo. Neste capítulo são apresentados o sistema GNSS e os conceitos RNAV, RNP e RVSM e as respectivas estratégias de implementação no espaço aéreo brasileiro. II.2 SISTEMA GLOBAL DE NAVEGAÇÃO POR SATÉLITE O Sistema Global de Navegação 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, 2003e]. O princípio básico de funcionamento dos sistemas de posicionamento por satélite consiste na determinação da posição do usuário a partir do conhecimento das coordenadas de posição de três pontos quaisquer e da distância entre o usuário e cada um destes pontos. O GNSS é formado por um conjunto de satélites e de estações terrenas que permitem que um móvel possa determinar sua posição com a precisão e a confiabilidade necessárias. 8

26 Para compor o segmento espacial do GNSS em sua primeira fase, o governo americano ofereceu gratuitamente o Sistema de Posicionamento Global (GPS) à OACI por tempo indeterminado, comprometendo-se a um aviso prévio de pelo menos seis anos para alterar esta oferta. Da mesma forma, o governo russo ofereceu seu Sistema de Satélites de Navegação Global (GLONASS) gratuitamente por um período de 15 anos, a partir de No entanto, ambos sistemas não atendem completamente os requisitos de desempenho estabelecidos pela OACI para os sistemas de navegação (precisão, integridade, continuidade e disponibilidade), necessitando para tanto serem complementados por sistemas de aumentação. Em 2010, o GNSS deverá ser integrado também pelo sistema europeu GALILEO, primeiro sistema mundial de posicionamento construído para fins civis [Eurocontrol, 2001]. II.2.1 Evolução Operacional O objetivo permanente da OACI no que concerne a evolução operacional do GNSS, é obter um GNSS civil, internacionalmente controlado [OACI, 1999a]. Devido aos problemas técnicos que têm 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, 1999a]. Assim, foi estabelecido o seguinte modelo de evolução operacional para o GNSS: 1. GPS 2. GPS + GLONASS 3. GPS + GLONASS + Sistemas de Aumentação 4. GPS + GLONASS + GNSS civil 5. GNSS civil 9

27 II.2.2 Elementos do Sistema GNSS Dependendo da utilização pretendida, o GNSS deve ser viabilizado pela combinação de alguns elementos, a saber: Sistemas de Posicionamento (GPS, GLONASS); Receptor GNSS nas aeronaves; Sistema de Aumentação Baseado em Satélites (SBAS); Sistema de Aumentação Baseado em Solo (GBAS); Sistema de Aumentação de Bordo (ABAS). A seguir, são fornecidas algumas informações adicionais sobre sistemas de aumentação. II Sistema de Aumentação Baseado em Satélites O Sistema de Aumentação Baseado em Satélites (SBAS) é constituído de dois elementos: Segmento solo: Composto de uma rede de estações terrenas (estações de monitoramento e estação processadora), 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 terrenas e a retransmite para a aeronave. Ademais, são transmitidas informações sobre a performance dos satélites GPS. Este sistema promove suficiente melhoria de performance de navegação (precisão, integridade, continuidade e disponibilidade), necessária para suportar a todas as fases do vôo em rota, em área terminal e em aproximação de não-precisão, podendo chegar também a cumprir com os requisitos de guiagem vertical. 10

28 Atualmente o único SBAS operacional é o norte-americano, denominado Sistema de Aumentação de Área Ampla (WAAS). Outros países estão desenvolvendo sistemas semelhantes e compatíveis com o WAAS. Na Europa deverá entrar em operação em 2005 o Serviço de Navegação Geoestacionário Europeu (EGNOS), na Ásia deverá operar o Sistema de Aumentação por Satélite Multi-Funcional (MSAS), de propriedade japonesa e o GPS e GEO Navegação Aumentada (GAGAN), de propriedade indiana. Ainda na fase de ensaios, o EGNOS pôde melhorar a precisão do GPS de cerca de 20 m para 2 m [Toran-Marti et al, 2004]. II Sistema de Aumentação Baseado em Solo O Sistema de Aumentação Baseado em Solo (GBAS) consiste de um conjunto de estações de solo de 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. O GBAS é capaz de receber informações de satélites de posicionamento e geoestacionários SBAS que estejam em seu campo de visão. Embora a precisão proporcionada pelo GBAS seja superior a do SBAS, sua área de cobertura é menos abrangente. O GBAS é o único sistema capaz de atender aos requisitos operacionais especificados para as aproximações de precisão CAT II e III [DEPV, 2000a]. 11

29 II Sistema de Aumentação de Bordo O Sistema de Aumentação de Bordo (ABAS) é uma denominação genérica utilizada pela OACI para descrever Sistemas de Monitoramento Autônomo de Integridade (RAIM) ou similares. Estes sistemas estão presentes em grande parte dos receptores GPS, monitorando a os sinais captados e alertando o usuário em caso de falha [DEPV, 1999a]. São necessários cinco satélites para viabilizar a função RAIM e mais um sexto satélite é necessário no caso de identificação e remoção de um satélite falho no sistema. Os sistemas mais modernos são capazes de prever a disponibilidade da função RAIM no horário estimado de início do procedimento. Havendo previsão de indisponibilidade, desde 15 minutos antes até 15 minutos após o horário estimado de pouso, não é permitido iniciar o procedimento. Quando isto ocorre, a aeronave deve acionar os equipamentos básicos de navegação aérea apropriados para a rota a ser voada. Este procedimento também é válido nos trechos da rota em que haja previsão de indisponibilidade da função RAIM [DEPV, 1999a]. II.2.3 Requisitos de Desempenho do GNSS para a Navegação Aérea Os sinais disponibilizados pelo GNSS, vistos por um usuário que dispõe de um receptor ideal, devem proporcionar uma navegação segundo os requisitos de performance indicados na Tabela 2-1. A Aproximação com Guiagem Vertical (APV) surge como uma categoria intermediária entre aproximação de precisão e de não-precisão. A APV foi introduzida para aproveitar o desempenho alcançado pelo GNSS, permitindo a utilização de um sistema menos preciso que o ILS embora com garantia de guiagem vertical estabilizada. 12

30 Tabela 2-1: Requisitos de Desempenho do GNSS para a Navegação Aérea. Operações típicas Precisão lateral 95% Precisão vertical 95% Tipo(s) de RNP associados Precisão lateral TSE 95% * 1 Rota 3,7 km 20 até km a 18,5 km Rota/Área terminal 0,74 km 5 até 1 9,26 km a 1,85 km Aproximação inicial, Aproximação intermediária, Aproximação de não-precisão (NPA) e decolagem Aproximação com guiagem vertical (APV-I) 220 m - 0,5 até 0,3 920 m a 556 m 220 m 20 m 0,3/ m Aproximação com guiagem vertical (APV-II) 16 m 8 m 0,03/50 56 m Aproximação de precisão CAT I 16 m 6 m a 4 m * 2 0,02/40 37 m Nota 1: Erro Total do Sistema (TSE) Combinação do erro do sensor de bordo, erro do receptor, erro do diplay e erro técnico de vôo. Nota 2: Uma faixa de valores é especificada para a precisão vertical da Aproximação de Precisão CAT I. O requisito de 4 m (13 pés) é baseado nas especificações do ILS e corresponde a uma extensão conservadora de sua especificação. Fonte: [OACI, 1999c] APV-I e APV-II referem-se a dois níveis diferentes de aproximação com guiagem vertical, não sendo necessariamente planejado para uso operacional. II.2.4 GNSS no Brasil No Brasil, conforme regulamentado na AIC N17/99, fica autorizado o uso do GPS como meio suplementar de navegação em rota, em área terminal e em aproximação de não-precisão. Entretanto, para operar IFR as aeronaves deverão também possuir os equipamentos básicos, o Radiofarol Omnidirectional em VHF (VOR) e o Equipamento Mensurador de Distância (DME). Estes deverão ser utilizados obrigatoriamente quando ocorrer o alarme de integridade. 13

31 A medida em que a performance de navegação do GNSS é melhorada, este passará de meio suplementar para meio primário de navegação. O GREPECAS estabelece as seguintes condições para o uso do GNSS na região CAR/SAM: Tabela 2-2: Utilização do GNSS na região CAR/SAM. Espaço aéreo Meio Suplementar Meio primário Espaço aéreo oceânico e continental em rota de baixa densidade de tráfego Espaço aéreo continental de alta densidade de tráfego Espaço aéreo oceânico de alta densidade de tráfego Espaço aéreo terminal de grande densidade de tráfego Fonte: [OACI, 1999a] Não aplicável GPS/GLONASS + ABAS GPS/GLONASS + ABAS GPS/GLONASS + ABAS GPS/GLONASS + ABAS GPS/GLONASS + ABAS + SBAS GPS/GLONASS + ABAS + SBAS GPS/GLONASS + ABAS + SBAS/GBAS No futuro, espera-se que o GNSS substitua todos os auxílios tradicionais. Para que isto ocorra, alguns problemas técnicos, operacionais e institucionais precisam ser resolvidos. A implementação do SBAS no Brasil permitirá a utilização do GNSS como meio primário de navegação em todas as fases do vôo que evoluam em espaço aéreo oceânico, continental e área terminal de alta densidade de tráfego. O Governo Brasileiro vem considerando seriamente a possibilidade de adquirir um SBAS próprio. Esta opção encontra-se em fase avançada de estudo. II.3 NAVEGAÇÃO DE ÁREA Em muitas partes do globo, as rotas que formam aerovias conduzem a distâncias de vôo que excedem as distâncias mínimas entre origem e destino. 14

32 Tradicionalmente, as aeronaves voam de um rádio-auxílio fixo no solo para outro. Estes rádio-auxílio devem ser fixados em locais específicos na superfície do terreno que favoreçam a linha de visada das ondas eletromagnéticas e ampliem suas áreas de cobertura útil. Nas áreas terminais, as Rotas Terminais Padrão de Chegada (STAR) e Saídas Padrão por Instrumentos (SID) são projetadas para passarem sobre os rádio-auxílios; entretanto, a aproximadamente 10 MN ao redor dos aeroportos, tais auxílios freqüentemente não estão disponíveis o que leva os pilotos voarem rumos magnéticos manualmente. O modo manual de voar é ineficiente e resulta em tempo extra de vôo [Mitre, 2001]. Visando a reduzir as limitações do atual modelo, utilizando-se para tanto dos modernos equipamentos já disponíveis a bordo das aeronaves, foi introduzido o conceito da Navegação de Área (RNAV). Desde a década de 60 já era possível a prática da RNAV, utilizando como referência estações de VOR/DME ou DME/DME. Contudo, foi com o advento do GPS que o conceito ressurgiu com maior força, devido às características de cobertura global e desempenho do sinal. A Navegação de Área é definida como um método de navegação que permite a aeronave operar em qualquer trajetória desejada, dentro da cobertura de auxílios à navegação de referência ou dentro dos limites da capacidade dos sistemas autônomos de navegação ou ainda da combinação de ambos [OACI, 1999b]. A prática da RNAV proporciona maior flexibilidade no desenho dos procedimentos, permitindo que sejam praticadas as trajetórias julgadas mais convenientes. Assim, importantes benefícios econômicos e operacionais são obtidos, tanto para o operador quanto para o provedor ATS e para o usuário. 15

33 Para que a navegação convencional seja substituída pela RNAV é necessário que: A infra-estrutura de navegação permita cobertura adequada à rota ou aos procedimentos de aproximação; O meio de navegação empregado satisfaça os requisitos mínimos de performance especificados pela OACI; A base de dados de navegação da aeronave (coordenadas publicadas no AIP) esteja no sistema de referência geodésico WGS-84; As rotas e procedimentos RNAV estejam projetados e devidamente publicados segundo os critérios da OACI; Sistemas embarcados sejam certificados para uso nas rotas e procedimentos RNAV. A tripulação tenha a aprovação necessária para operar rotas e procedimentos RNAV. II.4 PERFORMANCE DE NAVEGAÇÃO REQUERIDA Antes do surgimento do conceito de Performance de Navegação Requerida (RNP), o método utilizado pela OACI para fazer cumprir uma dada performance de navegação era o de prescrever o uso mandatório de um determinado equipamento de bordo. Com o passar dos anos esta tarefa tornou-se bastante complexa frente ao surgimento de vários novos equipamentos de bordo e sistemas de navegação. Para superar este problema o Comitê FANS desenvolveu o conceito de Performance de Navegação Requerida. A RNP é numa meta de precisão de navegação necessária para operar num determinado espaço aéreo [OACI, 1999b]. A RNP impõe requisitos tanto ao espaço aéreo quanto às aeronaves que ali operam. Para as aeronaves, o Erro Total do Sistema especificado na tabela 2-1, deve ser menor que o valor da RNP durante 95% do tempo total do vôo. Para o espaço aéreo, adequada infra-strutura de 16

34 navegação deve ser provida para garantir o cumprimento da RNP especificada [OACI, 1999b]. Vários tipos de RNP podem ser recomendados, dependendo das condições do espaço aéreo local, da meteorologia, da intensidade do tráfego e das exigências das autoridades de controle de tráfego aéreo. Os tipos de RNP foram desenvolvidos para prover níveis conhecidos de precisão de navegação e para apoiar os planos de desenvolvimento do espaço aéreo. A implementação da RNP permite aumentar a capacidade e a eficiência do espaço aéreo, ao mesmo tempo em que mantém ou melhora os níveis de segurança do serviço de tráfego aéreo. A notação da Performance de Navegação Requerida é dada por RNP X, onde X é o afastamento máximo, dado em milhas náuticas (MN), em relação à posição pretendida. Por exemplo, RNP 10, significa que o afastamento máximo permissível é de 10 MN em torno da posição pretendida durante 95% do tempo de vôo. II.4.1 Tipos de RNP Praticados A performance de navegação de uma aeronave é resultado da combinação de sua capacidade de navegação 1 e do nível de serviço da infra-estrutura de navegação 2 em uso. Assim, uma aeronave apta a operar um RNP mais estrito não está, necessariamente, habilitada a operar um RNP menos estrito. Por exemplo, uma aeronave que opera RNP 1 com duplo DME não está capacitada para operar RNP 10 em espaço aéreo oceânico nas mesmas condições. 1 Capacidade de navegação refere-se ao certificado de aeronavegabilidade e a aprovação operacional. 2 Nível de serviço refere-se à infra-estrutura do espaço aéreo (estrutura de rotas, disponibilidade e performance do sinal eletromagnético de navegação e gestão de tráfego aéreo). 17

35 A RNP é um elemento fundamental na determinação da largura das rotas e de normas seguras de separação, embora não possa ser o único critério para expressá-las. Devem também ser considerados outros fatores como: infra-estrutura do espaço aéreo (incluindo vigilância e comunicação), tráfego local, pontos de conflito existentes e outros. As atuais aplicações da RNP em rota e em área terminal (com exceção de procedimentos de aproximação) são baseadas apenas no requisito de precisão, não levando em conta a integridade. Esta lacuna é compensada pelos mínimos de separação praticados ou por monitoramento radar [OACI, 1999b]. A Tabela 2-3 apresenta uma relação dos tipos de RNP atualmente praticados: Tabela 2-3: Tipos de RNP praticados. Aplicações Estados Unidos Europa Aproximação RNP 0,3 - Área Terminal RNP 1 P-RNAV (RNAV de precisão, correspondente a RNP 1) Rota RNP 2 B-RNAV (RNAV básico, correspondente a RNP 5) Área Oceânica/Remota RNP 10 (Pacífico Norte) / RNP 4 Fonte: [FAA, 2005] Um novo conceito chamado de RNP-RNAV foi desenvolvido a partir da evolução do conceito RNP e introduz requisitos de integridade, disponibilidade e continuidade para prover 99,999% de confinamento. Assim, o risco de se ter uma aeronave fora do raio RNP sem que o piloto seja alertado é menor que 1 em Este conceito ainda está em desenvolvimento. A Figura 2-2 ilustra o benefício da prática da RNP no espaço aéreo do Pacífico Norte, onde a capacidade do espaço aéreo foi duplicada na porção mais disputada pelas aeronaves [OACI, 2003a]. 18

36 Figura 2-2: Rotas RNP 10 no Pacífico Norte. II.4.2 Construção de Procedimentos RNAV Espaço Aéreo Não RNP (Acima do FL390) Espaço Aéreo RNP 10 (FL310 a FL390) Espaço Aéreo Não RNP (Abaixo do FL310) Os procedimentos RNAV devem ser projetados para fornecer flexibilidade aos usuários servindo-se da mais ampla infraestrutura de auxílios à navegação possível. Isto permite que aeronaves dotadas do sistema RNAV multi-sensor possam continuar normalmente seus procedimentos em caso de falha do sensor primário. Deste modo, a área de confinamento da aeronave nesses procedimentos deve ser calculada em relação ao sensor mais crítico. A maior parte dos sistemas RNAV são capazes de selecionar e descartar automaticamente os sensores que o alimentam. Assim, o projetista deve considerar na concepção do procedimento o conjunto de auxílios disponíveis e as conseqüências de uma possível pane destes auxílios durante a execução do procedimento. II.4.3 Sistema RNAV/RNP Freqüentemente o sistema RNAV e o Sistema de Gerenciamento de Vôo (FMS) são confundidos um com o outro. Um sistema RNAV é qualquer combinação de equipamentos usada para promover a navegação de área enquanto o FMS é um sistema de bordo que integra funções de navegação e gerenciamento de performance de vôo, permitindo a prática de perfis de vôo mais econômicos [Eurocontrol, 1999a]. 19

37 Da Figura 2-3 pode-se concluir que todo FMS é um sistema RNAV, entretanto o inverso não se verifica, pois somente o FMS possui a funcionalidade de gestão de vôo (combustível, performance, elementos de segurança, etc...). O FMS/RNAV faz uso de uma base de dados que contém informações sobre as rotas préestabelecidas e seus fixos de passagem, os espaços aéreos que as contêm, os rádio-uxílios disponíveis nesses espaços e os aeródromos de procedência, alternativos e de destino. O FMS é capaz de selecionar o auxílio mais apropriado para fornecer a posição do avião, identificar o próximo fixo de passagem da rota e alimentar o piloto automático, caso esteja acoplado. RNAV FM S Gestão de Vôo Navegação Planejamento de Vôo* Previsão de Trajetória* Navegação Planejamento de Vôo Previsão de Trajetória * Funções normalmente não disponíveis nos equipamentos RNAV menos sofisticados Figura 2-3: Funções dos Sistemas RNAV e FMS. Conforme ilustrado na Figura 2-4, o sistema FMS/RNAV é capaz de integrar dados provenientes de vários tipos de auxílios à navegação: DME/DME GNSS FMS RNAV VOR/DME ADF IRS ou INS 20

38 Figura 2-4 Entrada de dados de navegação do FMS. O sistema Localizador Automático de Direção (ADF), que utiliza sinais de estações de solo conhecidas como Rádio Farol Não-Direcional (NDB), não é utilizado como entrada de dados no equipamento FMS. Apesar do Sistema de Navegação Inercial (INS) e Sistema de Referência Inercial (IRS) não serem susceptíveis a fenômenos meteorológicos, ambos apresentam uma taxa média de degradação da precisão de 1,5 a 2 milhas náuticas por hora 3, o que reduz o tempo de navegação baseado nestes sistemas. Além disso, os sistemas inerciais costumam ser bastante caros, principalmente devido à redundância dupla ou tripla de caráter obrigatório e à sofisticação do mecanismo de atualização. O GNSS tem proporcionado uma navegação RNAV mais precisa, íntegra e de cobertura global. Ademais, os aviônicos GNSS são relativamente baratos, sendo accessíveis a todos os níveis de usuários. Estas características propiciam a consolidação da RNAV baseada em GNSS como meio principal de navegação [CANSO, 1999]. Depois do GNSS, a associação de, no mínimo, dois DMEs, constitui o meio mais preciso de navegação RNAV, embora esta precisão seja afetada pelo número de estações disponíveis e pela localização relativa entre elas. Tal como RNAV baseado em VOR, as desvantagens deste sistema também estão associadas a limitação de cobertura operacional [Galotti, 1997]. 3 Sistemas autônomos modernos, isto é, sistemas a laser e a fibras ópticas, não sofrem este nível de degradação. 21

39 II.4.4 RNAV e RNP no Brasil As Cartas de Rota (ERC) vêm registrando, desde 1997, um crescente número de rotas RNAV dissociadas de requisito de precisão no espaço aéreo superior brasileiro. Operar nestas condições, mesmo em espaços aéreos de baixo tráfego, requer uma avaliação prévia da segurança. Embora possa funcionar a curto prazo, o crescimento do tráfego e a necessidade de otimização e harmonização do espaço aéreo, demandará uma meta de precisão. A Tabela 2-4 apresenta o cronograma de implantação da RNAV e RNP na região CAR/SAM: Tabela 2-4: Cronograma de Implementação da RNAV e RNP na região CAR/SAM. Implementação e Operação Previsão de implantação Início Término Rede de rotas ATS RNAV fixas RNAV SID e STAR com requisitos RNP RNP Fonte: [OACI, 1999a] II Estratégia de Implementação da RNAV No Brasil, o plano de implantação visa a obtenção de uma rede fixa de rotas RNAV no espaço aéreo brasileiro até o ano 2010, segundo a seguinte estratégia [OACI, 2003b]: 1. Priorizar os principais fluxos de tráfego internacionais originados no Brasil; 2. Priorizar os principais fluxos de tráfego nacionais; 3. Promover harmonização entre as rotas nacionais e as rotas RNAV internacionais; 4. Incorporar/encaminhar o tráfego proveniente/destinado às áreas terminais (TMA) intermediárias por intermédio de SIDs e STARs ou de rotas RNAV auxiliares; 5. Atender solicitações dos operadores e dos Estados que compõem a região CAR/SAM; 6. Priorizar a implantação das rotas que trarão maiores benefícios econômicos e àquelas requisitadas pelos Estados. 22