Sistema de prevención de colisiones de tráfico

Un sistema de alerta de tráfico y prevención de colisiones ( TCAS , pronunciado / t iː k æ s / ; TEE-kas ) es un sistema de prevención de colisiones de aeronaves diseñado para reducir la incidencia de colisiones en el aire (MAC) entre aeronaves . Monitorea el espacio aéreo alrededor de una aeronave para detectar otras aeronaves equipadas con un transpondedor activo correspondiente , independientemente del control de tráfico aéreo , y advierte a los pilotos de la presencia de otras aeronaves equipadas con transpondedor que puedan presentar una amenaza de MAC. Es un tipo de sistema de prevención de colisiones en el aire que la Organización de Aviación Civil Internacional exige que se instale en todas las aeronaves con una masa máxima de despegue (MTOM) de más de 5700 kg (12 600 lb) o autorizadas para transportar más de 19 pasajeros. El CFR 14 , Ch I, parte 135 requiere que se instale el TCAS I para aeronaves con 10-30 pasajeros y el TCAS II para aeronaves con más de 30 pasajeros. El ACAS/TCAS se basa en señales del transpondedor del radar de vigilancia secundaria (SSR) , pero funciona independientemente del equipo terrestre para brindar asesoramiento al piloto sobre aeronaves potencialmente conflictivas.

En los aviones modernos con cabina de cristal , la pantalla TCAS puede estar integrada en la pantalla de navegación (ND) o en el indicador electrónico de situación horizontal (EHSI).

En aeronaves con cabina de cristal más antiguas y en aquellas con instrumentación mecánica, una pantalla TCAS integrada que incluya un indicador de velocidad vertical instantáneo (IVSI) puede reemplazar al IVSI mecánico, que solo indica la velocidad a la que la aeronave está descendiendo o ascendiendo.

La investigación sobre sistemas de prevención de colisiones se ha llevado a cabo al menos desde la década de 1950, y la industria de las aerolíneas ha estado trabajando con la Asociación de Transporte Aéreo de Estados Unidos (ATA) desde 1955 en pos de un sistema de prevención de colisiones. La OACI y las autoridades de aviación, como la Administración Federal de Aviación (FAA), se vieron impulsadas a actuar tras la colisión en el aire del Gran Cañón en 1956. [ ^1]

Aunque los transpondedores aerotransportados ATCRBS ya estaban disponibles, no fue hasta mediados de la década de 1970 que la investigación se centró en utilizar sus señales como elemento cooperativo para un sistema de prevención de colisiones. Este enfoque técnico permitió una capacidad de prevención de colisiones independiente en la cabina de vuelo, separada del sistema terrestre. En 1981, la FAA decidió implementar el Sistema de alerta de tráfico y prevención de colisiones (TCAS), que se desarrolló con base en los esfuerzos de la industria y la agencia en el campo de los sistemas de prevención de colisiones basados ​​en balizas y técnicas de comunicación de direcciones discretas aire-aire que utilizaban formatos de mensajes de transpondedores aerotransportados en modo S. ^[2]

Poco tiempo después, se instalaron prototipos del TCAS II en dos aviones Boeing 727 de Piedmont Airlines y volaron en vuelos programados regularmente. Aunque las pantallas estaban ubicadas fuera del campo visual de la tripulación de vuelo y solo las veían observadores capacitados, estas pruebas proporcionaron información valiosa sobre la frecuencia y las circunstancias de las alertas y su potencial para interactuar con el sistema ATC . En un programa de seguimiento de la fase II, se instaló una versión posterior del TCAS II en un solo Boeing 727 de Piedmont Airlines y el sistema fue certificado en abril de 1986, y luego aprobado para evaluación operativa a principios de 1987. Dado que el equipo no se desarrolló según los estándares completos, el sistema solo se operó en condiciones meteorológicas visuales (VMC). Aunque la tripulación de vuelo operó el sistema, la evaluación fue principalmente con el propósito de recopilar datos y correlacionarlos con la observación y respuesta de la tripulación de vuelo y el observador. ^[2]

Las versiones posteriores del TCAS II fabricadas por Bendix /King Air Transport Avionics Division se instalaron y aprobaron en los aviones de United Airlines a principios de 1988. Unidades similares fabricadas por Honeywell se instalaron y aprobaron en los aviones de Northwest Airlines a fines de 1988. Este programa de instalación limitado operó unidades TCAS II aprobadas para operar como un sistema de tiempo completo en condiciones meteorológicas visuales e instrumentales (IMC) en tres tipos de aeronaves diferentes. Los programas de evaluación operativa continuaron durante 1988 para validar la idoneidad operativa de los sistemas ^[2].

La implementación del TCAS agregó una barrera de seguridad para ayudar a prevenir colisiones en el aire . Sin embargo, aún se requerían más estudios, mejoras, capacitación y medidas regulatorias porque las limitaciones y el uso incorrecto del sistema aún causaban otros incidentes y accidentes fatales, entre los que se incluyen:

• 1996 Accidente de colisión en el aire de Charkhi Dadri sobre Nueva Delhi ;
• Accidente casi colisionado de Lambourne en 1999, en el que participaron un Boeing 737-300 y un Gulfstream IV . El espacio aéreo sobre Lambourne es la zona de espera para el aeropuerto de Heathrow . El incidente es notable porque ambos aviones entraron en la zona desde direcciones diferentes, lo que provocó una colisión frontal inminente (posición de la una en punto). El aviso de tráfico (marca ámbar) se convirtió casi inmediatamente en un aviso de resolución (marca roja) con un tiempo previsto para la colisión de menos de 25 segundos. ^[3]
• Incidente en el aire de Japan Airlines en 2001 ; donde el capitán del vuelo 907 de Japan Airlines (un Boeing 747-400 ), Makoto Watanabe (渡辺 誠, Watanabe Makoto ), de 40 años , decidió descender, por orden del controlador de tráfico aéreo, cuando TCAS le dijo a la tripulación de vuelo que ascendiera, y casi colisionó con el DC-10 del vuelo 958 de JAL que descendía en ruta desde Busan al aeropuerto Narita de Tokio .
• Colisión en el aire de Überlingen en 2002 , entre un Boeing 757 y un Tupolev Tu-154 , donde los pilotos del Tupolev se negaron a seguir su aviso de resolución TCAS (RA), y en su lugar siguieron las instrucciones del controlador de tráfico aéreo, mientras que los pilotos del Boeing siguieron su TCAS-RA, sin tener instrucciones del ATC.
• Colisión de 2006 entre el vuelo 1907 de Gol Transportes Aéreos (un Boeing 737 ) y un Embraer Legacy 600 ; el transpondedor del Embraer se había apagado inadvertidamente, desactivando su propio TCAS y haciendo que el avión fuera invisible para el TCAS a bordo del vuelo 1907.
• 2011 Friburgo casi colisionó, involucrando al Airbus A319 Flight 2529 de Germanwings y al Raytheon Premier I Flight 201 de Hahn-Air-Lines . El control de tráfico aéreo en Ginebra permitió al vuelo 2529 descender al nivel de vuelo 250 (25,000 pies [7,620 m]) pero entró al nivel de vuelo 280 (28,000 pies [8,534 m]) como de costumbre para el traspaso al control de tráfico en Zúrich. El control de tráfico aéreo en Zúrich permitió al vuelo 201 ascender al nivel de vuelo 270 (27,000 pies [8,230 m]). Esto activó un aviso de resolución (RA) para que el Airbus se hundiera y para que el Raytheon ascendiera, lo que fue seguido por ambos aviones. Nueve segundos después, Ginebra ordenó al Raytheon descender al nivel de vuelo 260 (26,000 pies [7,925 m]) que luego siguieron. Esto llevó a una situación en la que ambos aviones se cruzaron a una distancia mínima de 100 pies (30 m). Poco después, el Raytheon se encontraba más bajo que el Airbus y el TCAS emitió una orden de aterrizaje inversa para que el Airbus ascendiera y el Raytheon se hundiera. ^[4]

El TCAS implica la comunicación entre todas las aeronaves equipadas con un transpondedor apropiado (siempre que el transpondedor esté habilitado y configurado correctamente). Cada aeronave equipada con TCAS interroga a todas las demás aeronaves en un rango determinado sobre su posición (a través de la  frecuencia de radio de 1030 MHz ), y todas las demás aeronaves responden a otras interrogaciones (a través de 1090 MHz). Este ciclo de interrogación y respuesta puede ocurrir varias veces por segundo. ^{[5] [1]}

El sistema TCAS crea un mapa tridimensional de las aeronaves en el espacio aéreo, incorporando su alcance (obtenido a partir del tiempo de ida y vuelta de la interrogación y la respuesta), la altitud (según lo informado por la aeronave interrogada) y el rumbo (por la antena direccional a partir de la respuesta). Luego, al extrapolar el alcance actual y la diferencia de altitud a valores futuros previstos, determina si existe una amenaza potencial de colisión.

El TCAS y sus variantes solo pueden interactuar con aeronaves que tengan un transpondedor en modo C o modo S que funcione correctamente . A cada aeronave que tenga un transpondedor en modo S se le asigna un identificador único de 24 bits.

El siguiente paso, más allá de la identificación de posibles colisiones, es negociar automáticamente una maniobra de evitación mutua (actualmente, las maniobras se limitan a cambios de altitud y modificación de las tasas de ascenso/descenso) entre las dos (o más) aeronaves en conflicto. Estas maniobras de evitación se comunican a la tripulación de vuelo mediante una pantalla en la cabina y mediante instrucciones de voz sintetizadas. ^{[5] [1]}

Cada aeronave equipada con TCAS está rodeada por un volumen de espacio aéreo protegido. El tamaño del volumen protegido depende de la altitud, la velocidad y el rumbo de la aeronave involucrada en el encuentro. La siguiente ilustración ofrece un ejemplo de un volumen de protección TCAS típico.

Una instalación de TCAS consta de los siguientes componentes: ^{[5] [1]}

Unidad de ordenador TCAS

Realiza vigilancia del espacio aéreo, seguimiento de intrusos, seguimiento de la altitud de su propia aeronave, detección de amenazas, determinación y selección de maniobras de aviso de resolución (RA) y generación de avisos. El procesador TCAS utiliza la altitud de presión, la altitud del radar y las entradas discretas del estado de la aeronave de su propia aeronave para controlar los parámetros lógicos de prevención de colisiones que determinan el volumen de protección alrededor de la aeronave TCAS.

Antenas

Las antenas utilizadas por el TCAS II incluyen una antena direccional que se monta en la parte superior de la aeronave y una antena omnidireccional o direccional montada en la parte inferior de la aeronave. La mayoría de las instalaciones utilizan la antena direccional opcional en la parte inferior de la aeronave. Además de las dos antenas del TCAS, también se requieren dos antenas para el transpondedor de modo S. Una antena se monta en la parte superior de la aeronave, mientras que la otra se monta en la parte inferior. Estas antenas permiten que el transpondedor de modo S reciba interrogaciones a 1030 MHz y responda a las interrogaciones recibidas a 1090 MHz.

Presentación de la cabina

La interfaz del TCAS con los pilotos se proporciona mediante dos pantallas: la pantalla de tráfico y la pantalla RA. Estas dos pantallas se pueden implementar de varias maneras, incluidas pantallas que incorporan ambas pantallas en una sola unidad física. Independientemente de la implementación, la información mostrada es idéntica. Los estándares tanto para la pantalla de tráfico como para la pantalla RA se definen en DO-185A. ^[6]

En la siguiente sección se describe el funcionamiento del TCAS basado en el TCAS II, ya que es la versión que ha sido adoptada como estándar internacional (ACAS II) por la OACI y las autoridades de aviación a nivel mundial. ^{[5] [1]}

Actualmente, el TCAS II puede funcionar en los siguientes modos: ^{[5] [1]}

Apoyar

Se aplica energía al procesador TCAS y al transpondedor de modo S, pero el TCAS no emite ninguna interrogación y el transpondedor responderá solo a interrogaciones discretas.

Transpondedor

El transpondedor de modo S está completamente operativo y responderá a todas las interrogaciones terrestres y del TCAS correspondientes. El TCAS permanece en modo de espera.

Solo avisos de tráfico

El transpondedor de modo S está completamente operativo. El TCAS funcionará con normalidad y emitirá las interrogaciones adecuadas y realizará todas las funciones de seguimiento. Sin embargo, el TCAS solo emitirá avisos de tráfico (TA) y se inhibirán los avisos de resolución (RA).

Automático (avisos de tráfico/resolución)

El transpondedor de modo S está completamente operativo. El TCAS funcionará con normalidad y emitirá las interrogaciones adecuadas y realizará todas las funciones de seguimiento. El TCAS emitirá avisos de tráfico (TA) y avisos de resolución (RA) cuando corresponda.

El TCAS funciona de manera coordinada, por lo que cuando se emite un RA a una aeronave en conflicto, una de las aeronaves debe realizar inmediatamente una acción requerida (es decir, ascender. ascender ) mientras que la otra recibe un RA similar en la dirección opuesta (es decir, descender. descender ).

TCAS II emite los siguientes tipos de anuncios auditivos:

• Aviso de tráfico (TA)
• Aviso de resolución (RA)
• Libre de conflictos

Cuando se emite un aviso de tránsito, se instruye a los pilotos para que inicien una búsqueda visual del tráfico que lo causa. Si el tráfico se detecta visualmente, se instruye a los pilotos para que mantengan una separación visual del tráfico. Los programas de capacitación también indican que no se deben realizar maniobras horizontales basándose únicamente en la información que se muestra en la pantalla de tránsito. Son aceptables pequeños ajustes en la velocidad vertical durante el ascenso o el descenso, o pequeños ajustes en la velocidad aerodinámica mientras se cumple con la autorización del ATC. ^[7]

Cuando se emite una orden de respuesta, se espera que los pilotos respondan inmediatamente a la misma, a menos que hacerlo ponga en peligro la operación segura del vuelo. Esto significa que, en ocasiones, las aeronaves tendrán que maniobrar en contra de las instrucciones del ATC o hacer caso omiso de ellas. En estos casos, el controlador ya no es responsable de la separación de las aeronaves involucradas en la orden de respuesta hasta que finalice el conflicto.

Por otra parte, el ATC puede interferir potencialmente con la respuesta de un piloto a las RA. Si una instrucción ATC conflictiva coincide con una RA, un piloto puede asumir que el ATC es plenamente consciente de la situación y está proporcionando la mejor solución. Pero en realidad, el ATC no es consciente de la RA hasta que el piloto la informa. Una vez que el piloto informa la RA, el ATC está obligado a no intentar modificar la trayectoria de vuelo de la aeronave involucrada en el encuentro. Por lo tanto, se espera que el piloto "siga la RA", pero en la práctica esto no siempre sucede.

Algunos países han implementado el "enlace descendente RA", que proporciona a los controladores de tránsito aéreo información sobre los RA colocados en la cabina de mando. Actualmente, no existen disposiciones de la OACI relativas al uso del enlace descendente RA por parte de los controladores de tránsito aéreo.

Durante el entrenamiento de los pilotos se hace hincapié en los siguientes puntos:

• No maniobre en dirección contraria a la indicada por el RA porque podría producirse una colisión.
• Informar al controlador sobre la notificación de emergencia tan pronto como lo permita la carga de trabajo de la tripulación de vuelo después de responder a la notificación de emergencia. No es necesario realizar esta notificación antes de iniciar la respuesta de la notificación de emergencia.
• Esté alerta ante la eliminación de RA o el debilitamiento de RA para minimizar las desviaciones de una altitud autorizada.
• Si es posible, cumpla con la autorización del controlador, por ejemplo, gire para interceptar una vía aérea o un localizador, al mismo tiempo que responde a un RA.
• Una vez finalizado el evento RA, regrese rápidamente a la autorización o instrucción ATC anterior o cumpla con una autorización o instrucción ATC revisada. ^[7]

En promedio, se produce una RA cada 1000 horas de vuelo en aeronaves de corto y medio alcance y cada 3000 horas en aeronaves de largo alcance . En su guía ACAS de diciembre de 2017, Eurocontrol descubrió que en aproximadamente el 25 % de los casos, los pilotos siguen la RA de manera imprecisa. Airbus ofrece la opción de un piloto automático / director de vuelo TCAS para realizar maniobras de evasión automáticas. ^[8]

Los estudios de seguridad sobre el TCAS estiman que el sistema mejora la seguridad en el espacio aéreo en un factor de entre 3 y 5. ^[10]

Sin embargo, se entiende bien que parte del riesgo restante es que el TCAS puede inducir colisiones en el aire: "En particular, depende de la precisión de la altitud informada por la aeronave amenazante y de la expectativa de que la aeronave amenazante no realice una maniobra abrupta que anule la notificación de resolución (RA) del TCAS. El estudio de seguridad también muestra que el TCAS II inducirá algunas colisiones críticas casi en el aire..." (Ver página 7 de Introducción al TCAS II versión 7 y 7.1 (PDF) en los enlaces externos a continuación). ^{[5] [1]}

Un problema potencial con el TCAS II es la posibilidad de que una maniobra de evasión recomendada pueda indicar a la tripulación de vuelo que descienda hacia un terreno por debajo de una altitud segura. Los requisitos recientes para la incorporación de la proximidad al suelo mitigan este riesgo. Las alertas de advertencia de proximidad al suelo tienen prioridad en la cabina sobre las alertas del TCAS.

Algunos pilotos no están seguros de cómo actuar cuando se les pide a sus aeronaves que asciendan mientras vuelan a su altitud máxima. El procedimiento aceptado es seguir la RA de ascenso lo mejor posible, intercambiando temporalmente velocidad por altura . La RA de ascenso debería finalizar rápidamente. En caso de una advertencia de pérdida, esta tendría prioridad.

Ambos casos han sido abordados por la versión 7.0 del TCAS II y actualmente se gestionan mediante un RA correctivo junto con una indicación visual de un arco verde en la pantalla del IVSI para indicar el rango seguro para la velocidad de ascenso o descenso. Sin embargo, se ha descubierto que en algunos casos estas indicaciones podrían conducir a una situación peligrosa para la aeronave involucrada. Por ejemplo, si se produce un evento TCAS cuando dos aeronaves están descendiendo una sobre la otra para aterrizar, la aeronave que se encuentre a menor altitud recibirá primero un RA de "Descender, descender" y, cuando alcance una altitud extremadamente baja, este cambiará a un RA de "Nivelar, nivelar" , junto con una indicación de arco verde que indica al piloto que nivele la aeronave. Esto podría colocar a la aeronave peligrosamente en la trayectoria del intruso que se encuentra por encima, que está descendiendo para aterrizar. Se ha emitido una propuesta de cambio para corregir este problema. ^[11]

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La tecnología TCAS ha demostrado ser demasiado cara para las pequeñas aeronaves comerciales y de aviación general. Los fabricantes y las autoridades reconocieron la necesidad de una alternativa al TCAS; esto llevó al desarrollo del Sistema de Asesoramiento de Tráfico. El TAS es en realidad una versión simplificada del TCAS I. La estructura del sistema, los componentes, el funcionamiento, la visualización del tráfico y la lógica del TA son idénticos, pero los estándares mínimos de rendimiento operativo (MOPS) del TAS permiten cierta simplificación en comparación con el TCAS I: ^{[12] [13]}

• Se definen los equipos de clase A y clase B, donde la clase A es idéntica a TCAS I pero los dispositivos de clase B funcionan sin pantalla de tráfico (estos últimos solo proporcionan TA auditivas, acompañadas de alguna representación visual de la TA).
• La pantalla TAS puede ser monocromática.
• Existen diferencias muy pequeñas en los valores de tolerancia operativa.
• Los dispositivos TAS pueden proporcionar solo dos niveles de avisos: otro tráfico y avisos de tráfico (TA). La visualización del tráfico próximo y los avisos próximos (PA) son opcionales; sin embargo, la mayoría de los dispositivos TAS proporcionan el seguimiento del tráfico próximo y utilizan la simbología estándar TCAS I.
• Para garantizar que todos los efectos de interferencia de los equipos TCAS I se mantengan en un nivel bajo, los equipos TCAS I cuentan continuamente la cantidad de aeronaves TCAS en las proximidades y reducen su tasa de interrogación o potencia, o ambas, para cumplir con los límites operativos. Esto también se aplica a los equipos TAS, pero el fabricante puede optar por operar un TAS como un sistema de baja potencia con un límite de producto de potencia de tasa fija de 42 W/seg, en cuyo caso se elimina el requisito de limitación de interferencias.

Los siguientes documentos contienen todas las diferencias entre TCAS I y TAS:

• Los estándares mínimos de desempeño operativo (MOPS) del TCAS I se describen en RTCA-DO-197A, ^[12]
• y los cambios a este documento aplicables al Sistema de Asesoramiento de Tráfico (TAS) se publican en el Apéndice 1 de TSO-C147a (o ETSO-C147a). ^[13]

A pesar de todo esto, la mayoría de los fabricantes no aprovechan las oportunidades mencionadas anteriormente para fabricar dispositivos simplificados. Como resultado de las fuerzas del mercado, muchos sistemas TAS funcionan exactamente como el TCAS I (con limitación de interferencias, utilizando la simbología del TCAS I, etc.), y algunos incluso tienen un mejor rendimiento de vigilancia (en alcance y en aeronaves rastreadas) y especificaciones que el TCAS I.

Los mensajes de vigilancia dependiente automática (ADS-B) se transmiten desde aeronaves equipadas con transpondedores adecuados, que contienen información como identidad, ubicación y velocidad. Las señales se transmiten en la frecuencia de radio de 1090 MHz. Los mensajes ADS-B también se transmiten en un transceptor de acceso universal (UAT) en la banda de 978 MHz. ^[14]

Los equipos TCAS capaces de procesar mensajes ADS-B pueden utilizar esta información para mejorar el rendimiento del TCAS, utilizando técnicas conocidas como "vigilancia híbrida". Tal como se implementa actualmente, la vigilancia híbrida utiliza la recepción de mensajes ADS-B desde una aeronave para reducir la velocidad a la que el equipo TCAS interroga a esa aeronave. Esta reducción en las interrogaciones reduce el uso del canal de radio de 1030/1090 MHz y, con el tiempo, extenderá la vida útil operativa de la tecnología TCAS. Los mensajes ADS-B también permitirán que la tecnología de bajo costo (para la aeronave) proporcione tráfico en tiempo real en la cabina de mando para aeronaves pequeñas. ^[15] Actualmente, se proporcionan enlaces ascendentes de tráfico basados ​​en UAT en Alaska y en regiones de la costa este de los EE. UU.

La vigilancia híbrida no utiliza la información de vuelo de las aeronaves del ADS-B en los algoritmos de detección de conflictos del TCAS; el ADS-B se utiliza únicamente para identificar aeronaves que pueden ser interrogadas de forma segura a una velocidad menor.

En el futuro, las capacidades de predicción se podrán mejorar utilizando la información del vector de estado presente en los mensajes ADS-B. Además, dado que los mensajes ADS-B se pueden recibir a una distancia mayor que la que normalmente utiliza el TCAS, los algoritmos de seguimiento del TCAS podrán detectar antes las aeronaves.

La información de identidad presente en los mensajes ADS-B se puede utilizar para etiquetar otras aeronaves en la pantalla de la cabina (cuando esté presente), creando una imagen similar a la que vería un controlador de tráfico aéreo y mejorando el conocimiento de la situación. ^{[16] [17]}

El TCAS I es un sistema más barato pero menos capaz que el moderno sistema TCAS II introducido para uso en aviación general después de la orden de la FAA para el TCAS II en aeronaves de transporte aéreo. Los sistemas TCAS I pueden monitorear la situación del tráfico alrededor de un avión (a una distancia de aproximadamente 40 millas) y ofrecer información sobre el rumbo y la altitud aproximados de otras aeronaves. También puede generar advertencias de colisión en forma de un "Aviso de tráfico" (TA). El TA advierte al piloto que otra aeronave se encuentra en las inmediaciones, anunciando "Tráfico, tráfico" , pero no ofrece ninguna solución sugerida; es el piloto quien decide qué hacer, generalmente con la asistencia del Control de Tráfico Aéreo. Cuando una amenaza ha pasado, el sistema anuncia "Liberado de conflicto" . ^[18]

El TCAS II es el primer sistema que se introdujo en 1989 y es la generación actual de advertencia instrumental TCAS, que se utiliza en la mayoría de las aeronaves de aviación comercial (consulte la tabla siguiente). Un 737 de US Airways fue el primer avión certificado con el sistema TCAS II de AlliedBendix (ahora Honeywell). Ofrece todos los beneficios del TCAS I, pero también ofrece al piloto instrucciones vocales directas para evitar el peligro, conocidas como "Aviso de resolución" (RA). La acción sugerente puede ser "correctiva", sugiriendo al piloto que cambie la velocidad vertical anunciando "Descender, descender" , "Ascender, ascender" o "Nivelar, nivelar" (es decir, reducir la velocidad vertical). Por el contrario, se puede emitir un RA "preventivo" que simplemente advierte a los pilotos de que no se desvíen de su velocidad vertical actual, anunciando "Controlar la velocidad vertical" o "Mantener la velocidad vertical, Mantener" . Los sistemas TCAS II coordinan sus avisos de resolución antes de dar órdenes a los pilotos, de modo que si se ordena a una aeronave descender, normalmente se le indicará a la otra que ascienda, maximizando así la separación entre las dos aeronaves. ^[1]

En 2006, la única implementación que cumplía con los estándares ACAS II establecidos por la OACI ^[19] era la versión 7.0 de TCAS II, producida por tres fabricantes de aviónica: Rockwell Collins , Honeywell y ACSS (Aviation Communication & Surveillance Systems; una empresa conjunta de L3Harris y Thales Avionics ).

Tras la colisión en el aire de Überlingen en 2002 (1 de julio de 2002), se han realizado estudios para mejorar las capacidades del TCAS II. Tras una amplia aportación y presión de Eurocontrol , RTCA (Comité Especial SC-147 ^[20] ) y EUROCAE han elaborado conjuntamente un documento revisado de Estándares Mínimos de Rendimiento Operacional (MOPS) del TCAS II . Como resultado, en 2008 se han emitido los estándares para la versión 7.1 del TCAS II ^[21] y se han publicado como RTCA DO-185B ^[6] (junio de 2008) y EUROCAE ED-143 (septiembre de 2008).

La versión 7.1 del TCAS II ^[1] podrá emitir reversiones de RA en encuentros coordinados, en caso de que una de las aeronaves no siga las instrucciones originales de RA (Propuesta de cambio CP112E). ^[22] Otros cambios en esta versión son el reemplazo de la ambigua RA "Ajustar velocidad vertical, ajustar" por la RA "Nivelar, nivelar" , para evitar una respuesta incorrecta por parte de los pilotos (Propuesta de cambio CP115); ^[23] y el manejo mejorado de la anunciación correctiva/preventiva y la eliminación de la pantalla de arco verde cuando una RA positiva se debilita únicamente debido a una condición de altitud extremadamente baja o alta (1000 pies AGL o por debajo, o cerca del techo superior de la aeronave) para evitar una guía incorrecta y posiblemente peligrosa para el piloto (Propuesta de cambio CP116). ^{[11] [24]}

Estudios realizados para Eurocontrol , utilizando datos operativos registrados recientemente, indican que actualmente ^{[ ¿cuándo? ]} la probabilidad de una colisión en el aire por cada hora de vuelo en el espacio aéreo europeo es de 2,7 x 10 ^−8, lo que equivale a una cada 3 años. Cuando se implemente la versión 7.1 del TCAS II, esa probabilidad se reducirá en un factor de 4. ^[24]

Aunque el ACAS III se menciona como un sistema futuro en el Anexo 10 de la OACI, es poco probable que se materialice debido a las dificultades que tienen los sistemas de vigilancia actuales con el seguimiento horizontal. Actualmente, se están realizando investigaciones para desarrollar un futuro sistema de prevención de colisiones (bajo el nombre provisional de ACAS X). ^[25]

El TCAS III, que originalmente se denominó TCAS II Enhanced, fue concebido como una expansión del concepto TCAS II para incluir la capacidad de asesoramiento de resolución horizontal. El TCAS III fue la "próxima generación" de tecnología de prevención de colisiones que fue desarrollada por compañías de aviación como Honeywell . El TCAS III incorporó mejoras técnicas al sistema TCAS II y tenía la capacidad de ofrecer avisos de tráfico y resolver conflictos de tráfico utilizando directivas de maniobra tanto horizontales como verticales para los pilotos. Por ejemplo, en una situación de choque frontal, se podría indicar a una aeronave "gire a la derecha, ascienda" mientras que a la otra se le indicaría "gire a la derecha, descienda". Esto actuaría para aumentar aún más la separación total entre aeronaves, tanto en aspectos horizontales como verticales. Las directivas horizontales serían útiles en un conflicto entre dos aeronaves cerca del suelo donde puede haber poco o ningún espacio de maniobra vertical. ^[26]

El TCAS III intentó utilizar la antena direccional del TCAS para asignar un rumbo a otras aeronaves y así poder generar una maniobra horizontal (por ejemplo, girar a la izquierda o a la derecha). Sin embargo, la industria consideró que no era viable debido a las limitaciones en la precisión de las antenas direccionales del TCAS. Se consideró que las antenas direccionales no eran lo suficientemente precisas para generar una posición precisa en el plano horizontal y, por lo tanto, una resolución horizontal precisa. En 1995, años de pruebas y análisis determinaron que el concepto no era viable utilizando la tecnología de vigilancia disponible (debido a la insuficiencia de la información de la posición horizontal) y que era poco probable que se invocaran RA horizontales en la mayoría de las geometrías de encuentro. Por lo tanto, se suspendió todo el trabajo sobre el TCAS III y no hay planes para su implementación. El concepto ha evolucionado posteriormente y ha sido reemplazado por el TCAS IV. ^{[27] [28]}

El TCAS IV utiliza información adicional codificada por la aeronave objetivo en la respuesta del transpondedor en modo S (es decir, el objetivo codifica su propia posición en la señal del transpondedor) para generar una resolución horizontal para un RA. Además, se necesita alguna fuente confiable de posición (como un sistema de navegación inercial o GPS ) en la aeronave objetivo para poder codificarla.

El TCAS IV había sustituido al concepto TCAS III a mediados de los años 1990. Uno de los resultados de la experiencia con el TCAS III fue que la antena direccional utilizada por el procesador del TCAS para asignar un rumbo a una respuesta de transpondedor recibida no era lo suficientemente precisa como para generar una posición horizontal precisa y, por lo tanto, una resolución horizontal segura. El TCAS IV utilizó información de posición adicional codificada en un enlace de datos aire-aire para generar la información del rumbo, de modo que la precisión de la antena direccional no fuera un factor.

El desarrollo del TCAS IV continuó durante algunos años, pero la aparición de nuevas tendencias en el enlace de datos, como la Vigilancia Dependiente Automática – Transmisión ( ADS-B ), han puesto de relieve la necesidad de reevaluar si un sistema de enlace de datos dedicado a la prevención de colisiones, como el TCAS IV, debería incorporarse a un sistema más genérico de enlace de datos aire-aire para aplicaciones adicionales. Como resultado de estos problemas, el concepto del TCAS IV se abandonó cuando comenzó el desarrollo del ADS-B . ^{[28] [29]}

Aunque el sistema ocasionalmente sufre falsas alarmas, los pilotos ahora tienen instrucciones estrictas de considerar todos los mensajes TCAS como alertas genuinas que exigen una respuesta inmediata y de alta prioridad. Solo las alertas y advertencias de detección de cizalladura del viento y GPWS tienen mayor prioridad que el TCAS. Las reglas de la FAA , EASA y la mayoría de las autoridades de otros países establecen que en caso de un conflicto entre el RA del TCAS y las instrucciones del control de tráfico aéreo (ATC), el RA del TCAS siempre tiene prioridad. Esto se debe principalmente a que el TCAS-RA posee inherentemente una imagen más actual y completa de la situación que los controladores de tráfico aéreo, cuyas actualizaciones de radar / transpondedor generalmente ocurren a un ritmo mucho más lento que las interrogaciones del TCAS. ^{[5] [1]} Si una aeronave sigue un RA del TCAS y la otra sigue instrucciones del ATC conflictivas, puede ocurrir una colisión, como el desastre de Überlingen del 1 de julio de 2002 . En esta colisión en el aire, ambos aviones estaban equipados con sistemas TCAS II versión 7.0 que funcionaron correctamente, pero uno obedeció el aviso del TCAS mientras que el otro ignoró el TCAS y obedeció al controlador; ambos aviones descendieron y provocaron una colisión fatal. ^[30]

Este accidente podría haberse evitado si el TCAS hubiera podido revertir el RA original de una de las aeronaves cuando detecta que la tripulación de la otra no está siguiendo su RA TCAS original, sino instrucciones ATC contradictorias. Esta es una de las características que se implementarían más tarde en la versión 7.1 del TCAS II. ^{[21] [31] [32]}

La implementación de la versión 7.1 del TCAS II se había planificado originalmente para comenzar entre 2009 y 2011 mediante la modernización y el equipamiento avanzado de todas las aeronaves equipadas con TCAS II, con el objetivo de que para 2014 la versión 7.0 se haya eliminado por completo y se haya reemplazado por la versión 7.1. La FAA y la EASA ya han publicado la Orden Técnica Estándar TCAS II Versión 7.1 (TSO-C119c ^[33] y ETSO-C119c, ^[34] respectivamente) en vigor desde 2009, basada en las normas RTCA DO-185B ^[6] y EUROCAE ED-143. El 25 de septiembre de 2009, la FAA emitió la Circular Asesora AC 20-151A ^[35] que proporciona orientación para obtener la aprobación de aeronavegabilidad para los sistemas TCAS II, incluida la nueva versión 7.1. El 5 de octubre de 2009, la Asociación de Líneas Aéreas Europeas (AEA) publicó un Documento de Posición ^[36] que mostraba la necesidad de obligar a que todas las aeronaves utilizaran la versión 7.1 del TCAS II como una cuestión prioritaria. El 25 de marzo de 2010, la Agencia Europea de Seguridad Aérea (AESA) publicó la Notificación de Propuesta de Enmienda (NPA) Nº 2010-03 relativa a la introducción de la versión 7.1 del software del ACAS II. ^[37] El 14 de septiembre de 2010, la AESA publicó el Documento de Respuesta a los Comentarios (CRD) del NPA mencionado anteriormente. ^[38] Por otra parte, se ha presentado una propuesta para modificar la norma de la OACI a fin de exigir la versión 7.1 del TCAS II para cumplir con las SARP del ACAS II.

La OACI ha distribuido una enmienda para el acuerdo formal de los Estados miembros que recomienda la adopción del cambio 7.1 del TCAS II antes del 1 de enero de 2014 para la adaptación previa y el 1 de enero de 2017 para la adaptación posterior. Tras la retroalimentación y los comentarios de los operadores de líneas aéreas, la EASA ha propuesto las siguientes fechas para el mandato de la versión 7.1 del TCAS II en el espacio aéreo europeo: adaptación previa (para aeronaves nuevas) el 1 de marzo de 2012, adaptación posterior (para aeronaves existentes) el 1 de diciembre de 2015. Estas fechas son propuestas, sujetas a procesos regulatorios adicionales, y no son definitivas hasta que se haya publicado la Norma de Implementación. ^[24]

Entre los fabricantes de sistemas, en febrero de 2010 ACSS ^[39] certificó el cambio 7.1 para sus sistemas TCAS 2000 y Legacy TCAS II, ^[40] y actualmente ofrece la actualización al cambio 7.1 para sus clientes. ^[41] En junio de 2010 Honeywell publicó un informe técnico con sus soluciones propuestas para TCAS II versión 7.1. ^[42] Rockwell Collins anuncia actualmente que sus sistemas TCAS-94, TCAS-4000 y TSS-4100 compatibles con TCAS II se pueden actualizar por software al cambio 7.1 cuando esté disponible. ^[43]

Si bien los beneficios de seguridad de las implementaciones actuales de TCAS son evidentes, el potencial técnico y operativo completo de TCAS no se explota por completo debido a las limitaciones en las implementaciones actuales (la mayoría de las cuales deberán abordarse para facilitar aún más el diseño y la implementación del vuelo libre ) y NextGen :

• La mayoría de los problemas relacionados con el TCAS II notificados al Sistema de notificación de seguridad de la aviación (ASRS) abarcan el funcionamiento anómalo o erróneo del equipo del TCAS II, la distracción inducida por el TCAS, los conflictos aéreos provocados por el TCAS y el uso no estándar del TCAS. ^[44]
• Al igual que un controlador, el TCAS II utiliza la información del Modo C para determinar la separación vertical con respecto a otros tipos de tráfico. Si el Modo C proporciona información de altitud errónea, aunque sea temporalmente, puede resultar en un comando de aviso de resolución erróneo para ascender o descender. A diferencia de un controlador, el TCAS II no puede consultar a la tripulación de vuelo para determinar si el problema radica en un mal funcionamiento del equipo. ^[44]
• Los pilotos citan con frecuencia la interferencia auditiva y de carga de trabajo relacionada con el TCAS II con las tareas normales de la cabina. ^[44]
• Muchos informes de incidentes del TCAS recibidos en el ASRS alegan que la respuesta del piloto a comandos erróneos del TCAS ha promovido un conflicto cuando, inicialmente, no existía ninguno. Consideremos la siguiente colisión casi en el aire (NMAC) en la que el RA del TCAS II bien podría haber sido activado por la alta tasa de ascenso del portaaviones (Y). ^[44]
• El TCAS se limita a respaldar únicamente los avisos de separación vertical; sin embargo, los escenarios de conflicto de tráfico más complejos se pueden remediar de manera más fácil y eficiente haciendo uso también de maniobras de resolución lateral; esto se aplica en particular a los conflictos de tráfico con margen marginal de separación del terreno o escenarios de conflicto que están restringidos de manera similar por restricciones verticales (por ejemplo, en espacio aéreo RVSM concurrido ).
• El ATC puede recibir información automática sobre los avisos de resolución emitidos por el TCAS sólo cuando la aeronave se encuentra dentro de un área cubierta por una red de monitoreo de Modo S o ADS-B . En otros casos, los controladores pueden no estar al tanto de los avisos de resolución basados ​​en el TCAS o incluso emitir instrucciones contradictorias (a menos que los miembros de la tripulación de cabina informen explícitamente al ATC sobre un aviso de resolución emitido durante una situación de alta carga de trabajo), lo que puede ser una fuente de confusión para las tripulaciones afectadas y, además, aumentar la carga de trabajo del piloto. En mayo de 2009, Luxemburgo, Hungría y la República Checa muestran avisos de resolución transmitidos por transmisión descendente a los controladores.
• En el contexto antes mencionado, el TCAS carece de instalaciones automatizadas que permitan a los pilotos informar y reconocer fácilmente la recepción de un RA (obligatorio) al ATC (y la intención de cumplirlo), de modo que la radio de voz es actualmente la única opción para hacerlo, lo que sin embargo aumenta adicionalmente la carga de trabajo del piloto y del ATC, así como la congestión de frecuencias durante situaciones críticas.
• En el mismo contexto, el conocimiento de la situación del ATC depende de información exacta sobre las maniobras de las aeronaves, especialmente durante escenarios de conflicto que pueden causar o contribuir a nuevos conflictos al desviarse de la ruta planificada, por lo que visualizar automáticamente los avisos de resolución emitidos y recalcular la situación del tráfico dentro del sector afectado obviamente ayudaría al ATC a actualizar y mantener el conocimiento de la situación incluso durante cambios de ruta ad hoc no planificados inducidos por conflictos de separación.
• Las pantallas TCAS actuales no brindan información sobre los avisos de resolución emitidos a otras aeronaves (en conflicto), y si bien los avisos de resolución emitidos a otras aeronaves pueden parecer irrelevantes para otra aeronave, esta información permitiría y ayudaría a las tripulaciones a evaluar si otras aeronaves (tráfico en conflicto) realmente cumplen con los RA al comparar la tasa real de cambio (de altitud) con la tasa de cambio solicitada (que podría hacerse automáticamente y visualizarse en consecuencia mediante la aviónica moderna), proporcionando así información crucial en tiempo real para el conocimiento de la situación durante situaciones altamente críticas.
• Hoy en día, las pantallas TCAS suelen estar basadas principalmente en el alcance, por lo que solo muestran la situación del tráfico dentro de un rango configurable de millas/pies; sin embargo, en determinadas circunstancias, una representación "basada en el tiempo" (es decir, dentro de los próximos xx minutos) podría ser más intuitiva.
• Falta de conocimiento del terreno/suelo y de los obstáculos (por ejemplo, conexión a TAWS , incluido el conocimiento del sector MSA ), que podría ser fundamental para crear avisos de resolución factibles (no peligrosos, en el contexto del despeje del terreno) y útiles (es decir, evitar instrucciones de descenso extremo si está cerca del terreno), para garantizar que los RA de TCAS nunca faciliten escenarios de CFIT (vuelo controlado hacia el terreno).
• El rendimiento de las aeronaves en general y las capacidades de rendimiento actuales en particular (debido a la configuración activa de la aeronave) no se tienen en cuenta durante la negociación y creación de avisos de resolución (como es el caso de las diferencias entre los diferentes tipos de aeronaves, por ejemplo, turbohélice/jet vs. helicópteros), de modo que es teóricamente posible que se emitan avisos de resolución que exijan velocidades de ascenso o descenso fuera de la envolvente de vuelo normal/segura de una aeronave durante una determinada fase del vuelo (es decir, debido a la configuración actual de la aeronave). Además, como todo el tráfico se trata por igual, no se produce distinción entre los diferentes tipos de aeronaves, descuidando la opción de explotar la información (de rendimiento) específica de la aeronave para emitir instrucciones personalizadas y optimizadas para cualquier conflicto de tráfico determinado (es decir, emitiendo instrucciones de ascenso a aquellas aeronaves que pueden proporcionar las mejores velocidades de ascenso, mientras que se emiten instrucciones de descenso a las aeronaves que proporcionan velocidades de descenso comparativamente mejores, con lo que se espera maximizar el cambio de altitud por unidad de tiempo, es decir, la separación). Como ejemplo, el TCAS puede ordenar a una aeronave que ascienda cuando ya está en su techo de servicio para su configuración actual. ^[45]
• El TCAS está orientado principalmente a la extrapolación, por lo que utiliza algoritmos que intentan aproximarse a la predicción de trayectorias en 4D utilizando el "historial de trayectorias de vuelo", con el fin de evaluar la situación actual del tráfico en las proximidades de una aeronave; sin embargo, el grado de fiabilidad y utilidad de los datos podría mejorarse significativamente mejorando dicha información con un acceso limitado a la información relevante del plan de vuelo, así como a las instrucciones ATC pertinentes para obtener una imagen más completa de los planes e intenciones de otros tipos de tráfico (rutas), de modo que las predicciones de las trayectorias de vuelo ya no se basen simplemente en estimaciones, sino en la ruta real de la aeronave ( plan de vuelo FMS ) e instrucciones ATC. Si se modifica el TCAS para utilizar datos que utilizan otros sistemas, será necesario tener cuidado para garantizar que los riesgos de modos de fallo comunes sean suficientemente pequeños.
• El TCAS no se instala en muchas aeronaves más pequeñas, principalmente debido a los altos costos que implica (entre 25.000 y 150.000 dólares). Muchos jets comerciales personales más pequeños, por ejemplo, actualmente no están legalmente obligados a tener instalado el TCAS, a pesar de que vuelan en el mismo espacio aéreo que aeronaves más grandes, que sí están obligadas a tener el equipo TCAS adecuado a bordo. El sistema TCAS solo puede funcionar a su verdadero potencial operativo una vez que todas las aeronaves en un espacio aéreo determinado tengan una unidad TCAS que funcione correctamente a bordo.
• El TCAS requiere que ambas aeronaves en conflicto tengan transpondedores. Si una de las aeronaves no tiene transpondedor, no avisará al TCAS porque no se está transmitiendo información.

Para superar algunas de estas limitaciones, la FAA está desarrollando una nueva lógica de prevención de colisiones basada en programación dinámica.

En respuesta a una serie de colisiones en el aire que involucraron a aviones comerciales, la Administración Federal de Aviación ordenó al Laboratorio Lincoln en la década de 1970 que participara en el desarrollo de un sistema de prevención de colisiones a bordo. En su forma actual, el Sistema de Alerta de Tráfico y Prevención de Colisiones es obligatorio en todo el mundo en todas las aeronaves de gran tamaño y ha mejorado significativamente la seguridad de los viajes aéreos, pero los cambios importantes en el espacio aéreo planificados para los próximos años requerirán una modificación sustancial del sistema. ^[46]

Un conjunto de nuevos sistemas llamados ACAS X ^[47] utilizarán esta nueva lógica:

• ACAS Xa será un reemplazo directo de TCAS II, utilizando vigilancia activa
• ACAS Xo será un sistema anticolisión optimizado para funcionar en algunas situaciones operativas actualmente difíciles, en particular en aproximaciones paralelas con poca separación entre espacios.
• ACAS Xu permitirá múltiples entradas de sensores y estará optimizado para sistemas aéreos no tripulados.
• ACAS Xp estará diseñado para aeronaves con únicamente vigilancia pasiva (ADS-B).

La primera reunión de la industria programada por la FAA se celebró en octubre de 2011 en Washington DC, para informar a los fabricantes de aviónica sobre los planes de desarrollo para "ACAS X", incluidas las demostraciones de vuelo programadas para el año fiscal 2013. La FAA dice que su trabajo "será fundamental para el desarrollo de estándares mínimos de rendimiento operativo" para ACAS X por parte del desarrollador de estándares RTCA. ^[48]

Se estima que, si se continúa desarrollando y certificando ACAS X, no estará disponible comercialmente antes de mediados de la década de 2020. Y se dice que no está claro en esta etapa si ACAS X proporcionará alguna resolución horizontal. ^[49]

• Vigilancia dependiente automática – difusión
• Sistema de alerta de proximidad al suelo
• Colisión en el aire (MAC)
• Sistema de prevención de colisiones con obstáculos
• Sistema portátil de prevención de colisiones
• Sistema de aviso por voz

Wikimedia Commons alberga una categoría multimedia sobre Sistema de alerta de tráfico y prevención de colisiones .

• Sitio web de EUROCONTROL ACAS
• TCAS II versión 7.1
• Discusión sobre TCAS Archivado el 31 de agosto de 2005 en Wayback Machine.
• Discusión crítica de TCAS utilizando escenarios hipotéticos de abuso/explotación del uso de TCAS
• Introducción a TCAS II versión 7.1
• Criterios de decisión para la adopción de medidas reglamentarias en el TCAS II versión 7.1
• Kit de herramientas de video de concientización sobre la interfaz de usuario de TCAS en Skybrary
• Prevención de colisiones en el UKCS (ensayo TCAS II) por Mark Prior (Bristow)
• Bjorn Fehrm (13 de julio de 2018). "El rincón de Bjorn: el mayor cambio en la navegación desde el radar, parte 5". Leeham News .