Por que os pilotos usam as vias aéreas em vez de apenas “voar direto” toda vez?

As vias aéreas simplesmente permitem uma melhor gestão do tráfego.
Imagine por um momento que todos tivessem um carro com capacidade off-road, se todos os motoristas seguissem o "GPS Direct" até o destino, como os motoristas garantiriam a separação? Como você evitaria bater em outros carros se não houvesse estradas?

As vias aéreas são a solução da aviação para este problema: rotas definidas entre navaides (VORs, NDBs e similares). As vias aéreas também podem ser definidas usando "correções" definidas pelas coordenadas do GPS, que podem fornecer algo mais próximo do roteamento "GPS Direct" e ainda fornecer uma rota definida.

As vias aéreas também oferecem vários outros benefícios, incluindo:

Gerenciamento de fluxo de tráfego

Os planos de voo na Europa são validados pelo CFMU (Unidade Central de Gerenciamento de Fluxo) e checou por critérios como a direção das vias aéreas (que pode mudar durante o dia, por exemplo, uma via aérea apenas para o tráfego leste entre 1000 UTC e 1400 UTC), faixas de nível de vôo corretas e vias aéreas conectando corretamente os waypoints, como correções, VORs ou NDBs . O gargalo em todas as operações de vôo é entender a capacidade do aeroporto (quantas operações / hora) e a capacidade do setor (quantas aeronaves são manipuladas por setor / por controlador). Às vezes, o objetivo é distribuir o tráfego entre dois setores, apesar de ter o mesmo destino. Abaixo, você encontrará dois roteiros para Düsseldorf - EDDL, um com partida de Leipzig - EDDP e um de Berlim-Tegel - EDDT (clique nos links para ver a representação visual):

EDDP - EDDL ORTAG Q230 WRB T854 DOMUX EDDT - EDDL FILIAL Y200 HLZ T851 XAMOD

O roteamento do EDDP para o EDDL está passando por WRB - TINSA - ADEMI - INBAX - DOMUX, que está dentro dos limites de um setor chamado "Paderborn High" ou PADH.

O roteamento do EDDT para o EDDL está passando por PIROL - DENOT - HMM - XAMOD, que está dentro dos limites de um setor chamado "Hamm alto / médio" ou HMMH / HMMM.

Durante o horário de pico, os dois setores são separados e lidam com o tráfego apenas dentro do setor, que utiliza a capacidade total de cada controlador que lida com o setor. Fora do horário de pico, os setores podem ser combinados e trabalhados por um controlador. Isso permite um uso granular dos recursos do controlador e do espaço aéreo.

Separação entre Tráfego

A partir do exemplo acima, vimos que há pontos de extremidade de roteamento 2 em Düsseldorf - EDDL para tráfego vindo do nordeste e sudeste, XAMOD e DOMUX. Ambos os waypoints ou correções são os respectivos STAR ou pontos de entrada de transição para chegadas em Düsseldorf. Usando um roteamento padronizado de e para os aeroportos, agora podemos esperar que o tráfego chegue sempre por esses dois pontos a partir do leste, a menos que outra coordenação tenha sido alcançada pelas unidades ATC envolvidas. Observando o roteiro reverso para os dois aeroportos, veremos as seguintes rotas:

EDDL - EDDP NUDGO Z858 BERDI Z21 BIRKA T233 LUKOP EDDL - EDDT MEVEL L179 OSN L980 DLE T207 BATEL

MEVEL e NUDGO são dois dos waypoints de saída do SID de Düsseldorf, MEVEL sendo 10nm ao norte de XAMOD e NUDGO sendo 26nm a leste de DOMUX, no entanto, a correção relevante aqui é ELBAL, que é uma das correções no SID23L de Düsseldorf a NUDGO, que fica 16nm ao sul de NUDGO. Com algo simples como usar correções padronizadas de entrada e saída de e para um aeroporto, conseguimos manter um fluxo de tráfego com separação garantida entre o tráfego de partida e de chegada, algo que não seria possível com o roteamento direto por GPS ou exigiria vetores ATC constantes.

Transferências da unidade ATC para a unidade ATC

Os exemplos acima mostram roteiros diferentes e, às vezes, setores diferentes lidando com o tráfego nessas rotas. Como o tráfego é transferido para outros controladores e para onde? Uma transferência consiste em mover a pista do radar da aeronave de um controlador para outro e, posteriormente, instruir a aeronave a mudar a frequência para o próximo controlador do setor. As transferências são iniciadas nos limites do setor, em correções específicas, que foram acordadas entre diferentes ACC (Centros de Controle de Área) ou, às vezes, até dentro de um ACC entre setores únicos. Como já estamos familiarizados com o espaço aéreo de Düsseldorf, vamos usar o roteamento abaixo Munique para Düsseldorf.

EDDM - EDDL GIVMI Y101 TEKTU Z850 ADEMI T854 DOMUX

Na representação gráfica, você verá que o tráfego de EDDM para EDDL passará o waypoint ARPEG, que fica próximo ao aeroporto de destino. Antes de chegar ao waypoint ARPEG, a aeronave estará sob controle de qualquer Setor Hersfeld (HEF) ou Gedern (GED) (página 5) e precisa descer em direção ao aeroporto de destino. O próximo setor para a chegada de tráfego a Düsseldorf via ARPEG seria o Paderborn High Sector (PADH). Os acordos entre HEF / GED e PADH são de que o tráfego de chegada a Düsseldorf via ARPEG é esperado no nível FL240 na ARPEG e liberado após a transferência para descida adicional pela PADH, mesmo que a aeronave ainda não tenha cruzado a fronteira do setor e não esteja em Espaço aéreo da PADH. Esses pontos de referência de coordenação e procedimentos de transferência estão documentados em cartas de acordo entre ou dentro de um ACC.

Clima

Quando o clima (baixas no caminho errado, fortes correntes de jato, tempestades etc.) afeta a rota direta, os despachantes de vôo sugerem pró-ativamente as rotas ao redor. Não é incomum que o tráfego da NYC-SFO seja roteado pelo Canadá ou pelo Kentucky quando o Centro-Oeste está invadindo.

Exceções - espaço aéreo de rota livre

Nos locais onde a densidade do aeroporto e do tráfego aéreo permite, o uso das vias aéreas não é obrigatório ou, em alguns casos, nem esperado ou provisionado. Um exemplo é o Sobrecarga de espaço aéreo de rota gratuita na Escandinávia, onde uma parte do espaço aéreo pode ser usada livremente entre pontos de entrada e saída definidos. Sistemas similares também estão sendo discutidos por NATS UK e a Sistema de transporte aéreo FAA NextGen.

Para mais informações sobre vias aéreas e seu uso, consulte também a questão relacionada: Existe alguma diferença entre como os jatos comerciais e as aeronaves da GA usam as vias aéreas?

Some material courtesy of VATSIM or VATSIM Germany. While only for simulation use, the material used is as accurate and close to the real sectorisation or procedures as possible, so should be sufficient to explain the concepts presented here.

Uma explicação simplista é que os pilotos no espaço aéreo controlado voam pelas vias aéreas porque é para onde os controladores de tráfego aéreo querem que eles voem.

O uso das vias aéreas tem a ver com a maneira como os controladores de tráfego aéreo controlam todos os vôos no setor do espaço aéreo que controlam (eles precisam de uma maneira de organizar o tráfego para que tenham uma boa imagem mental e possam garantir que as aeronaves não passam muito próximos um do outro), além do fato de que é mais fácil comunicar um caminho entre os waypoints publicados com nomes de três ou cinco letras do que um caminho entre os pontos descritos por suas latitudes e longitudes numéricas .

O conceito de voo livre propõe permitir que essas mesmas aeronaves voem rotas que geralmente não seguem as vias aéreas, mas exige grandes mudanças na maneira como o gerenciamento do tráfego aéreo é realizado.

(Esta resposta é baseada principalmente na lembrança do trabalho que fiz no desenvolvimento e análise de sistemas de gerenciamento de tráfego aéreo, principalmente relacionados ao voo livre, desde a 2001.)

As vias aéreas são mais seguras, porque você sabe onde outros pilotos estarão voando para evitá-los. A regra de usar um nível de vôo ímpar para voar para o leste e um nível de vôo par para voar para o oeste também ajudará a manter o tráfego separado.

Altitudes de cruzeiro seguras também são definidas com base nas vias aéreas. Há uma altitude por waypoint, então uma subida normal permitirá que você supere a próxima colina, e por seção entre os waypoints, para que você saiba o quão alta é essa colina.

Sem o sistema de vias aéreas, manter uma distância ao solo adequada seria muito mais trabalhoso. Com as correções, tudo o que o piloto precisa fazer é manter uma lista com correções e MEA / MCA (altitudes de cruzamento seguras) e seguir a agulha e atravessá-las quando ele as alcançar e subir, se necessário.

Só para acrescentar uma pequena perspectiva, o espaço aéreo livre de rotas está em consideração há um tempo e já está implementado em alguns países. O conceito de rota livre ou rota direta faz uso dos sistemas de satélite atualmente subutilizados em aeronaves (no contexto de rota) e software inteligente para executar rotas mais eficientes de aeronaves (baseadas em GPS). O roteamento direto também faz parte do NATS UK e NextGen da FAA estratégia de gerenciamento de tráfego aéreo.

Falando como piloto da GA, pilotando aviões leves no sistema americano:

Em vôos no espaço aéreo de menor uso, em altitudes mais baixas e com os controles ATC apropriados em vigor (acordos que permitem aos controladores fazer isso no espaço aéreo de outra pessoa), é possível obter uma rota direta de GPS aprovada. Eu já fiz isso em viagens na faixa de milhas 200-300 antes.

Em viagens mais longas, você não precisa necessariamente usar as vias aéreas. Muitas vezes, é possível obter pontos de passagem na entrada / saída do espaço aéreo, entre os quais você pode ir diretamente (fora das vias aéreas).

É como muitos sistemas que evoluem. Se começássemos hoje, poderíamos fazê-lo de maneira diferente.

A analogia com os carros é ruim porque, na maioria das vezes, há um número muito pequeno de aeronaves em uma quantidade muito grande de espaço aéreo e seria difícil justificar o uso das vias aéreas. Então, partindo do ponto de vista que toda aeronave sabe com precisão:

a) Sua localização, rumo, vetores de velocidade, dados de combustível, restrições de vôo e destino, etc;

b) A mesma informação para todas as outras aeronaves próximas (isso poderia cobrir um volume bastante grande na prática);

c) O terreno e as condições meteorológicas, etc.

Então, torna-se um problema combinacional realmente interessante para resolver no contexto de um sistema de computador distribuído autônomo; ou seja, sem ATC - tudo administrado por sistemas de bordo que cooperam.

Claramente, existem pontos significativos em que os caminhos devem se cruzar devido às posições geográficas dos aeroportos e, é claro, à programação dinâmica de chegadas e partidas nos aeroportos; para não mencionar a manipulação de eventos inesperados.

Para um cientista da computação, tudo isso é fascinante e desafiador, mas suspeito que seria muito difícil desenvolver um sistema de controle autônomo com base nessa abordagem, a ponto de ser confiável!