El sistema de ruta de planeo de curso o KGS , o el sistema de aproximación instrumental de baliza de radio para aeronaves [1] ) es el sistema de navegación de radio más común en la aviación para aterrizar en los instrumentos de la cabina. Dependiendo de la longitud de onda, los KGS se dividen en sistemas de metros ( ILS ( sistema de aterrizaje por instrumentos) ) y centímetro ( MLS , sistema de aterrizaje por microondas ) .
Los sistemas de aterrizaje por instrumentos basados en principios operativos de radionavegación comenzaron a desarrollarse en los países más desarrollados a principios de la década de 1930. En los EE. UU., luego de las pruebas exitosas del sistema de ruta de planeo de curso, la Administración de Aviación Civil firmó un acuerdo para su instalación para 1941 en 6 aeropuertos del país. En 1945, Estados Unidos utilizó el KGS en 9 aeródromos civiles y 50 aeródromos militares [2] . Creado por los alemanes en la década de 1930, en 1938, además de la propia Alemania , el KGS se vendió en todo el mundo y se instaló, en particular, en Dinamarca , Suecia , Polonia , Checoslovaquia , Hungría , Australia e Inglaterra [3] . Japón había desarrollado un sistema de aterrizaje óptico antes de la guerra para su uso en portaaviones . Durante la Segunda Guerra Mundial , solo los japoneses tenían un sistema de este tipo en los portaaviones.
En la URSS, el primer KGS - "Night-1" se creó a fines de la década de 1930 y consistía en una baliza de trayectoria de planeo y balizas marcadoras [4] [5] . En 1950 apareció el sistema de aterrizaje SP-50 Materik, que incluía el repetidor RD-1, el localizador KRM-F, la trayectoria de planeo GRM-1 y las balizas marcadoras MRM-48 [6] . El sistema SP-50 se instaló en la década de 1950 en varios aeródromos de la URSS (tanto militares como civiles) y permitió aterrizar aviones Li-2, Il-12, Il-14, Tu-4, Tu-16 a un mínimo meteorológico de 50x500 (la altura de la base de las nubes es de 50 m, el rango de visibilidad en la pista es de 500 m). De los civiles, los aeropuertos de Moscú, Leningrado, Sverdlovsk y Kharkov fueron los primeros en ser equipados. Para la década de 1970, el SP-50 estaba instalado en 70 aeropuertos del país [7] .
KGS consta de dos balizas : localizador (KRM) y trayectoria de planeo (GRM) [8] .
El sistema de antena KRM es un conjunto de antenas de elementos múltiples que consta de una fila lineal de antenas direccionales del rango de frecuencia del medidor con polarización horizontal . Para ampliar el sector de trabajo de la radiobaliza a ángulos de ±35°, a menudo se utiliza un conjunto de antenas adicional. El rango de frecuencia de funcionamiento del KRM es de 108 a 112 MHz (se utiliza una cuadrícula de frecuencia de 40 canales, donde se asigna una determinada frecuencia de tiempo a cada frecuencia del KRM). KRM se coloca fuera de la pista en la continuación de su línea central. Su sistema de antena forma simultáneamente dos patrones de radiación horizontales en el espacio . El primer diagrama tiene un lóbulo ancho dirigido a lo largo de la línea central, en el que la frecuencia portadora es modulada en amplitud por la suma de señales con una frecuencia de 90 y 150 Hz . El segundo diagrama tiene dos lóbulos estrechos desfasados del lado izquierdo y derecho de la línea central, en los que la radiofrecuencia es modulada en amplitud por la diferencia de señales con una frecuencia de 90 y 150 Hz, y la portadora es reprimido Como resultado de la suma, la señal se distribuye en el espacio de tal manera que al volar a lo largo de la línea central, la profundidad de modulación de las señales de 90 y 150 Hz es la misma, lo que significa que la diferencia de profundidad de modulación (DDM) es igual a cero. Al desviarse de la línea central, la profundidad de modulación de la señal de una frecuencia aumenta, mientras que la otra disminuye, por lo tanto, la RGM aumenta en sentido positivo o negativo. En este caso, la suma de profundidades de modulación (SHM) en el área de cobertura de la baliza se mantiene en un nivel constante. El equipo de navegación y vuelo aerotransportado mide el valor DGM determinando el lado y el ángulo de desviación de la aeronave con respecto al curso de aterrizaje.
El sistema de antena de temporización es, en el caso más simple, un conjunto de dos antenas direccionales UHF polarizadas horizontalmente separadas en altura (conjunto "0"). El rango de frecuencia de funcionamiento de la temporización es de 329-335 MHz. El cronometraje se coloca en el lado opuesto a la obra y calles de rodaje, a una distancia de 120-180 m del eje de pista opuesto a la zona de aterrizaje. La distancia de cronometraje desde el umbral de la pista se determina de tal manera que en un ángulo dado de inclinación de la trayectoria de planeo, el punto de referencia (el punto por encima del final de la pista a través del cual pasa la parte recta de la trayectoria de planeo) está a una altura de 15 ± 3 m para los sistemas de aterrizaje con baliza de las categorías I y II y de 15 + 3 0 m para los sistemas de la categoría III. El patrón de radiación del sistema de antena de temporización se forma como resultado del reflejo de las ondas de radio de la superficie terrestre, por lo tanto, se imponen requisitos especiales sobre la limpieza del área inmediatamente adyacente al sistema de antena de temporización. Para reducir la influencia de las irregularidades de la superficie subyacente en el diagrama de radiación y, en consecuencia, la curvatura de la línea de trayectoria de planeo , se utiliza un conjunto de antenas de tres antenas espaciadas verticalmente (conjunto "M"). Proporciona una potencia de radiación reducida en ángulos pequeños con respecto al horizonte. El cronometraje utiliza el mismo principio de funcionamiento que el KRM. Su sistema de antena forma simultáneamente dos patrones de radiación verticales en el espacio, con un lóbulo ancho y dos estrechos, por encima y por debajo del plano de la trayectoria de planeo (el plano del valor cero del RGM). La intersección del plano de rumbo y el plano de la trayectoria de planeo da la línea de la trayectoria de planeo. La línea de trayectoria de planeo solo puede llamarse línea recta, ya que en el caso ideal es una hipérbola , que en la zona lejana se acerca a la línea recta que pasa por el punto de contacto. En condiciones reales, debido a irregularidades del terreno y obstáculos en el área de cobertura de las radiobalizas, la línea de trayectoria de planeo está sujeta a una curvatura cuya magnitud está normalizada para cada categoría del sistema de aterrizaje.
El ángulo de trayectoria de planeo (GPA) es de aproximadamente 3°, pero puede variar según el terreno. Cuanto más pequeño es el GNC, más conveniente es que la aeronave aterrice, ya que la velocidad vertical es menor. En Rusia, en los aeropuertos donde el terreno no interfiere con una aproximación baja, se utiliza el ángulo de 2°40'. En la montaña o si la senda de planeo pasa sobre la ciudad, la UG es mayor. Por ejemplo, en el aeropuerto de Novosibirsk Severny , que se encuentra cerca del centro de la ciudad, la trayectoria de planeo que pasa sobre el bosque tiene una inclinación de 2°40' (pendiente del 4,7 %), y la aproximación desde la ciudad se realiza en un ángulo de 3°40' (pendiente 6,4%, 1,5 veces más). En el aeropuerto de la ciudad de Kyzyl , en una zona montañosa, la UNG es 4° (7%).
KRM PMA momento VPRM UNG BPRM DPRM señal PAPIAdemás de las señales de navegación, el localizador transmite su código de identificación, dos o tres letras en código Morse . Esto permite al piloto o navegante asegurarse de que ha sintonizado el KGS deseado, del cual debe informar a la tripulación. La baliza de trayectoria de planeo no transmite una señal de identificación. Es posible utilizar el receptor KGS en la aeronave para recibir mensajes del controlador.
En los localizadores KGS más antiguos emiten una señal menos directa, y también se puede recibir detrás de la baliza. Esto le permite navegar al menos a lo largo del curso cuando se aproxima desde el lado opuesto (si solo hay un KGS en la pista). También existe el peligro de atrapar un lóbulo parásito y entrar en una trayectoria de planeo falsa. En vista de esto, la tripulación de la aeronave realiza una navegación aérea compleja, lo que implica monitorear el funcionamiento de algunos sistemas de navegación con la ayuda de otros. Por ejemplo, si durante la captura de una trayectoria de planeo falsa y descenso a la altitud de vuelo del LSM , la tripulación no notó el vuelo del marcador, el descenso se detiene necesariamente, la aeronave se transfiere a vuelo nivelado o ascenso.
El localizador (LLC) es un dispositivo de ingeniería de radio basado en tierra que emite señales de radio al espacio que contienen información para el control de la aeronave con respecto al curso de aterrizaje durante la aproximación de aterrizaje a la altura de decisión. La antena KRM está instalada en la extensión del eje de la pista a una distancia de 425-1200 m desde el extremo más cercano de la pista desde el lado opuesto a la dirección de aproximación al aterrizaje, el desplazamiento lateral de la antena KRM desde la extensión del eje de la pista es No permitido.
Una baliza de trayectoria de planeo (GRM) es un dispositivo de ingeniería de radio basado en tierra que emite señales de radio al espacio que contienen información para controlar una aeronave en un plano vertical en relación con un ángulo de inclinación establecido de la línea de trayectoria de planeo cuando se aproxima a una altura de decisión. La antena de sincronización se instala en el costado de la pista a una distancia de 120-180 m de su eje y de 200-450 m del final de la pista desde el lado de aproximación.
Las balizas marcadoras funcionan a una frecuencia de 75 MHz y emiten una señal en un haz estrecho hacia arriba. Cuando un avión sobrevuela una baliza marcadora, se activa el sistema de advertencia: un indicador especial en el tablero de instrumentos parpadea y se emite una señal audible. Las balizas de señalización de proximidad y lejanía en los aeropuertos nacionales suelen instalarse junto con radios de localización . Estas instalaciones se denominan BRMS (estación de radio de conducción cercana con un marcador) y LRMS (estación de radio de conducción de largo alcance con un marcador), respectivamente.
Baliza marcadora lejanaLa radiobaliza de lejanía se instala a una distancia de 3,5-4 km del umbral de la pista ± 75 m, en este punto la aeronave, desplazándose a la altitud indicada en la carta de aproximación (aproximadamente 210-220 metros), debe comprobar la operación del CGS, la altitud de vuelo actual y continuar declinando. La frecuencia de modulación de esta baliza es de 400 Hz y el código de modulación es una serie de dos "guiones" de código Morse.
Baliza marcadora cercanaLa baliza cercana se instala en un lugar donde la altura de la trayectoria de planeo es normalmente igual a la altura de decisión . Esto corresponde a una distancia de 1050 ± 75 metros desde el final de la pista. Así, la señalización del paso por este punto informa adicionalmente a los pilotos de que se encuentran en las inmediaciones de la pista y siguen en la recta de aterrizaje. La frecuencia de modulación de esta baliza es de 1300 Hz y el código de modulación es una combinación de seis puntos y dos guiones de código Morse.
Baliza marcadora internaLa baliza interna rara vez se usa, se instala para una señal adicional sobre el paso por el umbral de la pista en condiciones de poca visibilidad. Por lo general, este es el lugar donde la aeronave alcanza el punto mínimo para la categoría II CGS (aproximadamente 10-20 m).
Cualquier desviación de la norma en el funcionamiento del CGS afecta inmediatamente a los instrumentos de la aeronave que se aproxima para aterrizar y puede dar lugar a peligrosas desviaciones del rumbo y la altitud correctos. Por lo tanto, un equipo especial monitorea el funcionamiento del CGS y, si por algún tiempo (segundos) la desviación excede la norma, el sistema se apaga y se da una alarma, o el sistema deja de transmitir sus señales de identificación y navegación. En cualquier caso, el piloto verá una bandera en los instrumentos indicando que el CGS no está funcionando.
Cuando se utiliza CGS en el aeródromo, existen "zonas CGS" especiales. El rodaje de una aeronave en la zona de radiación CGS solo es posible si no hay otra aeronave en la trayectoria de planeo realizando la aproximación de aterrizaje.
El RVR estándar, que está clasificado como RCV de Categoría I, permite realizar aproximaciones a una altura de decisión de al menos 60 m sobre el nivel de la pista y un alcance visual en la pista (RVR calculado a partir del brillo de las luces de borde de pista y luces de aproximación) de 550 m (1 800 ft) o con una visibilidad meteorológica de 800 m (2 700 ft) si las luces de pista están ausentes o apagadas.
Los sistemas de Categoría II y III más complejos permiten aterrizajes con menos visibilidad, pero requieren una certificación adicional especial de la aeronave y el piloto.
Las aproximaciones de Categoría II permiten aterrizar a una altura de decisión de 30 m (100 pies) y un RVR de 350 m (1200 pies).
Para un aterrizaje de Categoría III, la aeronave aterriza utilizando un sistema de aterrizaje automático, no hay altura de decisión y el RVR debe ser de al menos 250 m (700 pies) para la Categoría IIIa, o 50-250 m para la Categoría IIIb. Cada CGC certificado de Categoría III tiene sus propias alturas y mínimos de decisión establecidos. Algunos KGS están certificados para aterrizajes en condiciones de visibilidad cero (categoría IIIc, también deletreado Cat III C).
Los sistemas de Categoría II y III deben tener iluminación de línea central, zonas de aterrizaje y otras ayudas.
KGS debe apagarse en caso de fallas. A medida que aumenta la categoría, el equipo debe apagarse más rápido. Por ejemplo, un localizador de categoría I debe apagarse 10 segundos después de que se detecte una falla, y un localizador de categoría III debe apagarse en menos de 2 segundos.
Los sistemas directores en las aeronaves (sistemas que determinan la posición relativa a la trayectoria de planeo y la muestran en los instrumentos) son sensibles a los reflejos de las señales CGS derivadas de la presencia de diversos objetos en su área de acción, por ejemplo , las casas, los hangares y los aviones y automóviles ubicados cerca de las balizas de radio pueden crear una distorsión severa de la señal. Los terrenos inclinados, colinas y montañas, y otros terrenos irregulares también pueden reflejar la señal y hacer que las lecturas del instrumento fluctúen. Esto limita el área de operación confiable del CGS.
Asimismo, para el normal funcionamiento del CGS en los aeropuertos, es necesario introducir restricciones adicionales al movimiento de aeronaves en tierra para que no oscurezcan y no reflejen las señales, es decir, aumentar la distancia mínima entre las aeronaves en el suelo y la pista, cerrar algunas calles de rodaje o aumentar el intervalo entre aterrizajes para que un avión aterrizado lograra salir del área problemática y el siguiente avión que aterrizaba no experimentara interferencias de radio. Esto reduce en gran medida la capacidad de los aeropuertos cuando tienen que trabajar en condiciones climáticas difíciles en las categorías II y III.
Además, el KGS solo puede servir para aproximaciones directas, ya que solo hay una línea de igual intensidad de balizas. Al mismo tiempo, en muchos aeropuertos, el terreno difícil requiere una aproximación más difícil, como en el aeropuerto de Innsbruck .
En la década de 1970, se hicieron grandes esfuerzos en los EE. UU. y Europa para desarrollar e implementar un Sistema de aterrizaje por microondas (MLS). No experimenta problemas con los reflejos y determina con precisión la ubicación de la aeronave no solo directamente frente a la pista, sino también en cualquier punto alrededor. Esto permite realizar aproximaciones indirectas sobre él, reducir los intervalos de seguridad y por tanto aumentar la capacidad del aeropuerto en condiciones meteorológicas adversas. Sin embargo, las aerolíneas y los aeropuertos dudaron en invertir en la implementación de este sistema. La llegada del GPS finalmente detuvo el progreso en el campo de las PYMES .
El desarrollo del sistema de posicionamiento global GPS ha creado una alternativa a los medios tradicionales de navegación por radio en la aviación. Sin embargo, el GPS por sí solo, sin medios auxiliares, no es lo suficientemente preciso incluso en comparación con la categoría I de KGS. Se consideraron varias formas de mejorar la precisión: Sistema de aumento de área amplia ( WAAS ), su homólogo Servicio de cobertura de navegación geoestacionaria europea ( EGNOS ). Pueden proporcionar la navegación correspondiente a la Categoría I.
Para utilizar GPS en las condiciones de aproximaciones en categorías II y III, se requiere mayor precisión que la de estos sistemas. El sistema terrestre local ( LKKS ) corresponde únicamente a la categoría I, y los sistemas desarrollados de las categorías II y III pueden incluirlo. Esta técnica probablemente reemplazará a los CGS, aunque probablemente se mantendrán en uso como respaldo en caso de falla del equipo.
El sistema europeo Galileo también está diseñado para ser lo suficientemente preciso como para permitir el aterrizaje automático.