El Sistema de Aterrizaje por Instrumento (ILS)

REPÚBLICA DOMINICANA

ACADEMIA SUPERIOR DE CIENCIAS AERONAUTICAS

Sustentante:

René Alexander Ortega Taveras

Matricula:

2013-0019

Sección:

2

Tema:

El Sistema de Aterrizaje por Instrumento (ILS)

Facilitador:

Elvis Collado

Carrera:

Controlador de Tránsito Aéreo en Aeródromo

29 de Mayo de 2014

Santo Domingo Este, D.N.

EL Instrument Landing System (ILS) es un sistema para guía de precisión que los pilotos utilizan para efectuar aproximaciones y aterrizajes de precisión en una pista en condiciones de vuelo por Instrumentos (IFR - Instrument Flight Rules) cuando las condiciones atmosféricas así lo exigen (IMC - Instrument Meteorological Conditions).

Este sistema ayuda a las aeronaves a efectuar una aproximación de precisión de tal forma que las mismas pueden aterrizar sin la necesidad de estar en condiciones meteorológicas de vuelos visual, debido a que este sistema tienes todas las herramientas necesarias para que la aeronave tome referencia del mismo para alinearse horizontalmente del eje de la pista y verticalmente del umbral de la pista.

También tenemos el radio del ILS que además de ser un receptor de señal de VOR también es un receptor de la señal del ILS. Consiste de una aguja horizontal indicadora de la posición del avión con respecto al patrón de descenso (glideslope) y una aguja vertical indicadora de la posición del avión con respecto al patrón de descenso (localizador). Estas agujas funcionan como una cruz cuando el piloto está efectuando una aproximación ILS. La aguja del localizador le indica donde se encuentra la pista y la aguja del patron de descenso (glideslope) le indica donde está la posición de altura correcta.

Ocasionalmente aparecerá una señal en el ILS que dice GS. Este es un aviso de que su señal de glideslope no está trabajando.

En los primeros días de la aviación, los pilotos se guiaban por referencias externas durante el vuelo y aterrizaje. La meteorología, por aquel entonces, era un grave inconveniente para este nuevo sistema de transporte. Mientras que los trenes, barcos y automóviles podían cumplir sus rutas en con tormenta y/o de noche, el avión a menudo se quedaba en tierra esperando a que mejore el clima.

Se necesitaba desarrollar un sistema que permita guiar y aterrizar un avión sin ver realmente por dónde estaba volando. Y la brújula no era suficiente.

A finales de la década de 1920 comenzaron a aparecer los primeros instrumentos para guía de vuelo, basados en elgiróscopo, que permitió, por ejemplo, el desarrollo del horizonte artificial.

Esto, junto con las primeras radiobalizas terrestres y radiogoniómetros abordo de los aviones, permitieron realizar vuelos nocturnos sin ayuda de referencias externas.

Sin embargo, a pesar de que los aviones podían ser guiados hasta el aeropuerto en plena noche, seguían teniendo que realizar el aterrizaje de forma visual. No fue hasta 1939, con la instalación en Indianapolis (Estados Unidos) del primer sistema de aterrizaje instrumental (ILS o Instrumental Landing System en inglés) cuando se pudo superar esta barrera.

El sistema de aterrizaje por instrumentos o ILS (Instrument Landing System) es un sistema de radioayudas que permite que un avión sea guiado y aterrizado con precisión durante la aproximación a la pista de aterrizaje, incluso de noche, con niebla, sin luces de pista y/o cualquier factor que reduzca o impida el aterrizaje visual. También sirve como ayuda para "encontrar" la pista desde muchos km antes de verla realmente.

La parte terrestre está integrada por 3 sistemas con sus transmisores de radio y sus respectivas antenas, instalados cerca de la pista, que funcionan en conjunto con 3 receptores (también con sus antenas) abordo del avión. En la cabina del avión, ubicado en el panel de instrumentos, hay uno o más instrumentos (valga la redundancia) que integran la información obtenida por los 3 receptores y dan visualmente al piloto información equivalente a ver la pista directamente.

Este sistema se utiliza desde hace décadas, y es 100% analógico y de funcionamiento muy simple. Esa simplicidad de funcionamiento es lo que lo hace muy confiable y seguro (menos partes, menos posibilidad de falla), por eso se lo sigue utilizando a pesar de la existencia del GPS, que aunque es más popular, depende de procesar información digital muy precisa recibida de varios satélites administrados por el tío sam.

El ILS está formado por 3 sub-sistemas independientes:

El Localizador (LOC) que sirve para proporcionar guía lateral (te muestra si venís volando centrado con la pista, o si estás a la derecha o a la izquierda)

El Glide Slope (GS) que proporciona el ángulo vertical correcto de aterrizje (si te estás aproximando en ángulo muy alto vas a golpear la pista mal, y si venís con poco ángulo cuando estés cerca de la pista te vas a llevar puestos árboles, cables, etc)

Los Marcadores (Markers), o Radiobalizas, que sirven para dar una idea de la distancia a la pista.

Localizador (LOC)

Consta de un transmisor (que en realidad son 2 o más) conectado a un array de 8 o más antenas direccionales que transmiten señales portadoras entre 108 MHz y 112 MHz, la frecuencia exacta depende de cada aeropuerto, así como las emisoras de radio o los canales de TV tienen distintas frecuencias en cada pueblo o ciudad. Estas antenas están situadas normalmente a unos 300m del final de la pista.

Estas señales se modulan en amplitud (AM) con 2 tonos de audio diferentes: la señal del lado izquierdo de la pista se modula con un tono de audio de 90 Hz y la del lado derecho con 150 Hz.

Esto hace que la señal de 150 Hz predomine en el lado derecho de pista y la de 90 Hz en el izquierdo. El receptor del LOC en el avión mide la diferencia de nivel entre las señales de 90 Hz y 150 Hz: cuando la diferencia es cero, la antena receptora (y por lo tanto el avión) está en la línea central del LOC, lo que indica que estás volando alineado con el eje de la pista.

Además de los tonos de 90 y 150 Hz, que son la información útil transmitida, se incluye la señal de identificación del aeropuerto al cual pertenece el ILS. Esta identificación está formada por 3 letras transmitidas en código Morse, usando un tono de 1020 Hz.

También, en la mayoria de los sistemas localizadores actuales, existe una tercera señal denominada Clearance o CLR, que sirve de "relleno" para evitar que las aeronaves intercepten falsos nulos y evitar que creas que estás en el eje de pista cuando en realidad no se está haciendo. Dicha señal se transmite con 8 KHz de diferencia respecto a la frecuencia de trabajo del LOC.

Estas son algunas antenas terrestres del LOC, o sea las que transmiten la señal hacia el avión. Ubicadas así como están en las fotos, transmiten hacia la derecha de la imagen:

Las fotos 1 y 2 son antenas tipo log-periódicas, las más usadas en los LOC actuales por su rendimiento y direccionalidad. Antes se usaban antenas más simples, como el array de antenas dipolo de la foto 3, o el array de 4 antenas del camión de 1942 de la foto 4, con las antenas vistas de frente (el camión se estacionaría de costado al final de pista). Aparentan ser antenas tipo loop o dipolos, no se distingue bien en la foto.

Y algunas antenas de recepción de LOC en distintos aviones (esta antena también recibe la señal del VOR, que es un sistema de radionavegación)

(Sí, el Airbus A321 de la primera foto está roto, parece que se le voló el radome en pleno vuelo)

Glide Slope (GS), también llamado Glide Path

Transmite con una antena o array de antenas ubicadas a un lado de la pista, justo junto a la zona exacta de aterrizaje.

La señal del GS se transmite en una frecuencia de entre 328.6 MHz y 335.4 MHz, usando una técnica similar a la del localizador. La señal está situada para marcar una senda de planeo (en inglés, Glide Path) de aproximadamente 3° sobre la horizontal. También se usan 2 tonos de audio de 90 y 150 Hz, en este caso el de 90 Hz arriba y el de 150 Hz abajo. Cuando las señales de 90 y 150 Hz recibidas en el avión tienen el mismo nivel, significa que el avión desciende en el ángulo correcto y hacia el punto exacto donde debe tocar la pista.

Las frecuencias del LOC y el GS están asociadas entre sí, y ambos receptores se sintonizan "sincronizados", de manera que sólo tenés que seleccionar la frecuencia del LOC para sintonizar ambos receptores. El receptor del GS no tiene control directo de frecuencia, sino que "sigue" la frecuencia del LOC cuando el operador la cambia. Por esto mismo la transmisión del GS no tiene ni necesita identificación en Morse.

Algunas antenas de transmisión del GS (también transmiten "hacia la derecha" de la imagen, menos la foto grande que está casi de frente) :

Y algunas antenas de GS receptoras en varios aviones:

Las señales del LOC y el GS se muestran en un instrumento de la cabina llamado CDI (Course Deviation Indicator, o Indicador de Desviación de Curso). Este instrumento tiene 1 aguja horizontal y 1 vertical, o en los aviones modernos un display LCD que simula el CDI convencional. Para aterrizar correctamente el piloto tiene que guiar el avión observando que las agujas permanezcan centradas en el indicador, de manera que cuando el avión sigue la senda de planeo y la dirección correctas indefectiblemente llegará al punto exacto de aterrizaje.

Esta misma información puede verse en otro instrumento llamado HSI (horizontal situation indicator). Respecto al ILS ambos muestran la misma información.

La salida del ILS también puede digitalizarse e ingresar a la computadora del piloto automático para guiar el aterrizaje automático (Quédense tranquilos, el piloto automático no es una PC común y NO funciona con Window$ )

Algunos modelos de CDI:

Y algunos HSI:

Markers o Radiobalizas:

Las radiobalizas transmiten en 75 MHz y se utilizan para indicar distancia aproximada del avión hasta la pista.

Para identificar cada marker, cada uno transmite una señal en código morse con un tono audible, para que el piloto pueda distinguir fácilmente entre ellas. Además, en el panel de instrumentos del avión, hay 3 luces de colores azul, ambar y blanco, que se encienden al mismo tiempo que se escucha el sonido de la identificación en Morse transmitido por cada radiobaliza.

Estas radiobalizas son 3:

Radiobaliza exterior (OM, del inglés: outer marker): localizada a unos 5 o 6 km del umbral de la pista. Emite 2 rayas por segundo (en código Morse) con un tono de 400 Hz; en el avión al recibir su señal se enciende una luz indicadora

azul.

Radiobaliza intermedia (MM, del inglés: middle marker): se localiza a una distancia de aproximadamente 1 km del umbral de pista, indica que el contacto con la pista es inminente. Está modulada por puntos y rayas alternativos en Morse, formados por un tono de 1300 Hz. El color de su indicador es ámbar.

Radiobaliza interior (IM, del inglés: inner marker): se localiza unos 50 o 100 metros del umbral de la pista. En esta posición un avión normalmente llega a las condiciones mínimas de la Categoría II. La modulación son puntos en Morse (6 por segundo) con una frecuencia audible de 3000 Hz. El color de su indicador es blanco.

En la actualidad las radiobalizas interior e intermedia, sobre todo la interior, son raras de encontrar, y también está decreciendo el uso de la radiobaliza exterior.

Estas son antenas de transmisión del Marker, como se puede ver es una antena direccional que apunta directamente hacia arriba:

La antena que recibe la señal del marker está instalada en la parte inferior del avión, esta es la única foto que encontré de una antena instalada:

DME

El Equipo Telemétrico (DME, del inglés: Distance Measuring Equipment) está reemplazando a las radiobalizas en muchas instalaciones aeroportuarias.

Proporciona una medición de la distancia hasta la estación en tierra de la Senda de Descenso (GS, del inglés: Glide Slope). La frecuencia está comprendida entre 978 y 1213 Mhz de 200 a 400 canales, que se selecciona automáticamente al sintonizar el LOC(Localizador).

El avión interroga con una secuencia de pares de pulsos separados a 12 microsegundos. El equipo de tierra recibe esta señal y la retrasmite de nuevo con un retardo de 50 microsegundos.

El equipo del avión calcula el tiempo trascurrido desde que preguntó, le descuenta 50 ms, lo divide por dos y lo multiplica por la velocidad de la luz (300 m por microsegundo). Con este dato se calcula la distancia al equipo de tierra.

Categorías de ILS:

Un ILS standard se considera de Categoría I, lo que permite aterrizajes con una visibilidad mínima de 2.400 pies (732 m) o 1.800 pies (549 m) en caso de que haya iluminación de la línea central y zonas de aterrizaje, y un mínimo de techo de nubes de 200 pies (61 m). Los sistemas más avanzados de Categoría II y Categoría III permiten operaciones en visiblidad de casi cero, pero requieren una certificación adicional del avión y el piloto.

Las aproximaciones de Categoría II permiten aterrizar con una altura de decisión de 100 pies (30 m) y una visibilidad de tan solo 1.200 pies (366 m).

La Categoría III la puede volar el sistema de aterrizaje automático del aparato, y permite operaciones sin incluso altitudes de decisión y una visibilidad mejor a 700 pies (213 m) —CAT IIIa— o entre 150 (46 m) y 700 pies (213 m) —CAT IIIb—.

Cada aeronave certificada para operaciones CAT III tiene una altitud de decisión y mínimos de visibilidad establecidos, únicos para cada certificación.

Algunos operadores pueden aterrizar en condiciones cero/cero (visibilidad cero) —CAT IIIc—. Las instalaciones CAT II/III incluyen iluminación de la línea central de la pista y zona de contacto, así como otras ayudas y mejoras.

Resumen de lo leído

Opinión

Importancia

Ventajas

Desventajas

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