Radionawigacja cz. 1 – radiowe pomoce nawigacyjne

Krótkie omówienie typowych radiolatarni NDB, VOR, VOR/DME, TACAN i ILS oraz charakterystyka parametrów pracy tych urządzeń oraz opis znajdujących się w samolocie instrumentów odbierających ich sygnały.

Tym razem będzie krótko i bez historii. Wstęp do aktualnych systemów nawigacyjnych, czyli co trzeba wiedzieć o pomocach nawigacyjnych, żeby sprawnie poruszać się w powietrzu.

Radiolatarnia VORTAC i dwie NDB

NDB – radiolatarnia bezkierunkowa

Najpierw te najstarsze – prostej konstrukcji. Radiolatarnie bezkierunkowe NDB (Non Directional Beacon) pracują na falach długich i średnich – 190 do 1750 kHz, choć niemal wszystkie obecnie używane radiolatarnie pracują na częstotliwościach niższych niż 530kHz. Są wykorzystywane do oprzyrządowania podejść do lądowania oraz nawigacji trasowej.

Instrumenty. Pilot za pomocą radionamiernika może określić kierunek, z którego dochodzi sygnał. W nowoczesnych samolotach montowany jest ADF (Automatic Direction Finder, czyli radionamiernik automatyczny), którego wskazanie pokazane jest przez strzałkę na wskaźniku ADF w kokpicie lub przez strzałkę ADF na wskaźniku RMI.

Zasięg radiolatarni bezkierunkowej zależy od kilku czynników – mocy i wysokości nadajnika, terenu otaczającego stację nadawczą i pozycji samolotu. Najsłabsze lotniskowe radiolatarnie compass locator mają zasięg 15 mil przy mocy niższej niż 25 watów. Typowe radiolatarnie trasowe i niektóre outer marker locator mają moc 25-400 watów i zasięg od kilkudziesięciu do 100, a nawet 200 mil. Radiolatarnie trasowe umieszczone w strategicznych punktach tras lotów transoceanicznych mają moc rzędu 2000 lub 3000 watów. Ich zasięg formalnie określony jest na 200 lub 300 mil (w nielicznych przypadkach 500 mil), ale realnie możliwość odbioru i namierzenia nad oceanem istnieje setki mil od radiolatarni. Pojęcia „zasięg” nie należy traktować dosłownie. Sygnał radiolatarni może być odbierany z większej odległości niż wspomniane tutaj, jednak może nie być możliwe namierzenie stacji pokładowym radionamiernikiem.

Wysokość odbioru sygnału, w przypadku radiolatarni bezkierunkowych, zależy od przeszkód terenowych. Nad morzem możliwy jest odbiór sygnału radiolatarni NDB na małej wysokości.

Precyzja wskazań ADF jest najwyższa w pobliżu radiolatarni – błąd wskazań jest pomijalny. W większej odległości występuje kilka zjawisk, które obniżają dokładność wskazań:

• Efekt nocny – w odległości kilkudziesięciu mil i większej fale radiowe odbite od jonosfery zakłócają namiar na pomoc nawigacyjną. Najsilniej występuje przed świtem i po zmroku. Nie wpływa szczególnie na odbiór fal poniżej 350kHz – a na tych pracują radiolatarnie trasowe o dużym zasięgu. Nie wpływa też na wskazania NDB na podejściu do lotniska.
• Linie brzegowe pomiędzy radiolatarnią a samolotem mogą odchylić wskazanie ADF nawet o 30 stopni. W największym stopniu problem występuje kiedy fale są prawie równoległe do linii brzegowej. Trasowe NDB rozmieszczone są w taki sposób, żeby ten problem zminimalizować dla kierunków, które obsługują.
• Przechylenie samolotu powoduje niedokładność wskazań.
• Burze zakłócają pracę odbiornika.

Kod radiolatarni stanowi jedna, dwie lub trzy litery (w wyjątkowych przypadkach litery i cyfry). Najczęściej kod reprezentuje lokalizację (wspomniany wcześniej DN w Darwin, HKG w Hong Kongu, czy polska radiolatarnia trasowa CHO – Chociwel koło Szczecina). W radiolatarniach compass locator często dwuliterowy kod jest częścią kody localizera pasa startowego (o localizerze niżej – nie mylić z locatorem, bo to inne urządzenia). Każda radiolatarnia nadaje swój kod morsem. Uruchamiając odsłuch radiokompasu (przycisk ADF na panelu radia) w słuchawkach powinniśmy usłyszeć „pikanie” – to właśnie ten kod. Porównując usłyszane dłuższe i krótsze piknięcia (kreski i kropki) możemy ustalić czy na pewno urządzenie namierzyło wybraną radiolatarnię. Na mapach obecnie w opisie radiolatarni umieszczony jest również kropkowo-kreskowy zapis tego kodu (nikt już nie wymaga uczenia się Morse’a na pamięć). Uwaga a propos wielu youtuboe’owych poradników – nie trzeba tego pikania słuchać cały czas – ono służy jedynie sprawdzeniu czy na pewno namierzyliśmy właściwe urządzenie.

Dodatkowe informacje – NDB może oprócz kodu nadawać dodatkowe informacje. ATIS lotniska, informację pogodową itp.

NDB we Flight Simulator X

Radiolatarnie NDB w FSX mają ściśle przypisany zasięg i nie poddają się wpływowi opisanych wyżej efektów. Większość NDB na podejściach do lądowania ma zasięg 23mil. NDB trasowe w FSX mają zasięg 75mil, a w wyjątkowych przypadkach 113 mil. W żaden sposób nie odpowiada to opublikowanemu zasięgowi realnych radiolatarni trasowych – przykładowo DN w Darwin – w rzeczywistości potężny nadajnik o mocy 3000w i opublikowanym zasięgu 150 mil (realnie nad oceanem znacznie więcej) w FSX ma zasięg 75 mil. Obecnie już wycofana, ale występująca w FSX trzykilowatowa NDB HKG w Hong Kongu miała w rzeczywistości opublikowany zasięg 500 mil. W FSX – marne 113mil.

Takie niedociągnięcia FSowych radiolatarni utrudniają symulowanie lotów, które chcielibyśmy wykonywać w oparciu o klasyczne pomoce nawigacyjne. W lotach przez ocean trzeba w większym stopniu posiłkować się INS, GPSem lub prowadzić nawigację zliczeniową.

Można również – korzystając z darmowego EasyNavs spróbować przerobić pomoce nawigacyjne w FSX (niekoniecznie wszystkie – ale te, które w naszych lotach zamierzamy wykorzystać). Nie wiem jaki jest maksymalny zasięg, który można ustawić.

Ciekawostki – FSowe i realne

ADF może również namierzyć zwykłe stacje radiowe pracujące na falach długich i średnich. Obecnie (przy powszechnym wykorzystaniu GPS) w większości miejsc na świecie to już tylko ciekawostka historyczna, ale jeszcze niedawno w Australii i w niektórych regionach Afryki używanie nadajników stacji radiowych było popularnym sposobem ułatwiania sobie nawigacji w okolicach pozbawionych trasowych NDB. W FSX można takiej nawigacji spróbować nad Australią – instalując dodatek OZx AU, który zawiera sporo takich stacji.

VOR

Radiolatarnia VOR (VHF Omni-directional Range) to urządzenie pracujące na falach ultrakrótkich (UKF po polsku, VHF po angielsku). Nadawany sygnał zawiera informację azymutalną – to znaczy, że odbiornik jest w stanie z sygnału odczytać kierunek od stacji do samolotu czyli radial pomocy nawigacyjnej, na którym samolot się znajduje. Jeśli czujesz się zagubiony i nie wiesz za bardzo o czym piszę – przeczytaj poprzedni tekst.

Instrumenty. Pilot odczytuje radial wybranej pomocy nawigacyjnej na wskaźniku VOR, HSI lub RMI. Wskaźniki VOR i HSI nie tylko pokazują radial, na którym samolot się znajduje, ale również precyzyjnie wskazują odchylenie od wybranego radiala. RMI ogranicza się do wskazania radiala, na którym samolot akurat jest. Funkcje wskaźnika VOR i RMI może przejmować wyświetlacz radia np. Bendix. Ze znanych mi samolotów w FSX tą możliwość ma jedynie radio w Cessnie 172 A2A.

Zasięg. Fale ultrakrótkie rozchodzą się po liniach prostych i nie przenikają przez przeszkody terenowe – to, a także moc nadajnika, determinuje zasięg pomocy nawigacyjnej VOR. Typowe radiolatarnie lotniskowe mają moc pozwalającą odbierać je z odległości kilkudziesięciu mil. Radiolatarnie trasowe – 200, a nawet 300 mil.

Wysokość odbioru. Jak wspomniałem – fale rozchodzą się po liniach prostych, więc możliwość odbioru jest uzależniona od możliwości wyznaczenia linii prostej między samolotem, a nadajnikiem. To wyklucza odbiór na małych wysokościach. Minimalna wysokość rośnie wraz z odległością. W przypadku typowego nadajnika ustawionego na równinie – na wysokości od 1000 do kilku tysięcy stóp zasięg będzie ograniczony do kilkudziesięciu mil. W odległości 100 mil od radiolatarni odbiór możliwy jest mniej więcej od 10 000 stóp. 200 mil wymaga już lotu na 25 000 stóp, a maksymalne wartości rzędu 300 mil wymagają lotu na wysokości większej niż 40 000 stóp (to tylko wartości przybliżone, oparte na kilku znanych mi pomocach nawigacyjnych – dokładne wartości należałoby policzyć biorąc pod uwagę wysokość samolotu i wysokość pomocy nawigacyjnej).

Precyzja. Dzięki przekazaniu informacji azymutalnej i zastosowaniu fal ultrakrótkich radiolatarnie VOR pozwalają na bardziej precyzyjną nawigację niż radiolatarnie NDB, choć istnieją też ograniczenia. Formalnie minimalna precyzja radiolatarni to +/- kilka stopni. W rzeczywistości przepisy większości państw wymagają precyzji około +/- 1 stopnia, lub większej.

Kod. Podobnie jak w przypadku NDB informacja o kodzie radiolatarni przekazywana jest dźwiękowo – alfabetem Morse’a.

VOR w FSX

W FSX każda radiolatarnia VOR ma określony zasięg – od kilkudziesięciu do 195 mil. FSX oddaje trudności w odbiorze sygnału VOR na małej wysokości.

DME

DME (Distance Measuring Equipment) czyli radiowa pomoc nawigacyjna umożliwiająca pomiar odległości między samolotem a stacją naziemną. Działa w systemie odzewowym – czyli stacja naziemna odpowiada na wywołanie urządzenia w samolocie. Przez pomiar czasu przekazania sygnału określa się odległość rzeczywistą.

System pracuje na falach w przedziale 960 – 1215 MHz podzielonych na kanały co 1 MHz. Od strony praktycznej – kanały są przypisane do częstotliwości VOR, dzięki temu pilot może wybrać częstotliwość z pasma VOR, a odbiornik DME zostanie nastrojony na odpowiednią częstotliwość / kanał. Jeśli chcesz przejrzeć te kanały – na stronie heading.pata.pl jest lista.

Zasięg i wysokość odbioru sygnału są podobne do nadajników VOR, z którymi są sparowane. Relacje pilotów wskazują, że zdarza się odbiór odczytu odległości z odległości większej niż umożliwiająca odbiór informacji o kierunku VOR, a czasem nawet poniżej horyzontu pomocy nawigacyjnej. Takie odczyty nie powinny być używane w nawigacji.

Instrumenty. Odbiornik DME wyświetla odległość od pomocy nawigacyjnej. Większość aktualnie używanych odbiorników oblicza również kolejne pomiary wyliczając prędkość i czas osiągnięcia pomocy nawigacyjnej. W locie w kierunku DME prędkość wskazaną na odbiorniku można potraktować jako prędkość nad ziemią.

Błędy wskazań. Precyzja nie powinna być mniejsza niż 0,25 mili + 1,25% odległości. Czyli przy 100 milach – 1,5 mili. Błąd wynika również z trudności przeliczania odległości rzeczywistej na odległość na mapie. Przykładowo – w odległości 10 mil od DME (na mapie), na wysokości 18000 stóp, wskazanie DME obarczone jest błędem pół mili. W obu przypadkach można uznać, że na potrzeby nawigacji te błędy są pomijalne.

Kod nadawany jest przez stację naziemną tak samo jak w przypadku VOR i NDB.

DME w FSX

Ograniczenia symulacji DME w FSX są identyczne jak ograniczenia VOR.

TACAN

TACAN (Tactical Navigation) to wojskowy system nawigacyjny oparty na radiolatarniach pracujących na falach w przedziale 960 – 1215 MHz. Sposób działania, ograniczenia i praktyczna precyzja podobne są z punktu widzenia pilota do systemu VOR.

Instrumenty. Używa się analogicznych urządzeń do VOR i DME.

Kanały. Częstotliwość w systemie TACAN wybiera się przez jeden z 256 kanałów w przedziale 960 – 1215 MHz co 1 MHz.

Zalety. Teoretycznie system TACAN może być kilkukrotnie bardziej precyzyjny niż system VOR, ale w praktyce precyzja jest porównywalna. W przeciwieństwie do VOR TACAN nie wymaga dużej anteny i instalacji w przygotowanym miejscu. TACAN może być montowany na samolotach (stosuje się go powszechnie na tankowcach powietrznych) i na okrętach. Mobilne zestawy mogą być przenoszone samolotem transportowym i działają już kilka godzin po przerzuceniu w dowolne miejsce na świecie (wymagany jest oblot urządzenia dla sprawdzenia poprawności wskazań).

Kod – jak wyżej.

Ciekawostki

Dlaczego TACAN, a nie VOR? Albo dlaczego VOR, a nie TACAN? Oba systemy były badane równolegle – choć VOR miał minimalną przewagę czasową i został wybrany przez amerykańskie władze lotnicze jako standardowy zanim TACAN stał się dostępny. Dodatkowo – w czasach kiedy oba systemy rozwijano, VOR był znacznie tańszy. Różnica była najbardziej odczuwalna dla pilota – TACAN wymaga podobnie jak DME urządzenia nadawczo-odbiorczego, a sam VOR jest urządzeniem biernie odbierającym sygnały. Dziś ta różnica zaniknęła, nadawczo-odbiorcze DME stało się standardem, a ceny tych urządzeń spadły dramatycznie. Zdarza się też wyposażanie samolotów cywilnych w odbiorniki TACAN (np. połączony odbiornik TACAN/DME zamiast zwykłego DME).

Standaryzacja VOR/DME w lotnictwie cywilnym i TACAN w lotnictwie wojskowym to fakt, a zaniknięcie różnic ekonomicznych nie ma wielkiego wpływu na łączenie tych systemów – w sytuacji upowszechnienia GPS i systemów nawigacji obszarowej zarówno VOR jak i TACAN tracą znaczenie w przelotach nawigacyjnych. Taktyczna elastyczność systemu TACAN utrzymuje jego militarną wartość.

TACAN w FSX

Nie jest symulowany. Latając samolotami wojskowymi trzeba korzystać z radiolatarni VOR. W przypadku VORTAC nie ma problemu – stroimy po prostu częstotliwość VOR, ale samodzielnych radiolatarni TACAN odbierać się nie da. Rozwiązaniem jest jedynie dodawanie radiolatarni VORDME w miejsce TACAN lub korzystanie z dodatków, w których taki zabieg zastosowano (przykładowo scenerie polskich baz wojskowych zawierają niektóre radiolatarnie TACAN symulowane przez VOR/DME).

VORDME, VORTAC

VORDME to połączenie radiolatarni VOR i stacji naziemnej DME.

VORTAC to połączenie systemów – VOR i TACAN. Nie wiem czy zwróciłeś uwagę – DME i TACAN pracują na tych samych częstotliwościach – dzięki temu zarówno samoloty wojskowe i cywilne mają zapewnioną informację o odległości.

ILS i Localizer

System podejść instrumentalnych ILS składa się z radiolatarni kierunkowych wyznaczających kierunek podejścia (Localizer – Loc) i ścieżkę schodzenia (Glide Path – GP). Nadajniki pracują na częstotliwości 108.1 -111.9MHz (localizer) i 328 – 335 MHz (GP). Częstotliwości są sparowane, więc pilot ustawia jedynie częstotliwość localizera.

Zasięg praktyczny do kilkunastu mil, choć niektóre urządzenia mają zasięg przekraczający 40 mil.

DME – ILS może być (i bardzo często jest) sparowany z urządzeniem DME, co pozwala określić odległość samolotu od lotniska.

Kod – tam samo jak w przypadku innych radiowych pomocy nawigacyjnych transmitowany jest kod pomocy nawigacyjnej alfabetem Morse’a. Jeszcze raz się odniosę do poradników symulatorowych w sieci – „pikanie” nie jest potrzebne do lądowania – ono jedynie potwierdza, że sygnał odbierany przez instrumenty pochodzi z właściwej radiolatarni. Po upewnieniu się można (a nawet należy) irytujący sygnał wyłączyć.