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El sistema de aterrizaje instrumental (o ILS, del inglés: Instrument Landing System) es un sistema terrestre destinado a garantizar la precisión de la operación de aterrizaje de una aeronave, utilizando una combinación de señales de radio y, en muchos casos, arrays de luces de alta intensidad. Este sistema permite una aproximación a pista segura bajo condiciones meteorológicas adversas, tales como baja visibilidad a causa de nubes bajas, niebla, lluvia o nieve.
La ICAO define tres categorías de visibilidad en lo que se refiere a las maniobras de aproximación y aterrizaje.
· Categoría I – Aquel sistema de precisión que permite el aterrizaje a una altura superior a 200 pies (61 m) de la pista, y con una visibilidad de al menos 800 metros, o un alcance visual en la pista de 550 metros.
· Categoría II – Permite el aterrizaje a una altura inferior a 200 pies (61 m) pero superior a 100 pies (30 m), con una distancia de visibilidad de al menos 300 metros.
· Categoría III, que a su vez se subdivide en tres categorías
o CAT III A: Permite el aterrizaje a alturas inferiores a 100 pies (30 metros), incluso sin altura de decisión, con una distancia de visibilidad de al menos 200 m.
o CAT III B: Permite el aterrizaje a alturas inferiores a los 50 pies (15 m), incluso sin altura de decisión, con distancias de visibilidad comprendidas entre los 50 m y los 200 m.
o CAT III C – Aproximación y aterrizaje instrumental, sin limitaciones en cuanto a altura de decisión ni al alcance visual en pista. Un sistema con estas características es capaz de utilizar el piloto automático de la aeronave para realizar el aterrizaje e incluso a lo largo de la superficie de la pista.
Los requisitos exigidos al sistema son más exigentes según aumentamos de categoría. Por ello, no todos los sistemas ILS están certificados para todas las condiciones de aproximación. Cuanto mayor sea la categoría, más restricciones se aplican sobre el equipamiento instalado, así como sobre la cualificación del personal. En el caso más restrictivo, un sistema CAT IIIc deberá ser, imperativamente, un sistema diseñado a prueba de fallos.
Partes del sistema[editar]
La misión de sistema ILS es el guiado del avión en la maniobra de aproximación, indicando al piloto cuál es la posición de la aeronave respecto a la pista de aterrizaje. Para definir la posición de la nave en el espacio tridimensional, se requieren tres parámetros:
- La posición acimutal del avión con respecto a la pista de aterrizaje.
- La altitud del avión, o la desviación vertical del mismo respecto a la senda de aproximación (GP, del inglés: Glide Path).
- La distancia a la pista, especificada sobre el suelo.
Para facilitar al piloto la información relativa a estos parámetros, existen las diferentes partes del sistema ILS: localizador, senda de aproximación (Glide Path) y radiobalizas (opcionalmente sustituidas por el sistema DME-P).
Localizador
El localizador (LLZ en Europa, LOC en EE.UU.) se encarga de proporcionar una guía lateral a la aeronave, informando a ésta de la dirección azimutal. Para ello emplea dos haces de radio en las frecuencias de VHF, en torno a los 110 MHz. Estos haces están generados por un array de varias antenas direccionales, situadas a aproximadamente 300 m del final de la pista. En función de cuál de los dos haces se reciba con mayor intensidad, el localizador sabe si la aeronave se encuentra a la derecha o a la izquierda de la pista, siendo la posición óptima aquélla en la que los dos haces radio se reciben con igual intensidad.
Senda de aproximación (GP, Glide Path)
La senda de aproximación consiste en una línea inclinada sobre la horizontal, que define la altitud que es aconsejable mantener durante la maniobra de aterrizaje. El ángulo entre esta senda y el suelo es de en torno a 2º - 4º, siendo recomendable mantener un ángulo de 2,5º. Para definir la senda de planeo, se utilizan dos haces radio con frecuencias en torno a los 330 MHz. Las antenas de la GP están situadas en el lateral de la pista de aterrizaje.
Radiobalizas / DME-P
Por último, para informar al piloto de la distancia al comienzo de la pista de aterrizaje, se utilizan tres radiobalizas que se van activando según se va aproximando la aeronave al inicio de la pista. Estas tres balizas se denominan radiobaliza exterior (OM), radiobaliza media (MM) y radiobaliza interior (IM).
Actualmente, el conjunto de radiobalizas está siendo sustituido por el sistema DME de precisión, conocido como DME-P. Este sistema es un sistema de interrogación y respuesta que proporciona a la aeronave en todo momento, y de manera continuada, la distancia hasta el inicio de la pista. Su frecuencia de funcionamiento es superior al resto de frecuencias del ILS, encontrándose en el rango de UHF.
Frecuencias del sistema[editar]
Las frecuencias del sistema ILS se estructuran en canales, de manera que a una determinada frecuencia del LLZ/LOC le corresponderá una sola frecuencia GP, de manera unívoca. Con esto se consigue que el piloto sólo tenga que configurar un parámetro a la hora de activar el sistema.
Localizador y senda de planeo[editar]
El localizador (LOC) consiste en un grupo de antenas que transmite a una frecuencia portadora entre 108.10MHz y 111.95Mhz (banda de FM). En esta portadora se transmiten 40 canales ILS con un ancho de banda de 50KHz cada uno. Las antenas se agrupan de tal manera que transmiten dos lóbulos simétricos orientados hacia la izquierda y la derecha de la pista. Los dos lóbulos transmiten con la misma portadora. El lóbulo radiado hacia la derecha está modulado por 90 Hz y el izquierdo por 150Hz. En el plano definido por la bisectriz de los dos haces, paralela a la pista y la vertical se verifica que las dos modulaciones en amplitud contribuyen igualmente a la señal resultante. A la derecha del plano la profundidad de modulación de la señal de 90Hz es mayor que la de 150Hz, en la izquierda la profundidad de modulación de la señal (DDM) de 150Hz es mayor que la de 90Hz. De esta manera tenemos una medida de la posición lateral del avión.
La señal del transmisor de la Senda de Planeo se basa en el mismo esquema, pero con una portadora entre 329MHz y 335MHz, y con los lóbulos desplazados sobre un plano vertical. Este plano conforma la senda de planeo y posee un ángulo de 2.5 a 3.5 grados sobre la horizontal, que es el ángulo de descenso nominal del avión.
En el panel de mandos del avión queda indicado en un identificador dos agujas que marcan cada una la posición relativa a los planos bisectores: las agujas tienen que estar en posición vertical y horizontal para que el descenso se realice correctamente. Aparte de la señal de navegación, los localizadores emiten periódicamente una señal de identificación a 1020 Hz codificada en código Morse, que permite conocer si el sistema terreno funciona adecuadamente. El transmisor de la senda de planeo no transmite ningún código de identificación, de forma que depende de la señal del localizador. Las antenas de los localizadores modernos poseen unos lóbulos principales muy directivos, aunque en el caso de los transmisores más antiguos, existen lóbulos traseros que permiten utilizar el sistema de aterrizaje en el sentido contrario de la pista. Si se usa este mecanismo el piloto tendrá que volar en dirección contraria a la dirección de la aguja, debido a que los lóbulos modulados a 90 y a 150 Hz han cambiado de posición.
Existen dos tipos de antenas, las que miden la localización del avión en azimut (LOC) y aquellas que toman la distancia que hay entre la aeronave y la pista de aterrizaje (GP: senda de aproximación).
Las antenas del localizador (LOC) componen un array de 8 o 14 antenas Yagui-Udda para FM-VHF situadas a 1000 pies al final de la pista. Trabajan como una red de fase transmitiendo tres patrones de radiación, uno de ellos centrado con el eje de la pista y otros dos desalineados 5º a la izquierda y a la derecha respectivamente.
Las antenas de la senda de aproximación (GP) se distribuyen en un mástil a tres alturas diferentes. En cada altura existe un conjunto de antenas reflectoras que son capaces de producir tres patrones de forma análoga a las antenas LOC. Aprovechan las reflexiones con el suelo para obtener otras tres antenas virtuales equivalentes de modo que se dota de mayor precisión a la medida.
Radiobalizas[editar]
En la mayor parte de las instalaciones las radiobalizas operan a una frecuencia de portadora de 75 MHz. Cuando la transmisión de una radiobaliza es recibida activa el indicador en el panel de mandos y un tono audible para alertar al piloto. La distancia de pista de aterrizaje a la cual el indicador debería ser recibido está descrita en la documentación para la maniobra de aproximación, junto con la altura del avión según el sistema ILS. El éxito de la maniobra provoca una confirmación en el correcto funcionamiento del indicador de senda de planeo. En las instalaciones de ILS modernas se instala un DME, situado junto al ILS, para aumentar la precisión o reemplazar las radiobalizas. Un DME continuamente muestra en pantalla la distancia de una aeronave con la pista de aterrizaje.
Radiobaliza exterior (OM: Outer Marker): Localizada a 7.2 km de límite de la pista siempre y cuando sea viable, de no ser así la radiobaliza exterior podría estar entre 6,5 y 11,1 km del límite. La modulación es repetitiva basada en un código Morse de dos “líneas” por segundo con tono de 400 Hz. El indicador de cabina es una luz azul que parpadea según el código recibido por radio. El propósito de esta radiobaliza es indicar altura, distancia y funcionalidades de comprobación al avión en la maniobra intermedia y final de aproximación.
Radiobaliza intermedia (MM: Middle Marker): Localizada en el punto de no retorno, en el que se decide cómo se va a efectuar el aterrizaje. Está especialmente preparada para condiciones de baja visibilidad cuando no se tiene referencias con la pista de forma visual y el contacto con la misma es inminente. Teóricamente esta radiobaliza se encuentra a una distancia de unos 1100 m del límite de la pista. Está modulada con un tono de 1300 Hz, y la información que contiene es una serie continua de puntos y rayas de código Morse de dos por segundo. El indicador de cabina es una luz ámbar que parpadea con el código de audio recibido.
Radiobaliza interior (IM: Inner Marker): está instalada para indicar condiciones de baja visibilidad en el límite de la pista de aterrizaje. Este es el caso típico cuando la posición de un avión alcanza la Catergoría II mínima. Idealmente se encuentra a una distancia de unos 300 metros del límite de la pista. La modulación está centrada en la frecuencia de 3000 Hz y se transmiten de 6 puntos Morse por segundo. El indicador de mando lo constituye una lámpara blanca que parpadea según la señal recibida.
DME[editar]
“Distance measuring equipment” (DME) provee a los pilotos de una medida de distancia con la pista de aterrizaje en el punto donde se va a efectuar el contacto con el suelo en millas náuticas. Los sistemas DMEs están en aumento o reemplazando las balizas en muchos aeropuertos. El DME dota de más precisión y una continua monitorización del progreso correcto de la senda de planeo al piloto, sin requerir de una instalación externa al aeropuerto. Cuando se utiliza junto al ILS, el DME está a menudo situado en un punto intermedio entre los límites de la pista de aterrizaje. Utiliza un retardo interno modificado con el fin de que una unidad DME pueda generar información de distancia en ambos límites. En los aterrizajes, siempre que un DME está especificado en lugar de de radiobalizas, la aeronave debe tener al menos una unidad DME operativa para empezar la maniobra de aproximación, y un conjunto de normas DME que indicarán el procedimiento de aterrizaje.
Receptor ILS[editar]
En un sistema de ILS de a bordo existen dos receptores AM, el localizador (LOC: “Localizer” que indica el azimut, y el de la senda de descenso (GP: “Glide Path”). Ambos tienen control automático de ganancia para compensar los cambios de intensidad de la señal recibida.
Receptor LOC: Posee dos filtros para separar las señales de 90 y 150 Hz. Una vez filtrada la señal, se rectifican y se envía a un microamperímetro. Éste se ocupa de mover la aguja según el nivel de intensidad. Por ejemplo, para una profundidad de modulación de 0,175, con modulación mayor en 90 Hz, indica que la aeronave se encuentra escorada hacia la izquierda del curso correcto, por lo que la aguja señalará hacia la derecha los grados apropiados para situarse en la senda de aterrizaje. En caso de que la modulación se produzca en los 150 Hz, se tratará del caso contrario, el avión deberá girar hacia la izquierda porque se encuentra hacia la derecha de la ruta indicada.
Receptor GP: Modula y detecta del mismo modo que el receptor LOC. Utiliza frecuencias de 90 y 150 Hz para diferenciar las señales. En este caso para una mayor intensidad en la frecuencia de 90 Hz la aguja marcará hacia abajo, lo que significa que el avión se encuentra a mucha altura. Para una mayor intensidad en los 150 Hz, la aguja marcará hacia arriba indicando que la aeronave está a poca distancia del suelo.
El localizador se identifica a través de un código Morse que comienza siempre con la letra “I” para indicar que se trata de una estación ILS. El tono que utilizado es de 1020 Hz, repitiéndose el código cada 10 segundos como mínimo. En Categoría III, las señales ILS se envían al piloto automático con el fin de realizar un aterrizaje sin ayuda del piloto, siempre y cuando se utilicen los correspondientes sistemas certificados de esta categoría con una altura de decisión y mínimos de visibilidad establecidos.