La navegación aérea es el conjunto de técnicas y procedimientos que permiten conducir eficientemente una aeronave a su lugar de destino, asegurando la integridad de los tripulantes, pasajeros, y de los que están en tierra. La navegación aérea se basa en la observación del cielo, del terreno, y de los datos aportados por los instrumentos de vuelo.
Tipos de navegación aérea
La navegación aérea se divide en dos tipos (dependiendo si la aeronave necesita de instalaciones exteriores para poder guiarse):
Navegación aérea autónoma.
Navegación aérea no autónoma.
Navegación aérea autónoma:
La navegación aérea autónoma es aquella que no necesita de ninguna infraestructura o información exterior para poder completar con éxito el vuelo. A su vez, ésta se divide en:
Navegación observada: se basa en la observación directa de las referencias necesarias en el terreno por parte del navegante o piloto, con tal de conocer la posición de la aeronave.
Navegación a estima: el navegante o piloto estima la posición actual, conocidas la dirección y la velocidad respecto al terreno.
Navegación por fijación de la posición: ésta a su vez se subdivide en navegación aérea astronómica, navegación aérea Doppler, navegación aérea inercial (INS).
Navegación aérea astronómica.
Navegación aérea inercial (INS).
Navegación aérea doppler.
Navegación observada:
La navegación aérea observada, o vuelo visual, es la técnica por la cual el piloto, durante el vuelo, estima la posición de la aeronave a partir del reconocimiento visual del terreno, ya sea de instalaciones como de accidentes geográficos.
Historia:
En los orígenes de la aviación, a comienzos del siglo XX, la principal preocupación de los pilotos era mantener las aeronaves en el aire evitando accidentes con el terreno.
Durante los años posteriores, aquellos frágiles aeroplanos fueron evolucionando, pudiendo volar de manera más seguras distancias mayores, perdiendo de vista el campo que les servía de base para aterrizar y despegar. En esta situación, el piloto debía saber su posición respecto al campo de vuelo al que debía arribar. Esto determinó la necesidad de conocer el terreno circundante dentro del radio de acción de la aeronave, de forma que pudiera establecer su posición respecto al campo base, a través de referencias visuales del terreno, tales como accidentes geográficos u otros puntos significativos. Esta forma de orientarse en el aire se ha denominado navegación observada.
A medida que las aeronaves mejoraron sus prestaciones, se descubrió la utilidad de la aviación para otros fines que la aventura, la experimentación o el placer por volar. Esto permitió el desarrolló del transporte aéreo, en concreto, el transporte de correo por vía aérea. Ya no sólo bastaba con volar en el entorno del campo de vuelo, sino que se requería la realización de vuelos con destinos lejanos, trasladándose de origen a destino por una ruta determinada.
Durante las dos primeras décadas del siglo pasado, la navegación observada, apoyada en mapas del terreno con indicación de puntos significativos, siguió siendo el único medio de orientación para los pilotos. En la actualidad, aunque ha sido superada por los modernos sistemas de navegación aérea, sigue siendo un sistema básico para los pilotos, principalmente en las fases de despegue y aterrizaje, y esencial en los vuelos visuales en los que se basa buena parte de la aviación general (aviación civil distinta a la de transporte comercial).
Problema:
La falta de puntos de referencia que ayuden al piloto a situar o estimar su posición, así como la falta de precisión de este método, convierte a este sistema de navegación aérea en inseguro, para trayectos de distancias medias y largas tanto como para para vuelos a altitudes medias o altas.
Navegación a estima:
La navegación aérea a estima es aquella en la que, utilizando tecnología básica (reloj y brújula), el piloto estima la posición estimación actual de la aeronave.
Historia:
Con la incorporación de algunos instrumentos básicos de ayuda a la navegación aérea, junto con un reloj, se adoptó una técnica más elaborada de navegación: la navegación a estima. En primer lugar, se incorporó la brújula, que sirve para obtener el rumbo magnético (ángulo que forma el eje longitudinal de la aeronave de popa a proa respecto del norte magnético).
Por otra parte, considerando la importancia de conocer la altitud de vuelo y la velocidad de los aviones, se incorporó el denominado tubo de Pitot, que permite obtener, mediante medidas de la presión del aire (tanto estática como dinámica), los siguientes datos:
Altitud (distancia vertical del avión respecto al nivel medio del mar), que se mide con el altímetro.
Velocidad indicada (velocidad del avión respecto del aire), que se determina con el anemómetro.
Grado de ascenso o descenso (velocidad vertical del avión), que se calcula con el variómetro.
Cuando una aeronave tiene que realizar un vuelo con algún fin determinado, éste debe planificarse construyendo, sobre los mapas del terreno, la ruta que se pretende seguir. Como se conocía la velocidad del aparato mediante el anemómetro, se podía estimar el momento en que se alcanzaría el siguiente punto de la ruta, utilizando para ello la ecuación del movimiento uniforme:
Distancia=Velocidad×Tiempo
La revolución industrial del comienzo del siglo XX había hecho florecer gran cantidad de fábricas de imponentes chimeneas que sirvieron de ayuda, inicialmente, para apreciar de forma poco precisa la velocidad del viento respecto del suelo. A esta forma de estimación del viento siguieron distintas técnicas basadas en la medida de tiempos de ida y vuelta de los aviones, recorriendo un determinado círculo próximo al campo de vuelo. Poco a poco se fueron perfeccionando los métodos y se han construido diversos calculadores de velocidad del viento que han ayudado a la tripulación a determinar la velocidad de los aviones respecto del suelo.
Problemas:
No obstante, el final del trayecto podía ser diferente al planificado, debido a tres causas:
Errores de los instrumentos.
Errores de pilotaje.
Efecto del viento.
Tanto los errores debidos a los instrumentos utilizados (brújula, anemómetro y reloj), como los errores humanos, son inherentes a cualquier tipo de navegación, aunque se han reducido sustancialmente con el tiempo.
El efecto del viento se traduce en la desviación de la ruta si el viento sopla en dirección distinta al rumbo de la aeronave. Si el viento tiene la misma dirección que el rumbo, no se desviará de la ruta, pero alcanzará el destino antes de lo previsto si el viento es de cola (a favor del avión), o después de lo previsto si sopla de morro (en contra del avión). Cuando el viento sopla de constado desviará al avión lateralmente.
En la navegación a estima, el problema consiste en determinar la intensidad y dirección del viento para corregir la velocidad medida del anemómetro y obtener la ruta real. Esta situación se conoce como el triángulo de velocidades.
Cuando existe viento, la trayectoria real de la aeronave varía respecto de la prevista, de forma que lo que realmente se sigue es una dirección determinada por un ángulo denominado de derrota en vez del rumbo. Dicha derrota se calcula a partir del rumbo y la velocidad indicada de la aeronave, junto con la dirección e intensidad del viento.
Navegación por fijación de la posición:
Navegación inercial:
La Navegación aérea inercial se basa en la aplicación de las leyes de la inercia para el cálculo de la posición de la aeronave.
Fundamento:
El principio de funcionamiento de este sistema se encuentra en las leyes de la inercia y la mecánica, siendo capaz de calcular la velocidad de la aeronave, su posición y su altitud (posición del avión como sólido rígido, con relación a la superficie terrestre).
En esencia, el funcionamiento se basa en la utilización de unos medidores llamados acelerómetros que, cuando se acoplan a un vehículo, miden la aceleración de éste en una dirección. De acuerdo con las leyes matemáticas, la aceleración se transforma en velocidad, y ésta en posición.
Su principio de funcionamiento se basa en la detección a bordo, de las aceleraciones que sufre la aeronave, mediante una plataforma estabilizada giroscópicamente, en dos ejes orientados permanentemente hacia el Norte y el Este. Si la aceleración detectada se integra a lo largo del tiempo, se obtiene la velocidad de la aeronave respecto al suelo según esos ejes. El vector velocidad se obtendrá sumando vectorialmente las componentes según los ejes mencionados. De forma análoga, si se integran las componentes del vector velocidad según los ejes indicados a lo largo del tiempo, se obtendrá la distancia recorrida según esas direcciones en el tiempo de integración.
Sumando a la coordenada inicial el incremento de posición obtenido de esa integración, se obtendrá la nueva posición. Es importante indicar la necesidad de conocer las coordenadas del punto inicial del vuelo, que debe introducir el piloto previamente a comenzar su utilización.
Historia:
Aunque el empleo de este principio para estimar la posición de las aeronaves se remonta a la Segunda Guerra Mundial, en donde el guiado de las bombas alemanas V2 se hacía con un sistema de estas características, no fue hasta 1966 cuando se presentó el primer sistema inercial para uso en aviación civil. Desde entonces la evolución de estos sistemas en lo que se refiere a su relación precio/coste, ha sido espectacular.
Inconveniente de su uso:
El problema que presenta el sistema es que está sujeto a un error sistemático, es decir, el error va creciendo a medida que aumenta el tiempo desde su última actualización, lo que hace necesario que ésta se realice de forma periódica mediante la utilización de otro sistema.
Hoy en día, sólo las aeronaves dedicadas al transporte comercial en vuelos de gran autonomía, emplean el INS, aunque paulatinamente, se está sustituyendo su uso por el GPS.
Navegación aérea astronómica:
La navegación astronómica es una parte de la astronomía para el uso directo del navegante aéreo, que comprende principalmente las coordenadas celestes, el tiempo y la posición y movimiento aparente de los astros con respecto a la Tierra.
Se emplea en vuelos de larga distancia donde se carece de radio ayudas convenientes. Para utilizarla se requiere disponer de sextante, cronómetro, almanaque aéreo y tabla de reducción. La combinación de los diferentes métodos de navegación permite resolver el problema de navegación con mayor facilidad.
Historia:
Con la evolución y desarrollo de las aeronaves, así como el aumento de la autonomía de vuelo, se hizo presente la necesidad de nuevos sistemas de posicionamiento que permitieran atravesar zonas en las cuales las radio ayudas existentes no llegan (por ejemplo en el mar). Para superar este problema se echó mano de la navegación marítima, la cual disponía desde muy antiguo de una técnica para establecer la posición de un punto a partir de la observación de los astros. Para ello se utilizaban instrumentos tales como el astrolabio y el sextante. El Astrolabio permite localizar las posiciones de las estrellas sobre la bóveda celeste y se utilizaba para determinar la altura, la posición y el movimiento de los astros sobre el horizonte. Este instrumento, tan antiguo y complejo, tiene además otro tipo de aplicaciones, como son: determinar la hora del día o de la noche, mediante la observación del Sol o de un Astro sobre el horizonte; calcular la hora de salida de las estrellas; así como resolver problemas astronómicos más complejos. Poco tiempo después se inventó el sextante, que se basa en los mismos principios que el astrolabio pero se vale de dos nuevos elementos: unos prismáticos y un juego de espejos, cuyo uso de precisión resultaron efectivos después de los estudios sobre óptica. El sextante es un instrumento que permite medir ángulos entre dos objetos tales como dos puntos de una costa o un astro -tradicionalmente el Sol- y el horizonte. Conociendo la elevación del Sol y la hora del día se puede determinar la latitud a la que se encuentra el observador. Esta determinación se efectúa con bastante precisión mediante cálculos matemáticos sencillos de aplicar.
La navegación astronómica jugó un papel de complemento para la navegación a estima y sirvió básicamente para determinar la posición cuando no era posible establecer referencias visuales con el terreno. Esta técnica de realizar periódicamente la fijación de la posición permitió las más importantes proezas registradas en el progreso de la aviación.
Por otra parte, los cálculos a realizar, aún con la utilización de unos métodos muy elaborados, exigían una dedicación que no era compatible con la atención que la tripulación había de destinar al control de la aeronave en vuelo. Esta situación supuso la aparición del navegante como miembro adicional de la tripulación, capaz de establecer varias veces la posición del avión basándose en la observación con sextante, de determinados cuerpos celestes y el empleo de almanaques que indicaban su posición en las diferentes épocas del año.
Inconvenientes de su uso:
El principal problema que tiene la navegación a estima es que requiere la selección de una serie de puntos significativos de la ruta que tienen que estar a la vista de la tripulación, aunque en ocasiones estas referencias visuales no se obtienen, especialmente en vuelos nocturnos o con condiciones atmosféricas adversas y en vuelos realizados sobre el mar.
Navegación aérea Doppler:
La Navegación aérea Doppler es un sistema capaz de determinar la velocidad sobre el suelo y el ángulo de deriva del avión. Se basa en el efecto Doppler que consiste en el cambio de frecuencia que experimenta la energía radiada cuando existe un movimiento relativo entre la fuente que transmite dicha energía y el receptor de la misma, siendo ese cambio de frecuencia proporcional a la velocidad relativa entre el transmisor y el receptor.
Fundamento:
El sistema de antenas del radar Doppler es susceptible de ser graduado para poder recibir la energía reflejada por el terreno. Dependiendo del ángulo de inclinación de las antenas, se recibirá una mejor reflexión de dicha energía pudiéndose determinar la velocidad sobre el suelo.
Para poder determinar la deriva con respecto a una ruta previamente programada, se utilizan dos haces de energía radiada que son emitidos por transmisores con su correspondiente antena situados uno a la izquierda y otro a la derecha de la aeronave.
Historia:
El uso del radar Doppler a partir del año 1961, como equipo autónomo de navegación para largas distancias sin requerir cobertura de equipos en tierra, produjo un impacto importante sobre la tripulación en cabina. Hasta ese momento, la navegación en esas condiciones se llevaba a cabo apoyándose en la observación astronómica, desarrollada a partir de la larga experiencia en la navegación marítima. El uso de esta técnica requería a bordo un tripulante denominado navegante.
Con la incorporación del radar Doppler, la navegación astronómica dejó de ser necesaria y los navegantes también, lo que conllevó su desaparición como miembros de la tripulación para este tipo de vuelos. En la actualidad está en total desuso.
Navegación aérea no autónoma
La navegación aérea no autónoma, al contrario, sí necesita de instalaciones exteriores para poder realizar el vuelo, ya que por sí sola la aeronave no es capaz de navegar. Las instalaciones necesarias para su guiado durante el vuelo reciben el nombre de ayudas a la navegación. Estas ayudas se pueden dividir a su vez dependiendo del tipo de información que transmiten, así como del canal a través del cual lo hacen. Así, las radioayudas pueden ser:
Ayudas visuales al aterrizaje: son instalaciones que proporcionan señales visuales durante la etapa de aterrizaje de la aeronave.
Radioayudas: Son señales radioeléctricas recibidas a bordo, generalmente emitidas en instalaciones terrestres.
Navegación por satélite.
Ayudas al aterrizaje:
Las ayudas visuales al aterrizaje se definen como el conjunto de instalaciones destinadas al guiado de una aeronave durante la etapa de aterrizaje mediante el uso de información de tipo visual. Este tipo de ayudas son un tipo de las denominadas radioayudas.
Tipos:
Dependiendo del modo por el cual el piloto obtiene la información, las ayudas visuales al aterrizaje pueden clasificarse en:
Ayudas visuales al aterrizaje por punto fijo: son los denominados radiofaros.
Ayudas visuales al aterrizaje por elevación-cenital: se dividen en los PAPIS
Ayudas visuales al aterrizaje por direccional-azimutal, o las llamadas mangas de viento.
Información obtenida:
El objetivo de las ayudas visuales es la de orientar al piloto sobre la precisión con la cual está llevando el aterrizaje. Estas señales informan al comandante sobre aspectos tales como el eje de la pista, rodadura y laterales, la franja lateral de la pista o las señales de la zona de contacto entre la aeronave y la pista (ejemplos de radiofaros). Además de obtener información sobre los límites y posiciones significativas de los puntos de la pista, las ayudas visuales informan de la intensidad y dirección del viento (manga de viento), así como de la pendiente (ángulo que forma el eje imaginario de la aeronave con la pista) y del desplazamiento relativo entre la pista y la nave (PAPI).
ILS:
El sistema de aterrizaje instrumental (o ILS, del inglés: Instrument Landing System) es el sistema de ayuda a la aproximación y el aterrizaje establecido por OACI (Organización de Aviación Civil Internacional) como sistema normalizado en todo el mundo. Este sistema de control permite que un avión sea guiado con precisión durante la aproximación a la pista de aterrizaje y, en algunos casos, a lo largo de la misma.
Funcionamiento:
Un ILS consiste de dos subsistemas independientes: uno sirve para proporcionar guía lateral y el otro para proporcionar guía vertical.
Una serie de antenas localizadoras (LOC o localizer), que están situadas normalmente a unos 1 000 pies (305m) del final de la pista y suelen estar formadas por 8, 14 o 24 antenas direccionales logo-periódicas (que son antenas cuyos parámetros de impedancia o radiación son una función periódica del logaritmo de la frecuencia nominal).
El equipo en tierra transmite una portadora comprendida entre los 108.1 MHz y 111.975 MHz, modulada al 20% por una señal resultante de sumar dos tonos de 90 Hz y 150 Hz (90+150 Hz). Esta señal se denomina CSB (Carrier Side Band). A su vez, también se transmite una señal con bandas laterales y portadora suprimida modulada con una señal resultante de restar dos tonos de 90 Hz y 150 Hz (90-150 Hz). Esta señal se denomina SBO (Side Band Only).
En la mayoría de los sistemas localizadores, existe una tercera señal denominada Clearance o CLR, que sirve de “relleno” para evitar que las aeronaves intercepten señales falsas y evitar así que se crea el estar interceptando 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 localizador.
Estas tres señales, CSB, SBO y CLR, se distribuyen a las antenas a través del sistema de distribución del localizador.
Dicho sistema, meramente pasivo, se compone de fasadores y atenuadores. Su objetivo es entregar a cada antena una proporción adecuada de las tres señales con su potencia y fase adecuada para conformar un diagrama polar.
Las señales una vez distribuidas y emitidas por las antenas, se suman en el espacio obteniendo una diferencia de modulación ó DDM diferente de las señales de navegación de 90 Hz y 150 Hz en cada punto del espacio. Es lo que se denomina modulación espacial
Esto produce el efecto que en el lado derecho, la DDM resultante tenga una predominancia de la señal de 150 Hz, en el izquierdo la predominancia de la DDM sea de 90 Hz, atendiendo al sentido de aproximación de la aeronave y en todo el eje de pista la DDM resultante tenga un valor nulo. Las aeronaves en aproximación, tratarán de buscar el nulo de la DDM lo que conlleva en la realidad a posicionarse en el eje de la pista.
El receptor embarcado en las aeronaves, suele ser un receptor de VHF superheterodino, el cual recibe y procesa la señal aplicándose la resultante a un medidor diferencial llamado CDI. Cuando la diferencia es cero, la aguja vertical del CDI se posiciona en el centro indicando que la aeronave está situada sobre el eje de la pista. Además el CDI dispone de un indicado adicional llamado bandera, el cual sólo se activa para avisar que el nivel de señal que se recibe es demasiado bajo y la medida mostrada en el CDI debe ser ignorada.
Una antena transmisora de la senda de planeo (G/S, del inglés: Glide Slope o GP: Glide Path) se sitúa a un lado de la zona de la pista donde se produce la toma. La señal G/S se transmite a 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 de aproximadamente 3° sobre la horizontal.
Las frecuencias del localizador y la senda de planeo están emparejadas de manera que sólo se requiere seleccionar una frecuencia para sintonizar ambos receptores. El localizador proporciona una señal de código morse transmitida a 1 020 Hz para permitir la identificación. Por ejemplo, en el Aeropuerto Internacional de la Ciudad de México, se transmitiría MEX para la pista 5L. Esto permite saber si el ILS está operando con normalidad o si está correctamente sintonizado. La señal de senda de planeo no transmite ninguna señal de identificación, por lo que se depende del localizador.
Las señales del localizador y la senda de planeo se muestran en un instrumento de la cabina, llamado Indicador de Desviación de Curso (CDI, del inglés: Course Deviation Indicator), como agujas horizontales y verticales (o un instrumento electrónico que las simule).
El piloto controla el avión de manera que las agujas permanezcan centradas en el indicador, pues es entonces cuando el avión sigue la senda de planeo y la dirección correctas. Las señales también pueden pasarse a los sistemas de piloto automático para permitir que éste vuele la aproximación.
Categorías (CAT) de ILS:
*Un ILS estándar 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 toma de la pista y un mínimo de techo de nubes de 200 pies (60 m). Los sistemas más avanzados de Categoría II y Categoría III permiten operaciones en visibilidad de casi cero (sin posibilidad de visión), pero requieren una certificación adicional del avión y la tripulación.
*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).
*En Categoría III vuela el sistema de aterrizaje automático del avión y permite operaciones incluso sin altitudes de decisión y una visibilidad menor que 700 pies (213 m) —CAT IIIa— o entre 150 (46 m) y 700 pies (213 m) —CAT IIIb.
Cada aparato certificado 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 —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.
Componentes:
Radiobalizas:
Las radiobalizas son un tipo de radioayuda VHF, que ofrece al aviador la posibilidad de determinar su posición a lo largo de una ruta aérea establecida, en el caso del ILS, alineada con la pista de aterrizaje. Existen tres tipos distintos de radiobalizas de ayuda al aterrizaje, que dependen de su posición:
*Radiobaliza exterior:
La radiobaliza exterior (OM, del inglés: outer marker), normalmente identifica el inicio de la senda de aproximación final. Se encuentra situada entre 4 y 7 millas náuticas del umbral de la pista de aterrizaje.
Emite dos rayas (en código morse) por segundo, a un tono de 400 Hz, y una señal luminosa de color azul. Se utiliza esta radiobaliza para ayudar a los chequeos de altura, distancia y funcionamiento del equipamiento. Se puede combinar con un NDB para crear una Radiobaliza Exterior de Localizador (LOM, del inglés: Locator Outer Marker).
*Radiobaliza intermedia:
La radiobaliza intermedia (MM, del inglés: middle marker), informa al aviador que se encuentra en la senda de aproximación final de que el contacto con la pista es inminente, buscando que coincida con la altura de decisión de la CATI (unos 200 ft - 60 m). Es por tanto que a menudo se encuentra situada entre las 0,5 y 0,8 millas náuticas, dependiendo de la senda de planeo establecida en el aeropuerto. Está modulada con un tono de 1300 Hz y emite puntos y rayas (morse) alternativos. Su señal luminosa es de color ámbar.
*Radiobaliza interior:
La radiobaliza interior (IM, del inglés: inner marker), se instala en la senda de aproximación final para las categorías CATII y CATIII en la vertical del punto de corte de la misma con el plano de Altitud/Altura de Decisión (DA/H, del inglés: Decision Altitude/Height)) mínima de CATII (30m), a una distancia de entre 75 y 450 metros del umbral de pista. Indica al piloto que se está a punto de cruzar el umbral de la pista y si no es capaz de visualizar ninguna referencia de la misma, deberá frustrar el aterrizaje. Produce un sonido, con una modulación de puntos a 3000 Hz, 6 por segundo. También se enciende una luz blanca. El motivo de que no se use en CATI es que la DA/H en esta categoría es de 60 metros y el piloto debe encontrarse en Condiciones Visuales (VMC, del inglés: Visual Meteorologic Conditions) antes de la "MM", con lo cual, quedaría sin función alguna.
*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.
VASI:
El Indicador de Pendiente de Aproximación Visual (o VASI, por las siglas de Visual Approach Slope Indicator) es un sistema de luces al costado de la pista que provee información de guía visual para el aterrizaje durante la aproximación a una pista. Estas luces pueden ser avistadas desde una distancia de hasta 8 km (5 millas) durante el día y desde hasta 32 km (20 millas) o más de noche.
Tipos:
*VASI Estándar:
El Indicador de Pendiente de Aproximación Visual Estándar consiste en dos conjuntos de luces. Uno de ellos marca el comienzo de una pista de aterrizaje, mientras que la otra es colocada a unos siete metros (20 pies) de distancia de la primera, junto a la pista. Cada conjunto de luces está diseñado de tal manera que las luces se ven o blancas o rojas, dependiendo del ángulo al cual las luces son vistas. Cuando el piloto está aterrizando en el ángulo de aproximación apropiado, lo que significa que se encuentra en la trayectoria de aproximación correcta, el primer conjunto de luces se ven blancas y el segundo conjunto, rojas. Cuando ambos conjuntos se ven blancos, esto significa que está volando demasiado alto; y demasiado bajo cuando ambos se ven rojos. Este es el tipo más común de sistema de indicación de pendiente de aproximación visual.
*PAPI (Indicador de Trayectoria de Aproximación de Precisión):
El Indicador de Trayectoria de Aproximación de Precisión consiste en cuatro conjuntos de luces alineados en forma perpendicular a la pista de aterrizaje. Funciona básicamente del mismo modo en que lo hace el VASI Estándar, pero las luces adicionales indican al piloto que tan alejado de la trayectoria de aproximación ideal se encuentra la aeronave. Cuando los dos conjuntos de luces más alejados se ven rojos y los más cercanos blancos, la aeronave está exactamente en la trayectoria de aproximación. Cuando los tres conjuntos de luces más alejados se ven rojos, se encuentra apenas por debajo; mientras que si los tres conjuntos de luces más próximos se ven blancos, la aeronave está apenas por encima de la trayectoria de aproximación. Cuatro conjuntos de luces rojas indican que está muy por debajo de la trayectoria de aproximación, y cuatro conjuntos de luces blancas indican que está muy por encima. La mayoría de los aeropuertos importantes utilizan este sistema.
*PAPI:
El Indicador de Trayectoria de Aproximación de Precisión (más conocido como PAPI por sus siglas en inglés) es un sistema de luces que se colocan a los costados de la pista de aterrizaje/despegue. Consiste en cajas de luces que ofrecen una indicación visual de la posición de un avión sobre la trayectoria de aproximación asociado a una pista de aterrizaje/despegue en particular. El estándar para el PAPI de la Administración Federal de Aviación es el mismo que corresponde al VASI (Visual Approach Slope Indicators o Indicadores de Pendiente de Aproximación Visual) del OACI.
El Indicador de Trayectoria de Aproximación de Precisión es colocado generalmente del lado izquierdo de la pista de aterrizaje/despegue y puede ser visto desde una distancia máxima de 8 km (5 millas) durante el día y a una distancia máxima de 32 km (20 millas) de noche. Tiene dos o cuatro cajas de luces colocadas en una única fila, lo que lo diferencia del VASI que tiene dos filas: una más próxima y otra más alejada.
Cada caja de luces está equipada con un mecanismo óptico que divide la luz emitida en dos segmentos, rojo y blanco. Dependiendo del ángulo de aproximación, las luces se verán o rojas o blancas desde la posición del piloto.
Lo ideal sería que las luces visibles se muevan entre el rango de todas blancas y de la mitad rojas, cambiando a rojo sucesivamente de derecha a izquierda. El piloto alcanza la normal trayectoria de aproximación (generalmente de 3 grados) cuando la mitad de las luces sean rojas y la otra mitad blancas. Si está por debajo de la trayectoria de aproximación, las luces rojas sobrepasarán en cantidad a las blancas; si está por encima, observará más luces blancas.
El Indicador de Trayectoria de Aproximación de Precisión se basa en el principio de la Lente de Fresnel.
Manga de viento:
La manga de viento o anemoscopio en lenguaje técnico, (calcetín "windsock" en inglés, literalmente "calcetín de viento"
, es un utensilio diseñado para indicar la dirección y fuerza del viento respecto a la horizontal del suelo, el peligroso viento lateral en la pista de aterrizaje a partir de cierta velocidad, da también una idea aproximada de la velocidad del viento según el nivel de hinchado y la inclinación del cono:
*Cono vertical: viento leve.
*Cono 45 º: viento considerable.
*Cono horizontal: viento fuerte.
Características:
La manga tiene una forma de cono truncado con la base pequeña agujereada, con franjas de color (generalmente rojo y blanco). La parte de mayor diámetro se monta sobre un soporte circular, generalmente de metal, sujeto a un mástil vertical (mediante unas cuerdas o algún otro medio), pudiendo girar libremente (360 º) alrededor del eje vertical del mismo. La longitud de la manga depende del entorno donde se instala, y puede ir desde algo menos de un metro hasta 3,6 metros.
Las mangas de viento se utilizan principalmente en los aeropuertos, aeródromos y helipuertos a lo largo de las pistas.
Las mangas de los aeropuertos están iluminadas para uso nocturno. Se colocan también en los viaductos de gran altura y a lo largo de las carreteras en los lugares en que se pueden producir vientos de lado.
Un lugar típico es cuando una autopista cruza un pequeño valle donde se forman corrientes y los coches pasan de repente de estar protegidos por la montaña a sufrir el embate del fuerte viento en medio del valle.
Radioayudas:
Un radiofaro es una estación emisora de radio que envía de forma automática y continua señales como ayuda a la navegación aérea y marítima.
Tipos:
Existen básicamente dos tipos de radiofaros:
*NDB (Non-Directional Beacon, Baliza No Direccional): este radiofaro es el más antiguo y el más simple de los dos. La emisora envía una señal de radio, de frecuencia fija, que puede captarse desde todas las direcciones. Mediante un instrumento ADF (en inglés Automatic Direction Finder) a bordo del avión, el piloto puede seleccionar la frecuencia de esa emisora, que conoce por las cartas de navegación y observar la aguja del instrumento, la cual indica en qué dirección se encuentra el radiofaro. Los NDB están situados a lo largo de las principales rutas de navegación aéreas, y sobre todo en las inmediaciones de los aeropuertos, donde siguen siendo de gran utilidad para los pilotos cuando realizan maniobras de aproximación con poca o nula visibilidad. La emisión se realiza en frecuencia media y el alcance es de unas 30 millas náuticas (unos 50 kilómetros).
*VOR (Very High Frequency Omnidirectional Range, Radiofaro Omnidireccional de Muy Alta Frecuencia): se trata de un radiofaro más moderno y más completo que el anterior. La emisora envía una doble señal, de las cuales una es fija, comparable a la del NDB. La otra es una señal que se emite mediante un dispositivo que gira rápida y continuamente en 360 grados. De esta manera el avión recibe una doble señal procedente de la emisora en cuestión. El instrumento VOR de a bordo, una vez el piloto ha seleccionado su frecuencia, según le indican las cartas de navegación, informa no sólo de la dirección en la que se encuentra el radiofaro, sino también en qué radial está volando el avión respecto a la emisora. El radial es la dirección de vuelo expresado en grados de la esfera terrestre, en la que la emisora VOR se convierte en centro.
Así, un avión puede estar volando directamente hacia un VOR en el radial 270 (de salida), lo cual quiere decir que se acerca a la emisora en dirección este-oeste, mientras que otro avión también puede estar volando directamente hacia el VOR, pero en el radial 180 (de salida), en cuyo caso se acerca a la emisora en dirección norte-sur. Esto permite volar con precisión en las rutas y aproximaciones cada vez más densas. La emisión de radio del VOR se realiza en muy alta frecuencia (VHF) y su alcance es de unas 80 millas (unos 140 kilómetros).
El VOR lleva incorporado en muchos casos un dispositivo DME (en inglés Distance Measuring Equipment, es decir, equipo de medición de distancia), que permite al piloto, si su instrumento también dispone de este sistema, conocer la distancia exacta desde el avión al VOR. La importancia de este dato adicional es evidente. La identificación de la distancia la realiza el dispositivo de a bordo comparando las dos señales de radio recibidas desde el VOR. Cuando un radiofaro VOR dispone del sistema de medición de distancia se denomina VOR/DME. Por el contrario, también existen emisoras que sólo son DME, es decir, que sirven exclusivamente para conocer la distancia. Estas emisoras se encuentran generalmente en las zonas de los aeropuertos para facilitar las maniobras de aproximación.
Algunos VOR utilizados por la aviación civil son al mismo tiempo radiofaros de uso militar. En tal caso se denominan VORTAC (el término TAC se refiere a Tactical, o sea, táctico).
El VOR, al igual que el NDB, sirve tanto de ayuda a la navegación cuando se vuela hacia él como cuando el avión se aleja. También se utilizan ambos instrumentos para determinar una posición, lo cual se realiza estableciendo intersecciones que resultan del punto en que se cruzan las direcciones desde o hacia dos emisoras.
Ambos sistemas de radionavegación se encuentran todavía en uso generalizado en todo el mundo, si bien se prevé que en los próximos años comenzarán a ser utilizados de forma decreciente a raíz de la aparición del sistema GPS (en inglés Global Positioning System, sistema de posicionamiento global) que permite conocer mediante señales de satélites la posición de una aeronave con gran exactitud.
NDB:
Una Baliza No direccional (NDB) es un radiotransmisor localizado en un lugar conocido, usado como una ayuda para la navegación aérea o marítima. Como implica su nombre, la señal transmitida no incluye información direccional inherente, en contraste con otras ayudas de navegación como LFR, VOR y TACAN. Las señales de las NDB siguen la curvatura terrestre, de modo que pueden ser recibidas a distancias mucho más grandes a menores altitudes, un gran ventaja sobre el VOR. Sin embargo, las señales de las NDB son también más afectadas por las condiciones atmosféricas, terrenos montañosos, refracción costera y tormentas eléctricas, particularmente en grandes distancias.
Las NDBs usadas en aviación son estandarizadas por el Anexo 10 de las normas de la ICAO que especifican que deben operar en una frecuencia entre 190 kHz y 1750 kHz, aunque normalmente todas las NDBs norteamericana operan en frecuencias entre 190 kHz y 535 kHz. Cada NDB es identificada por un indicativo en código morse de una, dos o tres letras. En Canadá, las NDBs de propiedad privada, se identifican con una letra y un número. Las NBR norteamericanas son clasificados por potencia: con baja para una potencia nominal menor de 50 watts, mediana desde 50 W hasta 2000 W y alta por encima de los 2000 W.
Equipo automático buscador de dirección:
Las NDBs consisten en dos partes: el equipo Automatic Direction Finder (ADF, por su siglas en idioma inglés) que está en la aeronave que detecta la señal de una NDB, y la NDB transmisora. El ADF también puede ubicar transmisores en la banda estándar de radiodifusión de amplitud modulada de onda media (530 kHz hasta 1700 kHz con incrementos de 10 kHz en las Américas, y desde 531 kHz hasta 1602 KHz con incrementos de 9 kHz en el resto del mundo).
El equipo ADF determina la dirección hasta la NDB transmisora con respecto a la aeronave y que puede ser mostrada en un Indicador de Dirección Relativa. (RBI, por sus siglas en idioma inglés). El indicador una rosa de los vientos con una aguja superpuesta, excepto que la "rosa" se fija con la posición de 0 grados correspondiente a la línea central de la aeronave. A fin de rastrear a un radiofaro NDB (sin viento) el avión se ubica de modo tal que la aguja apunta a la posición de 0 grados, y éste volará directamente a la NDB. Del mismo modo, la aeronave se alejará de la NDB si la aguja se mantiene en la marca de 180 grados. Con un viento lateral, la aguja debe mantenerse a la izquierda o a la derecha de la posición de 0° o 180° en una cantidad correspondiente al desplazamiento debido al viento de costado.
La fórmula para determinar el rumbo de la brújula a una estación NDB (en una situación sin viento) es tomar la dirección relativa entre la aeronave y la estación, y añadir el rumbo magnético de la aeronave, si la suma es mayor que 360 grados, entonces debe ser restado este exceso.
Cuando se hace seguimiento hacia o desde una estación NDB, también es habitual que la trayectoria de la aeronave siga un rumbo específico. Para ello es necesario relacionar la lectura del RBI con la dirección de la brújula de la aeronave. Habiéndose determinado la desviación, la aeronave debe volar de modo tal que la dirección de la brújula sea el rumbo requerido ajustado para la desviación, al mismo tiempo que la lectura del RBI es ajustada en 0° o 180° para esa desviación. Un radiofaro también se puede utilizar para localizar una posición a lo largo de la trayectoria de la aeronave. Cuando la aguja alcanza una lectura en el RBI correspondiente al rumbo requerido, la aeronave está en posición. Sin embargo, el uso de un RBI y una brújula independientes, requiere de considerable cálculo mental para determinar la dirección relativa apropiada.
Para simplificar esta tarea, se añade al RBI una rosa de los vientos para formar un "Indicador Magnético de Radio" (RMI). Seguidamente, la aguja del ADF hará referencia inmediatamente a la dirección de la aeronave, lo que reduce la necesidad de cálculo mental.
Los principios de los ADF no se limitan al uso con las NDBs; tales sistemas también se utilizan para detectar la ubicación de señales de radiodifusión para muchos otros fines, tales como la búsqueda de señales de emergencia.
Usos de los ADF:
Rutas aéreas:
Un rumbo es una línea que atraviesa la estación NDB y que apunta en una dirección específica, tal como 270° en el caso de la dirección Oeste. Los rumbos de las NDBs proporcionan un método consistente para definir las rutas a través de las cuales puede volar una aeronave. De esta manera, las NDBs pueden, como las VOR, definir las "vías aéreas" en el cielo. Los aviones siguen estas rutas predefinidas para completar un plan de vuelo. Las rutas aéreas están numeradas y estandarizadas en las cartas de navegación aeronáutica; las vías aéreas trazadas en color se utilizan para las emisoras de frecuencia media, como las NDBs, cuyas vías se trazan en color marrón en las cartas seccionales. Las rutas aéreas en colores verde y rojo se trazan hacia el este y al oeste, mientras que el ámbar y azul se usan para las vías aéreas se trazan al norte y al sur. Los pilotos siguen estas rutas rastreando radiales a través de varias estaciones de navegación, y girando en alguna de ellas. Aunque la mayoría de las vías aéreas en los Estados Unidos se basan en los VOR, las vías mediante NDBs son comunes en otros lugares y en zonas poco pobladas, como el Ártico canadiense, ya que pueden tener un gran alcance y son mucho menos costosos de operar que las rutas de VOR.
Posición:
Las balizas no direccionales han sido utilizadas por los pilotos de aeronaves, y previamente por los marinos, para ayudar a obtener una revisión de su ubicación geográfica en la superficie de la Tierra. Las posiciones se calculan mediante la extensión de las líneas a través de conocidos puntos de referencia de navegación hasta que se cruzan. Para los puntos de referencia visuales, los ángulos de estas líneas se puede determinar mediante la brújula; los orientaciones de NDB señales de radio se encuentran utilizando el equipo RDF.
El trazado de posiciones de esta manera permite a las tripulaciones determinar su ubicación. Este uso es importante en situaciones donde otros equipos de navegación, tales como los VOR con equipo radiotelemétrico (DME), han fracasado. En la navegación marítima, los NDB aún pueden ser útiles en caso de fallar la recepción GPS.
VOR:
VOR es un acrónimo para la frase en inglés: "VHF Omnidirectional Radio Range", que en castellano significa Radiofaro Omnidireccional de Muy Alta Frecuencia.
Se trata de una radioayuda a la navegación que utilizan las aeronaves para seguir en vuelo una ruta preestablecida. Generalmente se encuentra una estación terrestre VOR en cada aeropuerto, además de otras en ruta, que constituyen los denominados "fijos", los puntos sobre los que ha de pasar la ruta seguida por el piloto. La antena VOR de la estación emite una señal de radiofrecuencia VHF en todas direcciones, que es recibida por el equipo VOR de cualquier aeronave que se encuentre dentro del rango de alcance (máx. unos 320 km a hasta 37 500 pies de altura -11 430 m- sobre la estación) y tenga sintonizada la frecuencia de dicha estación (que puede variar de 108.00 a 117.95 MHz modulada en FM).
Principio de funcionamiento:
La radiofrecuencia emitida por un VOR contiene o está modulada por tres señales. Una es la identificación de la estación en código Morse, que permite al piloto identificar la estación. Las otras dos son ondas senoidales de 30 Hz cuyas fases varían entre sí. Se les llama señal de referencia y señal variable respectivamente. La referencia mantiene siempre su fase constante, mientras que la variable cambia su fase según la dirección en la que sea emitida. Dicha dirección se mide como un azimut, es decir, se divide en 360 grados alrededor de la antena
VOR contando en sentido horario a partir del norte magnético terrestre, punto en el cual la señal de referencia y la variable tienen fase idéntica.
De esta manera se puede visualizar una antena VOR como el punto desde el cual parten 360 líneas de dirección, a las que se les llama radiales.
El equipo VOR en la aeronave (Omni Bearing Selector) recibe la señal VOR y demodula sus tres señales. Compara la señal de referencia con la variable y determina la diferencia de fase entre las dos. De esta manera puede conocerse en qué radial del VOR sintonizado se encuentra la aeronave con respecto al norte magnético terrestre.
Otra manera de verlo es que el radial obtenido por el equipo VOR de la aeronave, es el ángulo de desplazamiento entre el norte magnético y la aeronave, medido desde la antena de la estación terrestre VOR.
Los VOR se clasifican en tres tipos de acuerdo con su alcance:
*Terminal (T): desde 1,000 pies AGL hasta e incluyendo 12,000 AGL pies con un radio de 25 millas náuticas.
*Baja Altitud (L): desde 1,000 pies AGL hasta e incluyendo 18,000 AGL pies con un radio de 40 millas náuticas.
*Alta Altitud (H): desde 1,000 pies AGL hasta e incluyendo 14,500 AGL con un radio de 40 millas náuticas, desde 14,500 AGL hasta e incluyendo 60,000 AGL con un radio de 100 millas náuticas. Desde 18,000 AGL hasta 60,000 AGL tiene un alcance de 130 millas náuticas.
Uso práctico:
El VOR se utiliza en la aeronáutica para navegar según el vuelo IFR, siempre permaneciendo en comunicación por radio con un controlador de tráfico aéreo (CTA). Los VOR suelen ir acompañados de otra radioayuda llamada DME (Distance Measurement Equipment), que ayuda al piloto a conocer la distancia que hay entre la aeronave y la estación VOR-DME. Los DME, aunque mayormente están instalados en la misma caseta que el VOR y comparten una misma instalación de antena (la del DME puesta directamente encima de la del VOR), son equipos completamente independientes del sistema VOR (a excepción de la señal de identificación, que se intercala en la del VOR). Al sintonizar el piloto la frecuencia de algún VOR en particular, automáticamente también se sintonizará la frecuencia de su DME asociado, y ambos compartirán la misma identificación en código Morse.
Precisión:
La precisión predecible de un VOR es ± 1,4°. Sin embargo, datos de prueba indican que el 99,94% del tiempo con un sistema VOR tiene menos que ± 0,35° de error. Los sistemas VOR son internamente monitoreados y comunican cualquier error de la estación que exceda 1,0°.
La norma ARINC 711-10 del 30 de enero de 2002 establece que la precisión del receptor debería estar dentro de 0,4º con una probabilidad estadística del 95% bajo varias condiciones. Cualquier receptor cumple con este estándar bien o suele excederla.
Futuro:
Como ocurre con otras formas de radionavegación aérea utilizadas actualmente, es posible que el VOR sea reemplazado por sistemas satelitales como el GPS (Global Positioning System). El GPS es capaz de localizar la posición horizontal de una aeronave con un error de sólo 20 m. Si se utiliza el GPS combinado con el WAAS (Wide Area Augmentation System), el error se reduce a un cubo de 4 m de lado. Esta precisión instrumental se aproxima (con posicionamiento lateral y vertical) a la Categoría I de los sistemas ILS actuales (Instrument Landing System).
Refinamientos posteriores incluyen el LAAS (Local Area Augmentation System), que probablemente permita aproximaciones equivalentes a la categoría III del ILS, para prácticamente aterrizar con cero visibilidad. El LAAS está planeado para utilizar una banda de frecuencia VHF para sus mensajes de corrección del GPS, lo cual requerirá que otras estaciones terrestres de radio locales (radionavegación o frecuencias de comunicación por voz) utilicen frecuencias diferentes para evitar interferencias.
TACAN:
Un sistema de navegación aérea táctica, normalmente llamado por su acrónimo en inglés TACAN (tactical air navigation system), es un sistema de navegación usado por aeronaves militares. Proporciona al usuario información de rumbo y distancia a una estación situada en tierra o a bordo de un barco. Es una versión más precisa del sistema VOR/DME que proporciona información de rumbo y distancia para la aviación civil. La porción DME del sistema TACAN está disponible para uso civil.
DME:
El equipo telemétrico (DME, del inglés: Distance Measuring Equipment) es un sistema electrónico que permite establecer la distancia entre este y una estación emisora, reemplazando a las radiobalizas en muchas instalaciones.
Generalmente ligado a la aeronáutica, el DME es uno de los sistemas de ayuda a la navegación habitualmente presentes en cualquier aeronave.
Proporciona una medición de la distancia (según la velocidad) al suelo (groundspeed o GS). La frecuencia está comprendida entre 962 y 1.213 MHz (banda UHF) de 200 canales, que puede trabajar con una única frecuencia para el DME o estar asociado a otra radioayuda como un VOR, ILS o MLS. En equipos antiguos la frecuencia se selecciona sintonizándolo en el equipo como una radio típica, pero en equipos actuales se selecciona automáticamente al sintonizar la radioayuda a la que está asociado.
Ya que un avión dispone de dos frecuencias de navegación utilizables al mismo tiempo, el selector del DME permite indicar que equipo de navegación queremos que nos indique la distancia. Algunos también disponen de la opción HOLD, en la que al pasar de una lectura DME de un equipo a esa posición guarda en la memoria la frecuencia que estaba usando, teniendo así la posibilidad de cambiar de VOR, ILS o MLS en un HSI, RMI o RBI sin perder la medición de la distancia anterior. Esta opción es muy útil en vuelos IFR en los que la salida estándar instrumental del aeropuerto (SID) requiere cambios de radioayuda frecuente pero se basa en una única medición de DME.
Principio de funcionamiento:
El avión interroga con una secuencia de pares de pulsos separados 12 μs. El equipo de tierra que recibe esta señal la retrasmite de nuevo con un retardo de 50 μs. El equipo del avión calcula el tiempo trascurrido desde que pregunto, le descuenta 50 μs y lo divide por dos. Este tiempo se multiplica por la velocidad de la luz (300 m/μs), dando la distancia al equipo de tierra.
Mediciones erróneas:
Hay que tener siempre en cuenta que la distancia medida por el DME es la distancia real en línea recta entre el avión y la estación, que variará dependiendo de la altitud a la que nos encontremos. Para hacernos una idea, aunque nos encontremos sobrevolando en DME, no indicara cero sino que nos dará una lectura en millas náuticas de la altitud a la que nos encontramos. Para obtener la distancia real sobre el suelo, que es la que nos interesara a la hora de planificar el vuelo, habrá que aplicar el teorema de Pitágoras:
Dist=√(Hipotenusa^2-Alt^2 )
En la formula habrá que igualar las distancias a la misma medida (lo más sencillo es convertir la altura a millas náuticas), siendo la hipotenusa del triángulo la distancia medida por el DME, Alt nuestra altura respecto a la de la estación y Dist la distancia sobre el suelo para sobrevolar la estación.
Si el equipo dispone de la posibilidad del cálculo de la ground speed (GS) o del tiempo estimado (ETE) para llegar a la estación habrá que saber que el equipo lo calcula según la velocidad a la que nos acercamos a la estación y que por lo tanto solo será una medida fiable si nos dirigimos a ella directamente. Si hiciéramos un arco DME (girar alrededor de un DME a una distancia fija) el equipo entendería que no nos estamos acercando y por lo tanto llegaría a indicar 0 nudos de GS si hacemos la maniobra con total precisión independientemente de la velocidad real a la que nos desplazamos. Una forma muy sencilla de ver esto es volar cerca de un DME sin dirigirse a él y comparar la velocidad que nos indica con la GS que nos marca el GPS, si disponemos de uno.
Navegación por satélite:
Un Sistema Global de Navegación por Satélite es una constelación de satélites que transmite rangos de señales utilizados para el posicionamiento y localización en cualquier parte del globo terrestre, ya sea en tierra, mar o aire. Estos permiten determinar las coordenadas geográficas y la altitud de un punto dado como resultado de la recepción de señales provenientes de constelaciones de satélites artificiales de la Tierra para fines de navegación, transporte, geodésicos, hidrográficos, agrícolas, y otras actividades afines.
Un sistema de navegación basado en satélites artificiales puede proporcionar a los usuarios información sobre la posición y la hora (cuatro dimensiones) con una gran exactitud, en cualquier parte del mundo, las 24 horas del día y en todas las condiciones climatológicas.
Teoría y características fundamentales:
La radionavegación por satélite se basa en el cálculo de una posición sobre la superficie terrestre midiendo las distancias de un mínimo de tres satélites de posición conocida. Un cuarto satélite aportará, además, la altitud. La precisión de las mediciones de distancia determina la exactitud de la ubicación final. En la práctica, un receptor capta las señales de sincronización emitida por los satélites que contiene la posición del satélite y el tiempo exacto en que ésta fue transmitida. La posición del satélite se transmite en un mensaje de datos que se superpone en un código que sirve como referencia de la sincronización.
La precisión de la posición depende de la exactitud de la información de tiempo. Sólo los cronómetros atómicos proveen la precisión requerida, del orden de nanosegundos (10-9 s). Para ello el satélite utiliza un reloj atómico para estar sincronizado con todos los satélites en la constelación. El receptor compara el tiempo de la difusión, que está codificada en la transmisión, con el tiempo de la recepción, medida por un reloj interno, de forma que se mide el "tiempo de vuelo" de la señal desde el satélite.
Estos cronómetros constituyen un elemento tecnológico fundamental a bordo de los satélites que conforman las constelaciones GNSS y pueden contribuir a definir patrones de tiempo internacionales. La sincronización se mejorará con la inclusión de la señal emitida por un cuarto satélite. En el diseño de la constelación de satélites se presta atención especial a la selección del número de estos y a sus órbitas, para que siempre estén visibles en cantidad suficiente desde cualquier lugar del mundo y así asegurar la disponibilidad de señal y la precisión.
Cada medida de la distancia coloca al receptor en una cáscara esférica de radio la distancia medida. Tomando varias medidas y después buscando el punto donde se cortan, se obtiene la posición. Sin embargo, en el caso de un receptor móvil que se desplaza rápidamente, la posición de la señal se mueve mientras que las señales de varios satélites son recibidas. Además, las señales de radio se retardan levemente cuando pasan a través de la ionosfera. El cálculo básico procura encontrar la línea tangente más corta a cuatro cáscaras esféricas centradas en cuatro satélites. Los receptores de navegación por satélite reducen los errores usando combinaciones de señales de múltiples satélites y correlaciones múltiples, utilizando entonces técnicas como filtros de Kalman para combinar los datos parciales, afectados por ruido y en constante cambio, en una sola estimación de posición, tiempo, y velocidad.
Usos:
Militar:
El origen de la navegación por satélite fue militar. La navegación por satélite permite alcanzar una precisión que no se había conseguido hasta este momento, en los objetivos de las armas, aumentando su efectividad, y reduciendo daños no deseados mediante armamento que se vale de la señal de los GNSS que sí producían las armas convencionales. La navegación por satélite también permite que las tropas sean dirigidas y se localicen fácilmente.
En suma, se puede considerar un factor multiplicador de la fuerza. Particularmente, la capacidad de reducir muertes involuntarias tiene ventajas particulares en las guerras mantenidas por las democracias, donde la opinión pública tiene una gran influencia en la guerra. Por esta razón, un sistema de navegación por satélite es un factor esencial para cualquier potencia militar.
Navegación aérea:
La navegación aérea utiliza, dentro del concepto de Sistemas Globales de Navegación por Satélites (GNSS) implementado por la Organización de Aviación Civil Internacional (OACI), los sistemas de posicionamiento, reconociéndose como un elemento clave en los sistemas de Comunicaciones, Navegación y Vigilancia que apoyan el control del tráfico aéreo (CNS/ATM), así como un fundamento sobre el cual los estados pueden suministrar servicios de navegación aeronáutica mejorados. Los estados que autorizan operaciones GNSS son los responsables de determinar si el mismo satisface los requisitos de actuación requeridos para esta actividad (de acuerdo a lo especificado por la OACI) en el espacio aéreo de su competencia y de notificar a los usuarios cuando dicha actuación no cumple con estos.
Por concepto, el GNSS es un sistema mundial de determinación de la posición y la hora, que incluye constelaciones principales de satélites, receptores de aeronave, supervisión de integridad del sistema, y sistemas de aumento que mejoran la actuación de las constelaciones centrales.
En síntesis, el GNSS es un término general que comprende a todos los sistemas de navegación por satélites, los que ya han sido implementados (GPS, GLONASS) y los que están en desarrollo (Galileo), proponiendo la utilización de satélites como soporte a la navegación, ofreciendo localización precisa de las aeronaves y cobertura en todo el globo terrestre. Se está implantando el GNSS de una manera evolutiva a medida que esté preparado para acoger el gran volumen del tráfico aéreo civil existente en la actualidad, y pueda responder a las necesidades de seguridad que requiere el sector, uno de los más exigentes del mundo.
Cuando el sistema GNSS esté completamente desarrollado, se prevé que pueda ser utilizado sin requerir ayuda de cualquier otro sistema de navegación convencional, desde el despegue hasta completar un aterrizaje de precisión Categoría I, II o III; es decir, en todas las fases de vuelo.
Parte 2
Tipos de navegación aérea
La navegación aérea se divide en dos tipos (dependiendo si la aeronave necesita de instalaciones exteriores para poder guiarse):
Navegación aérea autónoma.
Navegación aérea no autónoma.
Navegación aérea autónoma:
La navegación aérea autónoma es aquella que no necesita de ninguna infraestructura o información exterior para poder completar con éxito el vuelo. A su vez, ésta se divide en:
Navegación observada: se basa en la observación directa de las referencias necesarias en el terreno por parte del navegante o piloto, con tal de conocer la posición de la aeronave.
Navegación a estima: el navegante o piloto estima la posición actual, conocidas la dirección y la velocidad respecto al terreno.
Navegación por fijación de la posición: ésta a su vez se subdivide en navegación aérea astronómica, navegación aérea Doppler, navegación aérea inercial (INS).
Navegación aérea astronómica.
Navegación aérea inercial (INS).
Navegación aérea doppler.
Navegación observada:
La navegación aérea observada, o vuelo visual, es la técnica por la cual el piloto, durante el vuelo, estima la posición de la aeronave a partir del reconocimiento visual del terreno, ya sea de instalaciones como de accidentes geográficos.
Historia:
En los orígenes de la aviación, a comienzos del siglo XX, la principal preocupación de los pilotos era mantener las aeronaves en el aire evitando accidentes con el terreno.
Durante los años posteriores, aquellos frágiles aeroplanos fueron evolucionando, pudiendo volar de manera más seguras distancias mayores, perdiendo de vista el campo que les servía de base para aterrizar y despegar. En esta situación, el piloto debía saber su posición respecto al campo de vuelo al que debía arribar. Esto determinó la necesidad de conocer el terreno circundante dentro del radio de acción de la aeronave, de forma que pudiera establecer su posición respecto al campo base, a través de referencias visuales del terreno, tales como accidentes geográficos u otros puntos significativos. Esta forma de orientarse en el aire se ha denominado navegación observada.
A medida que las aeronaves mejoraron sus prestaciones, se descubrió la utilidad de la aviación para otros fines que la aventura, la experimentación o el placer por volar. Esto permitió el desarrolló del transporte aéreo, en concreto, el transporte de correo por vía aérea. Ya no sólo bastaba con volar en el entorno del campo de vuelo, sino que se requería la realización de vuelos con destinos lejanos, trasladándose de origen a destino por una ruta determinada.
Durante las dos primeras décadas del siglo pasado, la navegación observada, apoyada en mapas del terreno con indicación de puntos significativos, siguió siendo el único medio de orientación para los pilotos. En la actualidad, aunque ha sido superada por los modernos sistemas de navegación aérea, sigue siendo un sistema básico para los pilotos, principalmente en las fases de despegue y aterrizaje, y esencial en los vuelos visuales en los que se basa buena parte de la aviación general (aviación civil distinta a la de transporte comercial).
Problema:
La falta de puntos de referencia que ayuden al piloto a situar o estimar su posición, así como la falta de precisión de este método, convierte a este sistema de navegación aérea en inseguro, para trayectos de distancias medias y largas tanto como para para vuelos a altitudes medias o altas.
Navegación a estima:
La navegación aérea a estima es aquella en la que, utilizando tecnología básica (reloj y brújula), el piloto estima la posición estimación actual de la aeronave.
Historia:
Con la incorporación de algunos instrumentos básicos de ayuda a la navegación aérea, junto con un reloj, se adoptó una técnica más elaborada de navegación: la navegación a estima. En primer lugar, se incorporó la brújula, que sirve para obtener el rumbo magnético (ángulo que forma el eje longitudinal de la aeronave de popa a proa respecto del norte magnético).
Por otra parte, considerando la importancia de conocer la altitud de vuelo y la velocidad de los aviones, se incorporó el denominado tubo de Pitot, que permite obtener, mediante medidas de la presión del aire (tanto estática como dinámica), los siguientes datos:
Altitud (distancia vertical del avión respecto al nivel medio del mar), que se mide con el altímetro.
Velocidad indicada (velocidad del avión respecto del aire), que se determina con el anemómetro.
Grado de ascenso o descenso (velocidad vertical del avión), que se calcula con el variómetro.
Cuando una aeronave tiene que realizar un vuelo con algún fin determinado, éste debe planificarse construyendo, sobre los mapas del terreno, la ruta que se pretende seguir. Como se conocía la velocidad del aparato mediante el anemómetro, se podía estimar el momento en que se alcanzaría el siguiente punto de la ruta, utilizando para ello la ecuación del movimiento uniforme:
Distancia=Velocidad×Tiempo
La revolución industrial del comienzo del siglo XX había hecho florecer gran cantidad de fábricas de imponentes chimeneas que sirvieron de ayuda, inicialmente, para apreciar de forma poco precisa la velocidad del viento respecto del suelo. A esta forma de estimación del viento siguieron distintas técnicas basadas en la medida de tiempos de ida y vuelta de los aviones, recorriendo un determinado círculo próximo al campo de vuelo. Poco a poco se fueron perfeccionando los métodos y se han construido diversos calculadores de velocidad del viento que han ayudado a la tripulación a determinar la velocidad de los aviones respecto del suelo.
Problemas:
No obstante, el final del trayecto podía ser diferente al planificado, debido a tres causas:
Errores de los instrumentos.
Errores de pilotaje.
Efecto del viento.
Tanto los errores debidos a los instrumentos utilizados (brújula, anemómetro y reloj), como los errores humanos, son inherentes a cualquier tipo de navegación, aunque se han reducido sustancialmente con el tiempo.
El efecto del viento se traduce en la desviación de la ruta si el viento sopla en dirección distinta al rumbo de la aeronave. Si el viento tiene la misma dirección que el rumbo, no se desviará de la ruta, pero alcanzará el destino antes de lo previsto si el viento es de cola (a favor del avión), o después de lo previsto si sopla de morro (en contra del avión). Cuando el viento sopla de constado desviará al avión lateralmente.
En la navegación a estima, el problema consiste en determinar la intensidad y dirección del viento para corregir la velocidad medida del anemómetro y obtener la ruta real. Esta situación se conoce como el triángulo de velocidades.
Cuando existe viento, la trayectoria real de la aeronave varía respecto de la prevista, de forma que lo que realmente se sigue es una dirección determinada por un ángulo denominado de derrota en vez del rumbo. Dicha derrota se calcula a partir del rumbo y la velocidad indicada de la aeronave, junto con la dirección e intensidad del viento.
Navegación por fijación de la posición:
Navegación inercial:
La Navegación aérea inercial se basa en la aplicación de las leyes de la inercia para el cálculo de la posición de la aeronave.
Fundamento:
El principio de funcionamiento de este sistema se encuentra en las leyes de la inercia y la mecánica, siendo capaz de calcular la velocidad de la aeronave, su posición y su altitud (posición del avión como sólido rígido, con relación a la superficie terrestre).
En esencia, el funcionamiento se basa en la utilización de unos medidores llamados acelerómetros que, cuando se acoplan a un vehículo, miden la aceleración de éste en una dirección. De acuerdo con las leyes matemáticas, la aceleración se transforma en velocidad, y ésta en posición.
Su principio de funcionamiento se basa en la detección a bordo, de las aceleraciones que sufre la aeronave, mediante una plataforma estabilizada giroscópicamente, en dos ejes orientados permanentemente hacia el Norte y el Este. Si la aceleración detectada se integra a lo largo del tiempo, se obtiene la velocidad de la aeronave respecto al suelo según esos ejes. El vector velocidad se obtendrá sumando vectorialmente las componentes según los ejes mencionados. De forma análoga, si se integran las componentes del vector velocidad según los ejes indicados a lo largo del tiempo, se obtendrá la distancia recorrida según esas direcciones en el tiempo de integración.
Sumando a la coordenada inicial el incremento de posición obtenido de esa integración, se obtendrá la nueva posición. Es importante indicar la necesidad de conocer las coordenadas del punto inicial del vuelo, que debe introducir el piloto previamente a comenzar su utilización.
Historia:
Aunque el empleo de este principio para estimar la posición de las aeronaves se remonta a la Segunda Guerra Mundial, en donde el guiado de las bombas alemanas V2 se hacía con un sistema de estas características, no fue hasta 1966 cuando se presentó el primer sistema inercial para uso en aviación civil. Desde entonces la evolución de estos sistemas en lo que se refiere a su relación precio/coste, ha sido espectacular.
Inconveniente de su uso:
El problema que presenta el sistema es que está sujeto a un error sistemático, es decir, el error va creciendo a medida que aumenta el tiempo desde su última actualización, lo que hace necesario que ésta se realice de forma periódica mediante la utilización de otro sistema.
Hoy en día, sólo las aeronaves dedicadas al transporte comercial en vuelos de gran autonomía, emplean el INS, aunque paulatinamente, se está sustituyendo su uso por el GPS.
Navegación aérea astronómica:
La navegación astronómica es una parte de la astronomía para el uso directo del navegante aéreo, que comprende principalmente las coordenadas celestes, el tiempo y la posición y movimiento aparente de los astros con respecto a la Tierra.
Se emplea en vuelos de larga distancia donde se carece de radio ayudas convenientes. Para utilizarla se requiere disponer de sextante, cronómetro, almanaque aéreo y tabla de reducción. La combinación de los diferentes métodos de navegación permite resolver el problema de navegación con mayor facilidad.
Historia:
Con la evolución y desarrollo de las aeronaves, así como el aumento de la autonomía de vuelo, se hizo presente la necesidad de nuevos sistemas de posicionamiento que permitieran atravesar zonas en las cuales las radio ayudas existentes no llegan (por ejemplo en el mar). Para superar este problema se echó mano de la navegación marítima, la cual disponía desde muy antiguo de una técnica para establecer la posición de un punto a partir de la observación de los astros. Para ello se utilizaban instrumentos tales como el astrolabio y el sextante. El Astrolabio permite localizar las posiciones de las estrellas sobre la bóveda celeste y se utilizaba para determinar la altura, la posición y el movimiento de los astros sobre el horizonte. Este instrumento, tan antiguo y complejo, tiene además otro tipo de aplicaciones, como son: determinar la hora del día o de la noche, mediante la observación del Sol o de un Astro sobre el horizonte; calcular la hora de salida de las estrellas; así como resolver problemas astronómicos más complejos. Poco tiempo después se inventó el sextante, que se basa en los mismos principios que el astrolabio pero se vale de dos nuevos elementos: unos prismáticos y un juego de espejos, cuyo uso de precisión resultaron efectivos después de los estudios sobre óptica. El sextante es un instrumento que permite medir ángulos entre dos objetos tales como dos puntos de una costa o un astro -tradicionalmente el Sol- y el horizonte. Conociendo la elevación del Sol y la hora del día se puede determinar la latitud a la que se encuentra el observador. Esta determinación se efectúa con bastante precisión mediante cálculos matemáticos sencillos de aplicar.
La navegación astronómica jugó un papel de complemento para la navegación a estima y sirvió básicamente para determinar la posición cuando no era posible establecer referencias visuales con el terreno. Esta técnica de realizar periódicamente la fijación de la posición permitió las más importantes proezas registradas en el progreso de la aviación.
Por otra parte, los cálculos a realizar, aún con la utilización de unos métodos muy elaborados, exigían una dedicación que no era compatible con la atención que la tripulación había de destinar al control de la aeronave en vuelo. Esta situación supuso la aparición del navegante como miembro adicional de la tripulación, capaz de establecer varias veces la posición del avión basándose en la observación con sextante, de determinados cuerpos celestes y el empleo de almanaques que indicaban su posición en las diferentes épocas del año.
Inconvenientes de su uso:
El principal problema que tiene la navegación a estima es que requiere la selección de una serie de puntos significativos de la ruta que tienen que estar a la vista de la tripulación, aunque en ocasiones estas referencias visuales no se obtienen, especialmente en vuelos nocturnos o con condiciones atmosféricas adversas y en vuelos realizados sobre el mar.
Navegación aérea Doppler:
La Navegación aérea Doppler es un sistema capaz de determinar la velocidad sobre el suelo y el ángulo de deriva del avión. Se basa en el efecto Doppler que consiste en el cambio de frecuencia que experimenta la energía radiada cuando existe un movimiento relativo entre la fuente que transmite dicha energía y el receptor de la misma, siendo ese cambio de frecuencia proporcional a la velocidad relativa entre el transmisor y el receptor.
Fundamento:
El sistema de antenas del radar Doppler es susceptible de ser graduado para poder recibir la energía reflejada por el terreno. Dependiendo del ángulo de inclinación de las antenas, se recibirá una mejor reflexión de dicha energía pudiéndose determinar la velocidad sobre el suelo.
Para poder determinar la deriva con respecto a una ruta previamente programada, se utilizan dos haces de energía radiada que son emitidos por transmisores con su correspondiente antena situados uno a la izquierda y otro a la derecha de la aeronave.
Historia:
El uso del radar Doppler a partir del año 1961, como equipo autónomo de navegación para largas distancias sin requerir cobertura de equipos en tierra, produjo un impacto importante sobre la tripulación en cabina. Hasta ese momento, la navegación en esas condiciones se llevaba a cabo apoyándose en la observación astronómica, desarrollada a partir de la larga experiencia en la navegación marítima. El uso de esta técnica requería a bordo un tripulante denominado navegante.
Con la incorporación del radar Doppler, la navegación astronómica dejó de ser necesaria y los navegantes también, lo que conllevó su desaparición como miembros de la tripulación para este tipo de vuelos. En la actualidad está en total desuso.
Navegación aérea no autónoma
La navegación aérea no autónoma, al contrario, sí necesita de instalaciones exteriores para poder realizar el vuelo, ya que por sí sola la aeronave no es capaz de navegar. Las instalaciones necesarias para su guiado durante el vuelo reciben el nombre de ayudas a la navegación. Estas ayudas se pueden dividir a su vez dependiendo del tipo de información que transmiten, así como del canal a través del cual lo hacen. Así, las radioayudas pueden ser:
Ayudas visuales al aterrizaje: son instalaciones que proporcionan señales visuales durante la etapa de aterrizaje de la aeronave.
Radioayudas: Son señales radioeléctricas recibidas a bordo, generalmente emitidas en instalaciones terrestres.
Navegación por satélite.
Ayudas al aterrizaje:
Las ayudas visuales al aterrizaje se definen como el conjunto de instalaciones destinadas al guiado de una aeronave durante la etapa de aterrizaje mediante el uso de información de tipo visual. Este tipo de ayudas son un tipo de las denominadas radioayudas.
Tipos:
Dependiendo del modo por el cual el piloto obtiene la información, las ayudas visuales al aterrizaje pueden clasificarse en:
Ayudas visuales al aterrizaje por punto fijo: son los denominados radiofaros.
Ayudas visuales al aterrizaje por elevación-cenital: se dividen en los PAPIS
Ayudas visuales al aterrizaje por direccional-azimutal, o las llamadas mangas de viento.
Información obtenida:
El objetivo de las ayudas visuales es la de orientar al piloto sobre la precisión con la cual está llevando el aterrizaje. Estas señales informan al comandante sobre aspectos tales como el eje de la pista, rodadura y laterales, la franja lateral de la pista o las señales de la zona de contacto entre la aeronave y la pista (ejemplos de radiofaros). Además de obtener información sobre los límites y posiciones significativas de los puntos de la pista, las ayudas visuales informan de la intensidad y dirección del viento (manga de viento), así como de la pendiente (ángulo que forma el eje imaginario de la aeronave con la pista) y del desplazamiento relativo entre la pista y la nave (PAPI).
ILS:
El sistema de aterrizaje instrumental (o ILS, del inglés: Instrument Landing System) es el sistema de ayuda a la aproximación y el aterrizaje establecido por OACI (Organización de Aviación Civil Internacional) como sistema normalizado en todo el mundo. Este sistema de control permite que un avión sea guiado con precisión durante la aproximación a la pista de aterrizaje y, en algunos casos, a lo largo de la misma.
Funcionamiento:
Un ILS consiste de dos subsistemas independientes: uno sirve para proporcionar guía lateral y el otro para proporcionar guía vertical.
Una serie de antenas localizadoras (LOC o localizer), que están situadas normalmente a unos 1 000 pies (305m) del final de la pista y suelen estar formadas por 8, 14 o 24 antenas direccionales logo-periódicas (que son antenas cuyos parámetros de impedancia o radiación son una función periódica del logaritmo de la frecuencia nominal).
El equipo en tierra transmite una portadora comprendida entre los 108.1 MHz y 111.975 MHz, modulada al 20% por una señal resultante de sumar dos tonos de 90 Hz y 150 Hz (90+150 Hz). Esta señal se denomina CSB (Carrier Side Band). A su vez, también se transmite una señal con bandas laterales y portadora suprimida modulada con una señal resultante de restar dos tonos de 90 Hz y 150 Hz (90-150 Hz). Esta señal se denomina SBO (Side Band Only).
En la mayoría de los sistemas localizadores, existe una tercera señal denominada Clearance o CLR, que sirve de “relleno” para evitar que las aeronaves intercepten señales falsas y evitar así que se crea el estar interceptando 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 localizador.
Estas tres señales, CSB, SBO y CLR, se distribuyen a las antenas a través del sistema de distribución del localizador.
Dicho sistema, meramente pasivo, se compone de fasadores y atenuadores. Su objetivo es entregar a cada antena una proporción adecuada de las tres señales con su potencia y fase adecuada para conformar un diagrama polar.
Las señales una vez distribuidas y emitidas por las antenas, se suman en el espacio obteniendo una diferencia de modulación ó DDM diferente de las señales de navegación de 90 Hz y 150 Hz en cada punto del espacio. Es lo que se denomina modulación espacial
Esto produce el efecto que en el lado derecho, la DDM resultante tenga una predominancia de la señal de 150 Hz, en el izquierdo la predominancia de la DDM sea de 90 Hz, atendiendo al sentido de aproximación de la aeronave y en todo el eje de pista la DDM resultante tenga un valor nulo. Las aeronaves en aproximación, tratarán de buscar el nulo de la DDM lo que conlleva en la realidad a posicionarse en el eje de la pista.
El receptor embarcado en las aeronaves, suele ser un receptor de VHF superheterodino, el cual recibe y procesa la señal aplicándose la resultante a un medidor diferencial llamado CDI. Cuando la diferencia es cero, la aguja vertical del CDI se posiciona en el centro indicando que la aeronave está situada sobre el eje de la pista. Además el CDI dispone de un indicado adicional llamado bandera, el cual sólo se activa para avisar que el nivel de señal que se recibe es demasiado bajo y la medida mostrada en el CDI debe ser ignorada.
Una antena transmisora de la senda de planeo (G/S, del inglés: Glide Slope o GP: Glide Path) se sitúa a un lado de la zona de la pista donde se produce la toma. La señal G/S se transmite a 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 de aproximadamente 3° sobre la horizontal.
Las frecuencias del localizador y la senda de planeo están emparejadas de manera que sólo se requiere seleccionar una frecuencia para sintonizar ambos receptores. El localizador proporciona una señal de código morse transmitida a 1 020 Hz para permitir la identificación. Por ejemplo, en el Aeropuerto Internacional de la Ciudad de México, se transmitiría MEX para la pista 5L. Esto permite saber si el ILS está operando con normalidad o si está correctamente sintonizado. La señal de senda de planeo no transmite ninguna señal de identificación, por lo que se depende del localizador.
Las señales del localizador y la senda de planeo se muestran en un instrumento de la cabina, llamado Indicador de Desviación de Curso (CDI, del inglés: Course Deviation Indicator), como agujas horizontales y verticales (o un instrumento electrónico que las simule).
El piloto controla el avión de manera que las agujas permanezcan centradas en el indicador, pues es entonces cuando el avión sigue la senda de planeo y la dirección correctas. Las señales también pueden pasarse a los sistemas de piloto automático para permitir que éste vuele la aproximación.
Categorías (CAT) de ILS:
*Un ILS estándar 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 toma de la pista y un mínimo de techo de nubes de 200 pies (60 m). Los sistemas más avanzados de Categoría II y Categoría III permiten operaciones en visibilidad de casi cero (sin posibilidad de visión), pero requieren una certificación adicional del avión y la tripulación.
*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).
*En Categoría III vuela el sistema de aterrizaje automático del avión y permite operaciones incluso sin altitudes de decisión y una visibilidad menor que 700 pies (213 m) —CAT IIIa— o entre 150 (46 m) y 700 pies (213 m) —CAT IIIb.
Cada aparato certificado 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 —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.
Componentes:
Radiobalizas:
Las radiobalizas son un tipo de radioayuda VHF, que ofrece al aviador la posibilidad de determinar su posición a lo largo de una ruta aérea establecida, en el caso del ILS, alineada con la pista de aterrizaje. Existen tres tipos distintos de radiobalizas de ayuda al aterrizaje, que dependen de su posición:
*Radiobaliza exterior:
La radiobaliza exterior (OM, del inglés: outer marker), normalmente identifica el inicio de la senda de aproximación final. Se encuentra situada entre 4 y 7 millas náuticas del umbral de la pista de aterrizaje.
Emite dos rayas (en código morse) por segundo, a un tono de 400 Hz, y una señal luminosa de color azul. Se utiliza esta radiobaliza para ayudar a los chequeos de altura, distancia y funcionamiento del equipamiento. Se puede combinar con un NDB para crear una Radiobaliza Exterior de Localizador (LOM, del inglés: Locator Outer Marker).
*Radiobaliza intermedia:
La radiobaliza intermedia (MM, del inglés: middle marker), informa al aviador que se encuentra en la senda de aproximación final de que el contacto con la pista es inminente, buscando que coincida con la altura de decisión de la CATI (unos 200 ft - 60 m). Es por tanto que a menudo se encuentra situada entre las 0,5 y 0,8 millas náuticas, dependiendo de la senda de planeo establecida en el aeropuerto. Está modulada con un tono de 1300 Hz y emite puntos y rayas (morse) alternativos. Su señal luminosa es de color ámbar.
*Radiobaliza interior:
La radiobaliza interior (IM, del inglés: inner marker), se instala en la senda de aproximación final para las categorías CATII y CATIII en la vertical del punto de corte de la misma con el plano de Altitud/Altura de Decisión (DA/H, del inglés: Decision Altitude/Height)) mínima de CATII (30m), a una distancia de entre 75 y 450 metros del umbral de pista. Indica al piloto que se está a punto de cruzar el umbral de la pista y si no es capaz de visualizar ninguna referencia de la misma, deberá frustrar el aterrizaje. Produce un sonido, con una modulación de puntos a 3000 Hz, 6 por segundo. También se enciende una luz blanca. El motivo de que no se use en CATI es que la DA/H en esta categoría es de 60 metros y el piloto debe encontrarse en Condiciones Visuales (VMC, del inglés: Visual Meteorologic Conditions) antes de la "MM", con lo cual, quedaría sin función alguna.
*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.
VASI:
El Indicador de Pendiente de Aproximación Visual (o VASI, por las siglas de Visual Approach Slope Indicator) es un sistema de luces al costado de la pista que provee información de guía visual para el aterrizaje durante la aproximación a una pista. Estas luces pueden ser avistadas desde una distancia de hasta 8 km (5 millas) durante el día y desde hasta 32 km (20 millas) o más de noche.
Tipos:
*VASI Estándar:
El Indicador de Pendiente de Aproximación Visual Estándar consiste en dos conjuntos de luces. Uno de ellos marca el comienzo de una pista de aterrizaje, mientras que la otra es colocada a unos siete metros (20 pies) de distancia de la primera, junto a la pista. Cada conjunto de luces está diseñado de tal manera que las luces se ven o blancas o rojas, dependiendo del ángulo al cual las luces son vistas. Cuando el piloto está aterrizando en el ángulo de aproximación apropiado, lo que significa que se encuentra en la trayectoria de aproximación correcta, el primer conjunto de luces se ven blancas y el segundo conjunto, rojas. Cuando ambos conjuntos se ven blancos, esto significa que está volando demasiado alto; y demasiado bajo cuando ambos se ven rojos. Este es el tipo más común de sistema de indicación de pendiente de aproximación visual.
*PAPI (Indicador de Trayectoria de Aproximación de Precisión):
El Indicador de Trayectoria de Aproximación de Precisión consiste en cuatro conjuntos de luces alineados en forma perpendicular a la pista de aterrizaje. Funciona básicamente del mismo modo en que lo hace el VASI Estándar, pero las luces adicionales indican al piloto que tan alejado de la trayectoria de aproximación ideal se encuentra la aeronave. Cuando los dos conjuntos de luces más alejados se ven rojos y los más cercanos blancos, la aeronave está exactamente en la trayectoria de aproximación. Cuando los tres conjuntos de luces más alejados se ven rojos, se encuentra apenas por debajo; mientras que si los tres conjuntos de luces más próximos se ven blancos, la aeronave está apenas por encima de la trayectoria de aproximación. Cuatro conjuntos de luces rojas indican que está muy por debajo de la trayectoria de aproximación, y cuatro conjuntos de luces blancas indican que está muy por encima. La mayoría de los aeropuertos importantes utilizan este sistema.
*PAPI:
El Indicador de Trayectoria de Aproximación de Precisión (más conocido como PAPI por sus siglas en inglés) es un sistema de luces que se colocan a los costados de la pista de aterrizaje/despegue. Consiste en cajas de luces que ofrecen una indicación visual de la posición de un avión sobre la trayectoria de aproximación asociado a una pista de aterrizaje/despegue en particular. El estándar para el PAPI de la Administración Federal de Aviación es el mismo que corresponde al VASI (Visual Approach Slope Indicators o Indicadores de Pendiente de Aproximación Visual) del OACI.
El Indicador de Trayectoria de Aproximación de Precisión es colocado generalmente del lado izquierdo de la pista de aterrizaje/despegue y puede ser visto desde una distancia máxima de 8 km (5 millas) durante el día y a una distancia máxima de 32 km (20 millas) de noche. Tiene dos o cuatro cajas de luces colocadas en una única fila, lo que lo diferencia del VASI que tiene dos filas: una más próxima y otra más alejada.
Cada caja de luces está equipada con un mecanismo óptico que divide la luz emitida en dos segmentos, rojo y blanco. Dependiendo del ángulo de aproximación, las luces se verán o rojas o blancas desde la posición del piloto.
Lo ideal sería que las luces visibles se muevan entre el rango de todas blancas y de la mitad rojas, cambiando a rojo sucesivamente de derecha a izquierda. El piloto alcanza la normal trayectoria de aproximación (generalmente de 3 grados) cuando la mitad de las luces sean rojas y la otra mitad blancas. Si está por debajo de la trayectoria de aproximación, las luces rojas sobrepasarán en cantidad a las blancas; si está por encima, observará más luces blancas.
El Indicador de Trayectoria de Aproximación de Precisión se basa en el principio de la Lente de Fresnel.
Manga de viento:
La manga de viento o anemoscopio en lenguaje técnico, (calcetín "windsock" en inglés, literalmente "calcetín de viento"
, es un utensilio diseñado para indicar la dirección y fuerza del viento respecto a la horizontal del suelo, el peligroso viento lateral en la pista de aterrizaje a partir de cierta velocidad, da también una idea aproximada de la velocidad del viento según el nivel de hinchado y la inclinación del cono:
*Cono vertical: viento leve.
*Cono 45 º: viento considerable.
*Cono horizontal: viento fuerte.
Características:
La manga tiene una forma de cono truncado con la base pequeña agujereada, con franjas de color (generalmente rojo y blanco). La parte de mayor diámetro se monta sobre un soporte circular, generalmente de metal, sujeto a un mástil vertical (mediante unas cuerdas o algún otro medio), pudiendo girar libremente (360 º) alrededor del eje vertical del mismo. La longitud de la manga depende del entorno donde se instala, y puede ir desde algo menos de un metro hasta 3,6 metros.
Las mangas de viento se utilizan principalmente en los aeropuertos, aeródromos y helipuertos a lo largo de las pistas.
Las mangas de los aeropuertos están iluminadas para uso nocturno. Se colocan también en los viaductos de gran altura y a lo largo de las carreteras en los lugares en que se pueden producir vientos de lado.
Un lugar típico es cuando una autopista cruza un pequeño valle donde se forman corrientes y los coches pasan de repente de estar protegidos por la montaña a sufrir el embate del fuerte viento en medio del valle.
Radioayudas:
Un radiofaro es una estación emisora de radio que envía de forma automática y continua señales como ayuda a la navegación aérea y marítima.
Tipos:
Existen básicamente dos tipos de radiofaros:
*NDB (Non-Directional Beacon, Baliza No Direccional): este radiofaro es el más antiguo y el más simple de los dos. La emisora envía una señal de radio, de frecuencia fija, que puede captarse desde todas las direcciones. Mediante un instrumento ADF (en inglés Automatic Direction Finder) a bordo del avión, el piloto puede seleccionar la frecuencia de esa emisora, que conoce por las cartas de navegación y observar la aguja del instrumento, la cual indica en qué dirección se encuentra el radiofaro. Los NDB están situados a lo largo de las principales rutas de navegación aéreas, y sobre todo en las inmediaciones de los aeropuertos, donde siguen siendo de gran utilidad para los pilotos cuando realizan maniobras de aproximación con poca o nula visibilidad. La emisión se realiza en frecuencia media y el alcance es de unas 30 millas náuticas (unos 50 kilómetros).
*VOR (Very High Frequency Omnidirectional Range, Radiofaro Omnidireccional de Muy Alta Frecuencia): se trata de un radiofaro más moderno y más completo que el anterior. La emisora envía una doble señal, de las cuales una es fija, comparable a la del NDB. La otra es una señal que se emite mediante un dispositivo que gira rápida y continuamente en 360 grados. De esta manera el avión recibe una doble señal procedente de la emisora en cuestión. El instrumento VOR de a bordo, una vez el piloto ha seleccionado su frecuencia, según le indican las cartas de navegación, informa no sólo de la dirección en la que se encuentra el radiofaro, sino también en qué radial está volando el avión respecto a la emisora. El radial es la dirección de vuelo expresado en grados de la esfera terrestre, en la que la emisora VOR se convierte en centro.
Así, un avión puede estar volando directamente hacia un VOR en el radial 270 (de salida), lo cual quiere decir que se acerca a la emisora en dirección este-oeste, mientras que otro avión también puede estar volando directamente hacia el VOR, pero en el radial 180 (de salida), en cuyo caso se acerca a la emisora en dirección norte-sur. Esto permite volar con precisión en las rutas y aproximaciones cada vez más densas. La emisión de radio del VOR se realiza en muy alta frecuencia (VHF) y su alcance es de unas 80 millas (unos 140 kilómetros).
El VOR lleva incorporado en muchos casos un dispositivo DME (en inglés Distance Measuring Equipment, es decir, equipo de medición de distancia), que permite al piloto, si su instrumento también dispone de este sistema, conocer la distancia exacta desde el avión al VOR. La importancia de este dato adicional es evidente. La identificación de la distancia la realiza el dispositivo de a bordo comparando las dos señales de radio recibidas desde el VOR. Cuando un radiofaro VOR dispone del sistema de medición de distancia se denomina VOR/DME. Por el contrario, también existen emisoras que sólo son DME, es decir, que sirven exclusivamente para conocer la distancia. Estas emisoras se encuentran generalmente en las zonas de los aeropuertos para facilitar las maniobras de aproximación.
Algunos VOR utilizados por la aviación civil son al mismo tiempo radiofaros de uso militar. En tal caso se denominan VORTAC (el término TAC se refiere a Tactical, o sea, táctico).
El VOR, al igual que el NDB, sirve tanto de ayuda a la navegación cuando se vuela hacia él como cuando el avión se aleja. También se utilizan ambos instrumentos para determinar una posición, lo cual se realiza estableciendo intersecciones que resultan del punto en que se cruzan las direcciones desde o hacia dos emisoras.
Ambos sistemas de radionavegación se encuentran todavía en uso generalizado en todo el mundo, si bien se prevé que en los próximos años comenzarán a ser utilizados de forma decreciente a raíz de la aparición del sistema GPS (en inglés Global Positioning System, sistema de posicionamiento global) que permite conocer mediante señales de satélites la posición de una aeronave con gran exactitud.
NDB:
Una Baliza No direccional (NDB) es un radiotransmisor localizado en un lugar conocido, usado como una ayuda para la navegación aérea o marítima. Como implica su nombre, la señal transmitida no incluye información direccional inherente, en contraste con otras ayudas de navegación como LFR, VOR y TACAN. Las señales de las NDB siguen la curvatura terrestre, de modo que pueden ser recibidas a distancias mucho más grandes a menores altitudes, un gran ventaja sobre el VOR. Sin embargo, las señales de las NDB son también más afectadas por las condiciones atmosféricas, terrenos montañosos, refracción costera y tormentas eléctricas, particularmente en grandes distancias.
Las NDBs usadas en aviación son estandarizadas por el Anexo 10 de las normas de la ICAO que especifican que deben operar en una frecuencia entre 190 kHz y 1750 kHz, aunque normalmente todas las NDBs norteamericana operan en frecuencias entre 190 kHz y 535 kHz. Cada NDB es identificada por un indicativo en código morse de una, dos o tres letras. En Canadá, las NDBs de propiedad privada, se identifican con una letra y un número. Las NBR norteamericanas son clasificados por potencia: con baja para una potencia nominal menor de 50 watts, mediana desde 50 W hasta 2000 W y alta por encima de los 2000 W.
Equipo automático buscador de dirección:
Las NDBs consisten en dos partes: el equipo Automatic Direction Finder (ADF, por su siglas en idioma inglés) que está en la aeronave que detecta la señal de una NDB, y la NDB transmisora. El ADF también puede ubicar transmisores en la banda estándar de radiodifusión de amplitud modulada de onda media (530 kHz hasta 1700 kHz con incrementos de 10 kHz en las Américas, y desde 531 kHz hasta 1602 KHz con incrementos de 9 kHz en el resto del mundo).
El equipo ADF determina la dirección hasta la NDB transmisora con respecto a la aeronave y que puede ser mostrada en un Indicador de Dirección Relativa. (RBI, por sus siglas en idioma inglés). El indicador una rosa de los vientos con una aguja superpuesta, excepto que la "rosa" se fija con la posición de 0 grados correspondiente a la línea central de la aeronave. A fin de rastrear a un radiofaro NDB (sin viento) el avión se ubica de modo tal que la aguja apunta a la posición de 0 grados, y éste volará directamente a la NDB. Del mismo modo, la aeronave se alejará de la NDB si la aguja se mantiene en la marca de 180 grados. Con un viento lateral, la aguja debe mantenerse a la izquierda o a la derecha de la posición de 0° o 180° en una cantidad correspondiente al desplazamiento debido al viento de costado.
La fórmula para determinar el rumbo de la brújula a una estación NDB (en una situación sin viento) es tomar la dirección relativa entre la aeronave y la estación, y añadir el rumbo magnético de la aeronave, si la suma es mayor que 360 grados, entonces debe ser restado este exceso.
Cuando se hace seguimiento hacia o desde una estación NDB, también es habitual que la trayectoria de la aeronave siga un rumbo específico. Para ello es necesario relacionar la lectura del RBI con la dirección de la brújula de la aeronave. Habiéndose determinado la desviación, la aeronave debe volar de modo tal que la dirección de la brújula sea el rumbo requerido ajustado para la desviación, al mismo tiempo que la lectura del RBI es ajustada en 0° o 180° para esa desviación. Un radiofaro también se puede utilizar para localizar una posición a lo largo de la trayectoria de la aeronave. Cuando la aguja alcanza una lectura en el RBI correspondiente al rumbo requerido, la aeronave está en posición. Sin embargo, el uso de un RBI y una brújula independientes, requiere de considerable cálculo mental para determinar la dirección relativa apropiada.
Para simplificar esta tarea, se añade al RBI una rosa de los vientos para formar un "Indicador Magnético de Radio" (RMI). Seguidamente, la aguja del ADF hará referencia inmediatamente a la dirección de la aeronave, lo que reduce la necesidad de cálculo mental.
Los principios de los ADF no se limitan al uso con las NDBs; tales sistemas también se utilizan para detectar la ubicación de señales de radiodifusión para muchos otros fines, tales como la búsqueda de señales de emergencia.
Usos de los ADF:
Rutas aéreas:
Un rumbo es una línea que atraviesa la estación NDB y que apunta en una dirección específica, tal como 270° en el caso de la dirección Oeste. Los rumbos de las NDBs proporcionan un método consistente para definir las rutas a través de las cuales puede volar una aeronave. De esta manera, las NDBs pueden, como las VOR, definir las "vías aéreas" en el cielo. Los aviones siguen estas rutas predefinidas para completar un plan de vuelo. Las rutas aéreas están numeradas y estandarizadas en las cartas de navegación aeronáutica; las vías aéreas trazadas en color se utilizan para las emisoras de frecuencia media, como las NDBs, cuyas vías se trazan en color marrón en las cartas seccionales. Las rutas aéreas en colores verde y rojo se trazan hacia el este y al oeste, mientras que el ámbar y azul se usan para las vías aéreas se trazan al norte y al sur. Los pilotos siguen estas rutas rastreando radiales a través de varias estaciones de navegación, y girando en alguna de ellas. Aunque la mayoría de las vías aéreas en los Estados Unidos se basan en los VOR, las vías mediante NDBs son comunes en otros lugares y en zonas poco pobladas, como el Ártico canadiense, ya que pueden tener un gran alcance y son mucho menos costosos de operar que las rutas de VOR.
Posición:
Las balizas no direccionales han sido utilizadas por los pilotos de aeronaves, y previamente por los marinos, para ayudar a obtener una revisión de su ubicación geográfica en la superficie de la Tierra. Las posiciones se calculan mediante la extensión de las líneas a través de conocidos puntos de referencia de navegación hasta que se cruzan. Para los puntos de referencia visuales, los ángulos de estas líneas se puede determinar mediante la brújula; los orientaciones de NDB señales de radio se encuentran utilizando el equipo RDF.
El trazado de posiciones de esta manera permite a las tripulaciones determinar su ubicación. Este uso es importante en situaciones donde otros equipos de navegación, tales como los VOR con equipo radiotelemétrico (DME), han fracasado. En la navegación marítima, los NDB aún pueden ser útiles en caso de fallar la recepción GPS.
VOR:
VOR es un acrónimo para la frase en inglés: "VHF Omnidirectional Radio Range", que en castellano significa Radiofaro Omnidireccional de Muy Alta Frecuencia.
Se trata de una radioayuda a la navegación que utilizan las aeronaves para seguir en vuelo una ruta preestablecida. Generalmente se encuentra una estación terrestre VOR en cada aeropuerto, además de otras en ruta, que constituyen los denominados "fijos", los puntos sobre los que ha de pasar la ruta seguida por el piloto. La antena VOR de la estación emite una señal de radiofrecuencia VHF en todas direcciones, que es recibida por el equipo VOR de cualquier aeronave que se encuentre dentro del rango de alcance (máx. unos 320 km a hasta 37 500 pies de altura -11 430 m- sobre la estación) y tenga sintonizada la frecuencia de dicha estación (que puede variar de 108.00 a 117.95 MHz modulada en FM).
Principio de funcionamiento:
La radiofrecuencia emitida por un VOR contiene o está modulada por tres señales. Una es la identificación de la estación en código Morse, que permite al piloto identificar la estación. Las otras dos son ondas senoidales de 30 Hz cuyas fases varían entre sí. Se les llama señal de referencia y señal variable respectivamente. La referencia mantiene siempre su fase constante, mientras que la variable cambia su fase según la dirección en la que sea emitida. Dicha dirección se mide como un azimut, es decir, se divide en 360 grados alrededor de la antena
VOR contando en sentido horario a partir del norte magnético terrestre, punto en el cual la señal de referencia y la variable tienen fase idéntica.
De esta manera se puede visualizar una antena VOR como el punto desde el cual parten 360 líneas de dirección, a las que se les llama radiales.
El equipo VOR en la aeronave (Omni Bearing Selector) recibe la señal VOR y demodula sus tres señales. Compara la señal de referencia con la variable y determina la diferencia de fase entre las dos. De esta manera puede conocerse en qué radial del VOR sintonizado se encuentra la aeronave con respecto al norte magnético terrestre.
Otra manera de verlo es que el radial obtenido por el equipo VOR de la aeronave, es el ángulo de desplazamiento entre el norte magnético y la aeronave, medido desde la antena de la estación terrestre VOR.
Los VOR se clasifican en tres tipos de acuerdo con su alcance:
*Terminal (T): desde 1,000 pies AGL hasta e incluyendo 12,000 AGL pies con un radio de 25 millas náuticas.
*Baja Altitud (L): desde 1,000 pies AGL hasta e incluyendo 18,000 AGL pies con un radio de 40 millas náuticas.
*Alta Altitud (H): desde 1,000 pies AGL hasta e incluyendo 14,500 AGL con un radio de 40 millas náuticas, desde 14,500 AGL hasta e incluyendo 60,000 AGL con un radio de 100 millas náuticas. Desde 18,000 AGL hasta 60,000 AGL tiene un alcance de 130 millas náuticas.
Uso práctico:
El VOR se utiliza en la aeronáutica para navegar según el vuelo IFR, siempre permaneciendo en comunicación por radio con un controlador de tráfico aéreo (CTA). Los VOR suelen ir acompañados de otra radioayuda llamada DME (Distance Measurement Equipment), que ayuda al piloto a conocer la distancia que hay entre la aeronave y la estación VOR-DME. Los DME, aunque mayormente están instalados en la misma caseta que el VOR y comparten una misma instalación de antena (la del DME puesta directamente encima de la del VOR), son equipos completamente independientes del sistema VOR (a excepción de la señal de identificación, que se intercala en la del VOR). Al sintonizar el piloto la frecuencia de algún VOR en particular, automáticamente también se sintonizará la frecuencia de su DME asociado, y ambos compartirán la misma identificación en código Morse.
Precisión:
La precisión predecible de un VOR es ± 1,4°. Sin embargo, datos de prueba indican que el 99,94% del tiempo con un sistema VOR tiene menos que ± 0,35° de error. Los sistemas VOR son internamente monitoreados y comunican cualquier error de la estación que exceda 1,0°.
La norma ARINC 711-10 del 30 de enero de 2002 establece que la precisión del receptor debería estar dentro de 0,4º con una probabilidad estadística del 95% bajo varias condiciones. Cualquier receptor cumple con este estándar bien o suele excederla.
Futuro:
Como ocurre con otras formas de radionavegación aérea utilizadas actualmente, es posible que el VOR sea reemplazado por sistemas satelitales como el GPS (Global Positioning System). El GPS es capaz de localizar la posición horizontal de una aeronave con un error de sólo 20 m. Si se utiliza el GPS combinado con el WAAS (Wide Area Augmentation System), el error se reduce a un cubo de 4 m de lado. Esta precisión instrumental se aproxima (con posicionamiento lateral y vertical) a la Categoría I de los sistemas ILS actuales (Instrument Landing System).
Refinamientos posteriores incluyen el LAAS (Local Area Augmentation System), que probablemente permita aproximaciones equivalentes a la categoría III del ILS, para prácticamente aterrizar con cero visibilidad. El LAAS está planeado para utilizar una banda de frecuencia VHF para sus mensajes de corrección del GPS, lo cual requerirá que otras estaciones terrestres de radio locales (radionavegación o frecuencias de comunicación por voz) utilicen frecuencias diferentes para evitar interferencias.
TACAN:
Un sistema de navegación aérea táctica, normalmente llamado por su acrónimo en inglés TACAN (tactical air navigation system), es un sistema de navegación usado por aeronaves militares. Proporciona al usuario información de rumbo y distancia a una estación situada en tierra o a bordo de un barco. Es una versión más precisa del sistema VOR/DME que proporciona información de rumbo y distancia para la aviación civil. La porción DME del sistema TACAN está disponible para uso civil.
DME:
El equipo telemétrico (DME, del inglés: Distance Measuring Equipment) es un sistema electrónico que permite establecer la distancia entre este y una estación emisora, reemplazando a las radiobalizas en muchas instalaciones.
Generalmente ligado a la aeronáutica, el DME es uno de los sistemas de ayuda a la navegación habitualmente presentes en cualquier aeronave.
Proporciona una medición de la distancia (según la velocidad) al suelo (groundspeed o GS). La frecuencia está comprendida entre 962 y 1.213 MHz (banda UHF) de 200 canales, que puede trabajar con una única frecuencia para el DME o estar asociado a otra radioayuda como un VOR, ILS o MLS. En equipos antiguos la frecuencia se selecciona sintonizándolo en el equipo como una radio típica, pero en equipos actuales se selecciona automáticamente al sintonizar la radioayuda a la que está asociado.
Ya que un avión dispone de dos frecuencias de navegación utilizables al mismo tiempo, el selector del DME permite indicar que equipo de navegación queremos que nos indique la distancia. Algunos también disponen de la opción HOLD, en la que al pasar de una lectura DME de un equipo a esa posición guarda en la memoria la frecuencia que estaba usando, teniendo así la posibilidad de cambiar de VOR, ILS o MLS en un HSI, RMI o RBI sin perder la medición de la distancia anterior. Esta opción es muy útil en vuelos IFR en los que la salida estándar instrumental del aeropuerto (SID) requiere cambios de radioayuda frecuente pero se basa en una única medición de DME.
Principio de funcionamiento:
El avión interroga con una secuencia de pares de pulsos separados 12 μs. El equipo de tierra que recibe esta señal la retrasmite de nuevo con un retardo de 50 μs. El equipo del avión calcula el tiempo trascurrido desde que pregunto, le descuenta 50 μs y lo divide por dos. Este tiempo se multiplica por la velocidad de la luz (300 m/μs), dando la distancia al equipo de tierra.
Mediciones erróneas:
Hay que tener siempre en cuenta que la distancia medida por el DME es la distancia real en línea recta entre el avión y la estación, que variará dependiendo de la altitud a la que nos encontremos. Para hacernos una idea, aunque nos encontremos sobrevolando en DME, no indicara cero sino que nos dará una lectura en millas náuticas de la altitud a la que nos encontramos. Para obtener la distancia real sobre el suelo, que es la que nos interesara a la hora de planificar el vuelo, habrá que aplicar el teorema de Pitágoras:
Dist=√(Hipotenusa^2-Alt^2 )
En la formula habrá que igualar las distancias a la misma medida (lo más sencillo es convertir la altura a millas náuticas), siendo la hipotenusa del triángulo la distancia medida por el DME, Alt nuestra altura respecto a la de la estación y Dist la distancia sobre el suelo para sobrevolar la estación.
Si el equipo dispone de la posibilidad del cálculo de la ground speed (GS) o del tiempo estimado (ETE) para llegar a la estación habrá que saber que el equipo lo calcula según la velocidad a la que nos acercamos a la estación y que por lo tanto solo será una medida fiable si nos dirigimos a ella directamente. Si hiciéramos un arco DME (girar alrededor de un DME a una distancia fija) el equipo entendería que no nos estamos acercando y por lo tanto llegaría a indicar 0 nudos de GS si hacemos la maniobra con total precisión independientemente de la velocidad real a la que nos desplazamos. Una forma muy sencilla de ver esto es volar cerca de un DME sin dirigirse a él y comparar la velocidad que nos indica con la GS que nos marca el GPS, si disponemos de uno.
Navegación por satélite:
Un Sistema Global de Navegación por Satélite es una constelación de satélites que transmite rangos de señales utilizados para el posicionamiento y localización en cualquier parte del globo terrestre, ya sea en tierra, mar o aire. Estos permiten determinar las coordenadas geográficas y la altitud de un punto dado como resultado de la recepción de señales provenientes de constelaciones de satélites artificiales de la Tierra para fines de navegación, transporte, geodésicos, hidrográficos, agrícolas, y otras actividades afines.
Un sistema de navegación basado en satélites artificiales puede proporcionar a los usuarios información sobre la posición y la hora (cuatro dimensiones) con una gran exactitud, en cualquier parte del mundo, las 24 horas del día y en todas las condiciones climatológicas.
Teoría y características fundamentales:
La radionavegación por satélite se basa en el cálculo de una posición sobre la superficie terrestre midiendo las distancias de un mínimo de tres satélites de posición conocida. Un cuarto satélite aportará, además, la altitud. La precisión de las mediciones de distancia determina la exactitud de la ubicación final. En la práctica, un receptor capta las señales de sincronización emitida por los satélites que contiene la posición del satélite y el tiempo exacto en que ésta fue transmitida. La posición del satélite se transmite en un mensaje de datos que se superpone en un código que sirve como referencia de la sincronización.
La precisión de la posición depende de la exactitud de la información de tiempo. Sólo los cronómetros atómicos proveen la precisión requerida, del orden de nanosegundos (10-9 s). Para ello el satélite utiliza un reloj atómico para estar sincronizado con todos los satélites en la constelación. El receptor compara el tiempo de la difusión, que está codificada en la transmisión, con el tiempo de la recepción, medida por un reloj interno, de forma que se mide el "tiempo de vuelo" de la señal desde el satélite.
Estos cronómetros constituyen un elemento tecnológico fundamental a bordo de los satélites que conforman las constelaciones GNSS y pueden contribuir a definir patrones de tiempo internacionales. La sincronización se mejorará con la inclusión de la señal emitida por un cuarto satélite. En el diseño de la constelación de satélites se presta atención especial a la selección del número de estos y a sus órbitas, para que siempre estén visibles en cantidad suficiente desde cualquier lugar del mundo y así asegurar la disponibilidad de señal y la precisión.
Cada medida de la distancia coloca al receptor en una cáscara esférica de radio la distancia medida. Tomando varias medidas y después buscando el punto donde se cortan, se obtiene la posición. Sin embargo, en el caso de un receptor móvil que se desplaza rápidamente, la posición de la señal se mueve mientras que las señales de varios satélites son recibidas. Además, las señales de radio se retardan levemente cuando pasan a través de la ionosfera. El cálculo básico procura encontrar la línea tangente más corta a cuatro cáscaras esféricas centradas en cuatro satélites. Los receptores de navegación por satélite reducen los errores usando combinaciones de señales de múltiples satélites y correlaciones múltiples, utilizando entonces técnicas como filtros de Kalman para combinar los datos parciales, afectados por ruido y en constante cambio, en una sola estimación de posición, tiempo, y velocidad.
Usos:
Militar:
El origen de la navegación por satélite fue militar. La navegación por satélite permite alcanzar una precisión que no se había conseguido hasta este momento, en los objetivos de las armas, aumentando su efectividad, y reduciendo daños no deseados mediante armamento que se vale de la señal de los GNSS que sí producían las armas convencionales. La navegación por satélite también permite que las tropas sean dirigidas y se localicen fácilmente.
En suma, se puede considerar un factor multiplicador de la fuerza. Particularmente, la capacidad de reducir muertes involuntarias tiene ventajas particulares en las guerras mantenidas por las democracias, donde la opinión pública tiene una gran influencia en la guerra. Por esta razón, un sistema de navegación por satélite es un factor esencial para cualquier potencia militar.
Navegación aérea:
La navegación aérea utiliza, dentro del concepto de Sistemas Globales de Navegación por Satélites (GNSS) implementado por la Organización de Aviación Civil Internacional (OACI), los sistemas de posicionamiento, reconociéndose como un elemento clave en los sistemas de Comunicaciones, Navegación y Vigilancia que apoyan el control del tráfico aéreo (CNS/ATM), así como un fundamento sobre el cual los estados pueden suministrar servicios de navegación aeronáutica mejorados. Los estados que autorizan operaciones GNSS son los responsables de determinar si el mismo satisface los requisitos de actuación requeridos para esta actividad (de acuerdo a lo especificado por la OACI) en el espacio aéreo de su competencia y de notificar a los usuarios cuando dicha actuación no cumple con estos.
Por concepto, el GNSS es un sistema mundial de determinación de la posición y la hora, que incluye constelaciones principales de satélites, receptores de aeronave, supervisión de integridad del sistema, y sistemas de aumento que mejoran la actuación de las constelaciones centrales.
En síntesis, el GNSS es un término general que comprende a todos los sistemas de navegación por satélites, los que ya han sido implementados (GPS, GLONASS) y los que están en desarrollo (Galileo), proponiendo la utilización de satélites como soporte a la navegación, ofreciendo localización precisa de las aeronaves y cobertura en todo el globo terrestre. Se está implantando el GNSS de una manera evolutiva a medida que esté preparado para acoger el gran volumen del tráfico aéreo civil existente en la actualidad, y pueda responder a las necesidades de seguridad que requiere el sector, uno de los más exigentes del mundo.
Cuando el sistema GNSS esté completamente desarrollado, se prevé que pueda ser utilizado sin requerir ayuda de cualquier otro sistema de navegación convencional, desde el despegue hasta completar un aterrizaje de precisión Categoría I, II o III; es decir, en todas las fases de vuelo.
Parte 2