Wszystko o ILS-ie

W poprzednim wpisie przyjrzeliśmy się procedurom LVP, których realizacja w przypadku ruchu przylotowego opiera się w znacznej mierze na systemie lądowania wg wskazań przyrządów, czyli popularnym ILS-ie (z ang. instrument landing system), czyli radiowy system nawigacyjny wspomagający lądowanie samolotu w warunkach ograniczonej i niskiej podstawy chmur.

W czym zatem tkwi pewność tych pomocy nawigacyjnych i dlaczego znajdują one zastosowanie na większości lotnisk komunikacyjnych na świecie? Z jakich elementów składa się ILS, jak wygląda jego naziemna instalacja i w jaki sposób monitoruje się parametry jego pracy? Te i inne tajemnice ILS-a postaram się wyjaśnić w dzisiejszym materiale.

Jak sama nazwa wskazuje ILS to system, czyli zespół wzajemnie powiązanych ze sobą urządzeń, realizujących jako całość określoną funkcję nawigacyjną pozwalającą na wykonanie podejścia i lądowania statku powietrznego przy znacznie niższych minimach operacyjnych niż w przypadku szerszego spektrum stosowanych w lotnictwie systemów podejścia nieprecyzyjnego. O ile system podejścia precyzyjnego ma za zadanie zapewniać prowadzenie od ustalonego punktu rozpoczęcia podejścia początkowego (IAF) do pewnej wysokości nad elewacją pasa startowego zwanej wysokością decyzji to od systemu wspomagania podejścia nieprecyzyjnego wymaga się właściwie tylko ciągłej informacji o kierunku.

Jednym z prekursorów ILS-a był skonstruowany w 1932 r. niemiecki system Lorenza, który bazując na częstotliwości fal krótkich pozwalał uzyskać dużą dokładność przy wyznaczaniu kursu lądowania, kąta schodzenia i odległości od punktu przyziemienia. Odmianą ILS był radziecki system SP-50, różniący się od ILS inną modulacją, czyli zmianą parametrów fali radiowej umożliwiającą przesyłanie informacji w radiolatarni kursu i zastosowaniem tylko dwóch markerów. I choć obecnie stosowane są już dużo bardziej nowoczesne i zaawansowane technologicznie systemy MLS (Microwave Landing System), TLS (Transponder Landing System) czy systemy oparte na globalnym systemie nawigacji satelitarnej GNSS to wciąż podstawowym systemem precyzyjnego podejścia do lądowania jest system ILS.

Każdy ILS składa się z trzech niezależnych zespołów urządzeń: radiolatarni kierunku, radiolatarni ścieżki schodzenia oraz urządzenia pozwalającego na określenie odległości od punktu przyziemienia. Rolę tą spełniają radiolatarnie znakujące VHF (w pełnej konfiguracji są to trzy markery: Outer Marker [OM], Middle Marker [MM] i Inner Marker [IM], choć w wielu przypadkach wystarczające są dwa – OM i MM), rozmieszczone na podejściu do pasa i będące de facto znacznikami odległości i wysokości względem progu drogi startowej. Coraz częściej zastosowanie w tej funkcji jako opcja lub uzupełnienie markerów znajduje radioodległościomierz (DME) instalowany na maszcie nadajnika ścieżki schodzenia.

Rysunek na podstawie pracy dyplomowej Marka Bromy pt. „Perspektywy systemów precyzyjnego podejścia”.

W Katowicach korzystamy obecnie z systemu dostarczonego w 2008 r. przez firmę Thales, na który składa się radiolatarnia kierunku ILS LLZ (Thales 421), radiolatarnia ścieżki schodzenia ILS GP (Thales 422) oraz radiodalmierz DME (Thales 415), których deklarowany zasięg operacyjny wynosi kolejno 18NM, 10NM i 18NM.

Localizer (LLZ), bo tak nazywa się potocznie nadajnik kierunku, zlokalizowany jest na końcu drogi startowej obsługiwanej przez to urządzenie, a więc w przypadku pyrzowickiego lotniska, w odległości 400 m za końcem pasa 27. System antenowy LLZ wysyła dwie wąskie pionowe wiązki, z których jedna jest odchylona lekko w lewo od osi pasa, a druga lekko w prawo. Obie są nadawane na tej samej częstotliwości nośnej – 109.900 MHz, ale inaczej modulowane częstotliwościowo: jedna, przeważająca po lewej stronie podejścia drogi startowej – częstotliwością 90 Hz, a druga – przeważająca po prawej stronie podejścia drogi startowej – 150 Hz. W efekcie odbiornik pokładowy ILS porównuje częstotliwości modulacji i jeżeli samolot znajduje się dokładnie pośrodku obu wiązek to znaczy, że jest dokładnie w osi pasa.

Dla drogi startowej z podejściem precyzyjnym kategorii I średnia linia kursu w punkcie odniesienia systemu ILS gwarantuje odchylenie od centralnej linii drogi startowej nie większe niż ± 10,5 m. A zatem jeżeli podchodzący samolot znajdzie się poza tym zakresem w płaszczyźnie poziomej to pojawi się odchylenie zwane różnicą głębokości modulacji, dzięki czemu można jednoznacznie określić czy znalazł się on z prawej czy z lewej strony strefy równosygnałowej na styku obu wiązek. W skład ILS LLZ wchodzi system antenowy, antena monitora, kontener na urządzenia, płyta pomiarowa i punkty pomiarowe, rozmieszczone na łuku o promieniu 200 m w rozstawie co 0,5° i 5°.

Localizer (LLZ)

Radiolatarnia ścieżki schodzenia (GP – z ang. glide path) znajduje się po prawej stronie pasa 27, w odległości 150 m od osi drogi startowej i 350 m od progu 27. Pomoc ta wykorzystuje analogiczną zasadę, jak w przypadku ILS LLZ z tym, że górna część poziomej wiązki sygnału jest modulowana częstotliwością 90 Hz, a dolna – 150 Hz, natomiast strefa równosygnałowa tworzy właściwą płaszczyznę podejścia nachyloną pod kątem 3°. W skład ILS GP wchodzi system antenowy zainstalowany na maszcie o wysokości 18 m, antena monitora (nearfield), kontener na urządzenia, płaszczyzna odbijająca i płyty pomiarowe.

Radiolatarnia ścieżki schodzenia

Przecięcie obu sygnałów tworzy elektroniczną ścieżkę podejścia nachyloną pod kątem 3° i RDH = 15,9 m (Reference Datum Height – wysokość względna odniesienia). Wszystkie obiekty o dużej powierzchni odbicia, włącznie z pojazdami i obiektami stałymi znajdującymi się w strefie pokrycia emitowanego sygnału mogą być potencjalnymi przyczynami zakłóceń w strukturze kursu i ścieżki schodzenia, wywołanych odbiciem fal. W celu uniknięcia zakłóceń sygnałów ILS pochodzących ze środowiska wokół anten systemu wyznacza się w ich bezpośrednim sąsiedztwie strefy wolne od przeszkód zwane strefami ochronnymi.

Najbliżej radiolatarni systemu ILS zlokalizowane są strefy krytyczne, w których w czasie wszystkich operacji podejścia i lądowania na obsługiwanym kierunku nie mogą znajdować się żadne pojazdy, w tym statki powietrzne, gdyż powodują niedopuszczalne zakłócenia sygnału ILS w przestrzeni. Strefa ta jest szczególnie chroniona i dla uniknięcia przypadkowej ingerencji w trakcie operacji statków powietrznych jest dodatkowo oznakowana na całym obwodzie żółtymi tabliczkami z napisem „Strefa ochronna ILS”.

Poza strefę krytyczną rozciągają się jeszcze strefy wrażliwe, w których parkowanie i ruch pojazdów oraz statków powietrznych jest kontrolowany dla uniknięcia niedopuszczalnych zakłóceń w sygnale podczas operacji z wykorzystaniem systemu ILS.

Dla ułatwienia wykorzystania operacyjnego stosuje się specjalną klasyfikację systemów ILS, opisaną szczegółowo w załączniku 10 do Konwencji o Międzynarodowym Lotnictwie Cywilnym, która charakteryzuje trzy parametry tych pomocy nawigacyjnych: wysokość odniesioną do progu drogi startowej, do której system dostarcza informacji prowadzących (cyfry I, II, III), parametry struktury radiolatarni kierunku (litery A, B, C, D, E i T) oraz poziom integralności i ciągłości usługi (cyfry 1 – 4), odzwierciedlający ich zastosowanie w operacjach odpowiedniej kategorii (I, II, IIIA, IIIB, IIIC).

W poprzednim wpisie wspominałem, że przy spełnieniu dodatkowych, bardziej rygorystycznych wymogów, na drogach startowych z podejściem precyzyjnym kategorii I możliwe jest wykonywanie operacji poniżej standardu w cat I (LTS CAT I). Jedno z nich odnosi się właśnie do ILS, który dla operacji przy RVR poniżej 450 m musi być certyfikowany do klasy II/D/2, co zgodnie z powyższymi zasadami klasyfikacji oznacza:

  • II – system dostarcza informacji prowadzących od granicy pokrycia systemu ILS do punktu, w którym linia kursu radiolatarni kierunku przecina się ze ścieżką schodzenia systemu ILS na wysokości 15 m (50 ft) lub mniej, ponad płaszczyzną poziomą zawierającą próg;
  • D – punkt „D” systemu ILS, czyli punkt na wysokości 4 m powyżej linii centralnej drogi startowej i 900 m (3 000 ft) od progu, w kierunku radiolatarni kierunku;
  • 2 – poziom 2 integralności i ciągłości usługi opisujący osiągi sprzętu ILS, wykorzystywanego w operacjach w warunkach ograniczonej widzialności, gdy naprowadzanie ILS w zakresie informacji o pozycji w fazie lądowania jest uzupełnione przez znaki wizualne. Poziom ten jest zalecany dla sprzętu wspierającego operacje kategorii I.

Warto również pamiętać, że wszystkie elementy systemu ILS zaliczają się do wspólnej kategorii lotniczych urządzeń naziemnych (LUN) w grupie „urządzenia radionawigacyjne – NAV”, zgodnie z przepisami prawa lotniczego i jako takie podlegają wpisowi do rejestru LUN prowadzonego przez Prezesa Urzędu Lotnictwa Cywilnego.

Jednym z wymogów zachowania ciągłości ich eksploatacji jest spełnienie warunków technicznych i eksploatacyjnych oraz wymagań określonych w przepisach wydanych przez Parlament Europejski i Radę (WE), Komisję (WE), a także w załącznikach do konwencji chicagowskiej, których spełnianie jest regularnie sprawdzane przez wykwalifikowany personel w ramach bieżących i okresowych przeglądów technicznych, kontroli realizowanych przez inspektorów ULC oraz na podstawie kontroli z powietrza wykonywanej przez specjalny zespół powołany w ramach struktur Polskiej Agencji Żeglugi Powietrznej.

W ramach tzw. oblotów inspektorzy pokładowi przy udziale pilotów samolotów wyposażonych w specjalistyczne urządzenia pomiarowe dokonują pomiarów z powietrza sprawności operacyjnej urządzeń zabezpieczenia ruchu lotniczego, w tym m.in. systemów ILS funkcjonujących na polskich lotniskach. Do wykonywania tych zadań wykorzystywane są zamiennie specjalnie przystosowane samoloty pomiarowe typu Turbolet L-410 UVP-E 15 o regach SP-TPA i SP-TPB, w środowisku lotniczym zwane potocznie „Papugami”.

Turbolet L-410 UVP-E15 Polskiej Agencji Żeglugi Powietrzne, czyli potocznie nazywany „Papugą”

Harmonogram utrzymania sprawności operacyjnej ILS-a zakłada wykonywanie przeglądów technicznych tych urządzeń nie rzadziej niż co 30 dni oraz okresowych kontroli z powietrza wykonywanych nie rzadziej niż co 180 dni. Informacje o najbliższych planowanych czynnościach serwisowych w odniesieniu do katowickiego ILS-a możecie znaleźć w bieżących depeszach NOTAM, które wyglądają następująco:

A8201/13 – LOCATOR KTW 326KHZ U/S DUE TO MAINT. 30 DEC 07:00 2013 UNTIL 30 DEC 14:00 2013. CREATED: 16 NOV 07:43 2013

A8181/13 – ILS AND DME RWY 27 OPERATING ON TEST DUE TO MAINT. DO NOT USE. 16 DEC 07:00 2013 UNTIL 16 DEC 14:00 2013. CREATED: 16 NOV 07:01 2013

Podejście wg ILS wspomagane jest również przez systemy wzrokowych wskaźników ścieżki podejścia, które mogą funkcjonować samodzielnie lub stanowić wzajemne uzupełnienie dla systemów korzystających z fal radiowych. Zasada ich działania opiera się na takim ich ustawieniu kątowym, aby pilot zależnie od położenia statku powietrznego w przestrzeni widział różny kolor tych świateł. W Pyrzowicach oba kierunki są wyposażone w światła PAPI, składające się z czterech jednostek świetlnych każdy i skierowanych w kierunku podejścia. Różne konfiguracje barwy tych świateł widziane oczami pilota informują o położeniu statku powietrznego poniżej, powyżej lub na ścieżce podejścia. Wzorcową konfigurację do lądowania odzwierciedlają dwie jednostki świetlne położone najbliżej drogi startowej świecące w kolorze czerwonym i dwie kolejne – w kolorze białym.

Światła PAPI (cztery czerwone światła po lewej stronie zdjęcia)

Obecny ILS w Pyrzowicach wyprodukowany przez firmę Thales pracuje w kategorii I, ale jego możliwości operacyjne kończą się na najwyższej, III kategorii. Po wybudowaniu nowej drogi startowej zostanie on zdemontowany z obecnie użytkowanej i być może znajdzie jeszcze zastosowanie na innym polskim lotnisku. Nowa droga startowa zostanie wyposażona w nowy system obsługujący minimum CAT II. Jego producent jest jeszcze nieznany z uwagi na trwającą procedurę przetargową prowadzoną przez Polską Agencję Żeglugi Powietrznej.

Tekst: Michał Stanek, Jednostka Realizująca Projekt
Zdjęcia: Piotr Adamczyk, Dział Komunikacji i Promocji Katowice Airport

(7 ocen, średnia: 4,86 na 5)

Udostępnij:

Powiązane posty

4 komentarzy

  1. stanislaw górecki
    28 listopada 2013 o 09:24 - Odpowiedz

    ładnie to opisałeś ,muszę jeszcze raz pomału przeczytać ,zastanowić się , oraz omówić w dobrym klimacie -Pozd

  2. PTU
    15 grudnia 2013 o 21:30 - Odpowiedz

    Dopóki człowiek nie poczyta i się nie dowie na czym to polega, to sam po sobie mogę powiedzieć, że widząc do tej pory starty i lądowania samolotów, nie sądziłem, że jest to takie skomplikowane.

  3. ECK
    14 maja 2014 o 18:12 - Odpowiedz

    Super artykuł. Dziękuję za tę szczegółowość, w końcu zrozumiałem, jak funkcjonuje ILS. Zgadzam się z moim poprzednikiem, że jest to dosyć złożona technologia.

  4. rgal
    11 grudnia 2014 o 20:23 - Odpowiedz

    z ciekawych filmików o ils
    https://www.facebook.com/video.php?v=864090816977019&fref=nf

Zostaw komentarz