ILS

Úvod - Zařízení pro přesné přiblížení typu ILS ( Instrument Landing System )

Systém pro navedení letadla na přistání nazývaný ILS je patrně nejznámější ze všech navigačních systémů. Právě z důvodů jeho rozšíření po celém světě byla do leteckých simulátorů převzata jeho simulace, která i v simulátoru poměrně přesně napodobuje chování letadla při přiblížení i přistání. Systém ILS byl vyvinut ve čtyřicátých letech minulého století a schválen k použití organizací ICAO v roce 1949. Prakticky beze změn se používá dodnes na většině letišť světa. Hlavním důvodem jeho rozšíření je výjimečná provozní spolehlivost a nenáročnost na přístrojové vybavení letadla, které lze navíc využít i pro jiné navigačními systémy ( VOR ). Další výhodou je možnost využít přijímaný signál pro automatické vedení letadla ( tzv. autopilota ). Systém ILS je dodnes certifikován pro civilní použití organizací ICAO a přestože se již několikrát ( např. koncem devadesátých let ) uvažovalo o jeho "vyřazení" , certifikace je stále v platnosti a jeho masivní nahrazení například systémem MLS (Microwave landing system) nebo GPS se zatím neočekává.

Systém pro přiblížení ILS je natolik zásadní pro celou civilní leteckou dopravu, že je simulován v civilním simulátoru MSFS všech verzí a současně je maximálně využíván v online simulaci ( síť VATSIM ). Většina pilotů na simulátoru považuje přiblížení pomocí "ILSu" za bezproblémové a virtuální piloti využívají i dalších funkcí, jako je například vedení letadla na trati konečného přiblížení pomocí autopilota a v řadě případů i navazující systém zcela automatického přistání tzv. autoland. Pokud vše funguje jak má, zdá se, že detailní znalosti o koncepci a fungování celého zařízení v reálu jsou nadbytečné, ovšem pokud se vyskytnou komplikace a přiblížení neprobíhá podle pilotových představ, je dobré seznámit se s tím, jak ILS funguje v reálu a jak probíhá reálné přiblížení. K tomu má sloužit tento článek.

Účel systému ILS

Účelem systému ILS je informovat pilota během přiblížení o okamžité poloze letadla ve dvou osách - v horizontální rovině ( zda je v ose sestupu nebo se odchyluje na některou stranu ) a v rovině vertikální , t.j. v jaké je letadlo poloze vůči sestupové rovině ( ta vede letadlo k prahu dráhy bez nebezpečí, že se střetne s překážkou ). Průsečnicí sestupové a kursové roviny je sestupové čára – tzv. Glide Path.

Hlavním smyslem ILSu je umožnit letadlům bezpečný sestup jen podle přístrojů, t.j. když vnější viditelnost je omezena ( mrakem, mlhou ). Sestup lze provádět jen do takové výšky a do takové vzdálenosti od prahu dráhy, z které může pilot přistát - buď pomocí visuálního kontaktu s terénem nebo pomocí zařízení k automatickému přistání. Připomínám, že je zcela jedno, zda sestup pomocí ILS uskutečňuje pilot ručně nebo pomocí autopilota. Autopilot je pouze doplněk palubního přijímače ILS a je schopen vést letadlo po stanovené dráze a není součástí ILSu jako takového.

Zařízení ILS se skládá vždy ze dvou funkčních celků - je to pozemní vybavení letiště a palubní vybavení letadla. Vzájemná kombinace obou pak určuje, jaké funkce systému budou na daném letišti k dispozici pro přiblížení a přistání konkrétního letadla. V reálném světě - ale i v simulaci - jsou možnosti ještě dále omezeny požadavky na kvalifikaci pilota ( pilotů ).

==Pozemní zařízení ILS. Pozemní část systému klasického ILS zahrnuje tyto základní části:

a) Kursový maják neboli localizer ( LLZ ) - je to zařízení, které pomocí radiových vln vytvoří ve směru přiblížení tzv. kursovou rovinu do vzdálenosti cca 30NM od prahu dráhy ( č.1 na obr.1)

b) Sestupový maják - zařízení, které pomocí radiových vln vytvoří ve směru přiblížení sestupovou rovinu sahající do vzdálenosti cca 20 NM od prahu dráhy (č.2 na obr.1)

c) Polohová návěstidla - zařízení, která dávají letadlu informaci o vzdálenosti od prahu dráhy ( č. 3, 4 na obr.1 )

Nyní se na tyto jednotlivé části podíváme samostatně a pokusíme se vysvětlit, jak pracují.

Kursový maják / localizer

Kursový maják (localizer) slouží k horizontálnímu vedení letadla a vytváří elektromagnetické pole ( vždy na jednom kmitočtu v pásmu 108 MHz až 111,975 MHz ). Toto pole přesně definuje v prostoru přiblížení tzv. kursovou čáru, která je obvykle prodloužením osy příslušné RWY. Obvyklé provedení antény kursového majáku je na obr. 2. Anténní systém kursového majáku se umisťuje v prodloužené ose RWY za jejím koncem ve směru přistání. Zařízení se seřizuje tak, aby kursová čára procházela svislou rovinou, proloženou osou příslušné RWY a vyzařuje radiový signál ve směru přiblížení do vzdálenosti cca 30 NM.

Lokalizéry jsou jedno nebo dvoukmitočtové. V určitých případech je potřeba pro udržení potřebného pokrytí zavést zvláštní nosný signál s kmitočtovým odstupem asi 8kHz. Palubní přijímač pak „zachytí“ silnější z obou signálů a použije jej pro navedení. Takovéto dvoufrekvenční lokalizéry jsou samozřejmě přesnější a používají se zejména pro Cat II/III navádění. Vysílání dvoukmitočtového majáku se realizuje v rámci šířky vysílacího pásma jedné antény, není tedy zapotřebí zavedení další antény (pilot ladí pouze jednu frekvenci), a vyzařovací diagramy jednotlivých vysílacích kmitočtů mohou být nasměrovány do potřebných směrů pro zajištění přesnějšího krytí nebo vykrytí prostoru, který není možno vykrýt pomocí jednoho kmitočtu.

Podstata činnosti směrového majáku je následující:

Nosná vlna ( to je určitá frekvence z rozsahu oněch 108 - 111.95 MHz ) se amplitudově moduluje dvěma signály s různými frekvencemi ( 90 a 150 Hz ). Princip amplitudové modulace je na obr.3.

Vysílací antény jsou propojeny vzájemně tak, že vytvářejí v prostoru přiblížení elektromagnetické pole na dané frekvenci, které má tu vlastnost, že směrem doprava od kursové čáry ( prodloužené osy dráhy ) převažuje v signálu modulace frekvencí 150Hz ( tzv. modrý sektor – viz obr.4 ) a v oblasti vlevo od osy ( žlutý sektor - obr. 4 ) převažuje v signálu modulace 90 Hz. Logicky z toho vyplývá, že kursová čára ( t.j. vlastně horizontální osa přiblížení ) je tam, kde je "síla" modulace nosné vlny signálem 90 Hz i 150 Hz stejná (tzn. rozdíl hloubky modulace je nulový).

ILS

Hloubka modulace signálu závisí na vzdálenosti od kursové roviny, t.j. směrem od osy vzrůstá hloubka modulace signálů 150 Hz nebo 90Hz ( podle toho, na kterou stranu se odchylujeme ). V palubním přijímači se signály velmi snadno a spolehlivě demodulují a snadno se porovnává hloubka ( = síla ) modulace v signálu přijatém anténou v letadle. Z rozdílů se určí poloha antény ( letadla ) vůči kursové rovině. Ta se zobrazí na přístrojích v relativních jednotkách ( tečkách – viz. Palubní indikace ).

Elektromagnetické pole lze vytvořit jen v určitém úhlu a do omezené vzdálenosti od prahu dráhy. Předpisy určují minimální hodnoty takového krytí. Pokud je nelze dodržet například z důvodů terénních překážek, je nutné buď doplňovat celý systém dalšími vykrývacími vysilači nebo nelze systém schválit jako ILS a je možné jej používat jen pro nepřesné přiblížení i když fyzicky obsahuje všechna zařízení jako plnohodnotný ILS (Innsbruck). Hodnoty krytí udávají následující obrázky a texty :

Hodnoty krytí kursového majáku:

• 46,3 km (25 NM) v rozmezí ± 10° od kursové čáry předního kursového sektoru,
• 31,5 km (17 NM) mezi 10° a 35° od kursové čáry předního kursového sektoru a je-li zajištěno krytí do vzdálenosti:
• 18,5 km (10 NM) v ostatních směrech mimo sektor ± 35°, s výjimkou, že pokud to provozní požadavky dovolí, mohou být v případě nepříznivých terénních podmínek hranice krytí sníženy na 33,3 km (18 NM) v rozmezí ± 10° a 18,5 km (10 NM) .

Obr. 5: Horizontální krytí kursového majáku (standardní - nahoře, povolené minimální provozní krytí - dole)

Sestupový maják / vysílač Glide Path

Sestupový maják ILS

Sestupový maják (také nazývaný Glide Slope) vytváří elektromagnetické pole pro vedení letadla ve vertikálním směru přiblížení. Sestupová čára ILS (tzv. glide path) se vytváří pozemním UHF vysílačem a jeho anténním systémem pracujícím na principu velmi podobném lokalizéru. Sestupový maják pracuje v kmitočtovém pásmu 328,6 MHz až 335,4 MHz, tedy zhruba na třikrát vyšší frekvenci než LLZ ( vyšší frekvence poskytuje principiálně i vyšší přesnost ).

Sestupový vysílač napájí dvě antény a moduluje nosnou vlnu dvěma frekvencemi, stejně jako LLZ. Signál modulovaný 90 Hz napájí spodní anténu umístěnou přibližně 2m nad zemí. Horní anténa je ve výšce zhruba 8m a vysílá signál modulovaný 150 Hz. Signál vyzářený anténami vytvoří v prostoru pole v jehož "dolní" části převládá nosná vlna modulovaná signálem 150Hz a v "horní" části pak modulace 90Hz. V místě, kde je modulace obou signálů stejná, se nachází definovaná sestupová rovina. Začíná nad úrovní terénu ve výšce teoreticky 5m, prakticky však začíná využitelný signál ve výšce >50ft nad prahem dráhy. Z této výšky stoupá sestupová rovina v požadovaném úhlu - obvykle 3° - až do vzdálenosti krytí signálem ( cca 18 NM ).

Schéma vyzařovacího diagramu sestupového majáku. Na vodorovné ose je hodnota úhlu, měřená od horizontální rovin. Velký oblouk zobrazuje intenzitu signálu modulovaného 90Hz a malé oblouky relativní hodnoty signálu modulovaného 150 Hz. Sestupová rovina je tam, kde jsou relativní intenzity tj. hloubky modulace stejné. Takových bodů se vyskytuje několik a proto vznikají falešné sestupové roviny.

Ilustrace vyzařovacího diagramu sestupového majáku ve vertikálním řezu procházejícím anténou. (Pro ilustraci předchozího obrázku. Úhly neodpovídají reálným poměrům, jsou pro názornost zobrazeny větší.)

Přesná hodnota úhlu sestupové roviny se nastaví kombinací výšek obou antén. Problém je, že signál z antény vytvoří v prostoru navíc další, tzv. falešné sestupové roviny, které rovněž vedou k prahu dráhy. Ty jsou ale podstatně strmější než rovina použitelná pro sestup. Antény je proto třeba nastavit i s ohledem na tyto roviny tak, aby byly nastaveny na co nejvyšší úhly a byla vyloučena záměna (druhá rovina má úhel 12,5-16,5°). Proč vznikají falešné sestupové roviny je patrné z obr. 8 a 9. Při vytváření sestupové roviny se využívá i vlivu terénu na vyzařování antény, proto je zapotřebí mnohdy i terénních úprav v oblasti prahu dráhy, aby se dosáhlo požadovaného vyzařovacího diagramu. Sestupový maják ( tj. prakticky bouda vysilače s anténním stožárem ) je umístěn vedle RWY přibližně 300m od prahu dráhy a boční vzdálenost obvykle není menší než 120m od RWY. Přesné umístění záleží na mnoha faktorech.

Krytí sestupového majáku

Sestupový maják musí zajistit dostatečný signál pro vedení letadla, vybaveného standardní instalací ILS v sektorech 8° (horizontálně) po obou stranách od sestupové čáry ILS do vzdálenosti nejméně 18,5 km (10 NM), v rozmezí úhlů 1,75 θ a 0,45 θ nad vodorovnou rovinou nebo až do úhlu 0,30 θ. (θ označení jmenovitého úhlu sestupové čáry – tzn. θ =3° - doporučený standard). Krytí sestupového majáku je na obr. 10.

Z textu je jasné, že frekvence pro směrové a vertikální vedení jsou značně rozdílné. Aby se zamezilo možným chybám při jejich ladění na palubě letadla s fatálními důsledky, definuje ICAO vždy dvojici frekvencí pro LLZ a GS, které lze provozovat v jednom zařízení ILS. Pilot proto ladí vždy jen frekvenci lokalizéru a palubní vybavení samo naladí sestupový maják.

Polohová návěstidla

Klasická instalace systému ILS zahrnuje kromě sestupového a kursového majáku nejméně dvě polohová návěstidla.. Polohová návěstidla mají za úkol informovat pilota o vodorovné vzdálenosti od prahu dráhy v těch místech, kde je to považováno za důležité. Návěstidla pracují všechna na nosném kmitočtu 75,0 MHz a fungují tak, že vyzařují kolmo vzhůru jakýsi kužel radiových vln ( schématicky viz obr.12 ). Přijímač v letadle je pevně naladěn na 75 MHz a zachytí signál při přeletu antény.

Pokud se vyskytnou zvláštní provozní požadavky, může letecký úřad udělit výjimku pro instalaci dalšího, třetího polohového návěstidla. Návěstidla se označují vnější, střední a vnitřní. Majáky lze identifikovat pomocí modulace nosné vlny.Vnější polohové návěstidlo je modulováno frekvencí 400 Hz a pro identifikaci vysílá (klíčováním modulačního signálu) nepřetržitě čárky rychlostí 2 čárky za sekundu. Střední polohové návěstidlo je modulováno frekvencí 1300 Hz, vysílá střídavě tečky a čárky rychlostí 2 čárky nebo 6 teček za sekundu, a vnitřní polohové návěstidlo má modulační kmitočet 3000 Hz a vysílá nepřetržitou sérii teček rychlostí 6 teček za sekundu.

Vnitřní polohové návěstidlo by mělo být umístěno ve vzdálenosti mezi 75m (250ft) a 450m (1500ft) od prahu dráhy. Střední polohové návěstidlo vyznačuje blízkost místa přechodu z přístrojového na vizuální vedení letadla, provádějícího přiblížení na přistání. Mělo by být umístěno ve vzdálenosti 1050m (3500ft) ± 150m (500ft) od prahu RWY. Vnější polohové návěstidlo musí být umístěno tak, jak je to třeba k ověření správné výšky, vzdálenosti a činnosti zařízení letadla ve fázi středního a konečného přiblížení na přistání. Umístění vnějšího polohového návěstidla se doporučuje ve vzdálenosti 7200m (3,9 NM) od prahu RWY.

Polohová návěstidla musí zabezpečit krytí v následujících délkách, měřených na sestupové a kursové čáře

a) vnitřní polohové návěstidlo: 150 ± 50 m (je-li použito),

b) střední polohové návěstidlo: 300 ± 100 m,

c) vnější polohové návěstidlo: 600 ± 200 m

Protože během vývoje leteckých navigačních zařízení bylo v 60. letech vyvinuto tzv. DME - Distance Measuring Equipment , je možné se často setkat s tím, že tam, kde není možné zajistit VKV polohová návěstidla jako součást ILSu, může být přijatelnou náhradou části nebo všech návěstidel vhodně umístěný měřič vzdálenosti DME. DME má dvě zásadní výhody oproti návěstidlům - jeho vysílač je umístěn na letišti ( nevyžaduje instalaci na vzdálených místech od pozemku letiště ) a poskytuje pilotovi spojitou informaci o vzdálenosti. Proto jsou instalace nových "ILSů" většinou vybavena instalací DME místo návěstidel. DME však je zcela odlišný systém a není fyzickou součástí ILSu. Proto se v tom případě neexistence polohových návěstidel použije označení ILS/DME ( ILS-DME ). Nevýhoda toho je nutnost mít DME přijímač jako palubní vybavení letadla, bez něj nelze provést ILS-DME přiblížení. Jelikož se však DME dnes běžně používá i pro traťovou navigaci, bývá tento požadavek obvykle splněn především u dopravních letadel.

Rušení ILS

Základní výhodou ILS je poměrně velká odolnost proti atmosférickému rušení - VHF a UHF frekvence nejsou tolik ovlivněny meteorologickými jevy, jako třeba středovlnné NDB a rovněž použitý způsob modulace jedné nosné dvěma různými frekvencemi zaručuje odolnost proti meteorologickým jevům a různým podmínkám šíření vln ( při např. sněžení sice přijímáme v určité vzdálenosti slabší signál než při jasném počasí, ale obě modulace jsou sněžením zeslabeny stejně a proto se kursová nebo sestupová rovina neodchyluje - přijímač na palubě vždy vyhodnocuje jen poměr obou signálů modulací, ne jejich absolutní hodnotu ).

Poloha rovin je však závislá na směrovém diagramu antén, který je ovlivňován překážkami v okolí antény a ve směru šíření signálu. Výskyt interference signálů ILS závisí na celkovém okolí a charakteristikách antén ILS. Každý velký odrážející objekt, včetně provozních mechanismů nebo pevných objektů (např. staveb v prostoru vyzařování signálů) může potenciálně vyvolat interferenci na struktuře kursové nebo sestupové čáry (zvlnění kursové nebo sestupové čáry do nepřijatelných hodnot). Umístění a velikost odrážejících pevných objektů a staveb ve spojení se směrovými vlastnostmi antén určují staticky kvalitu struktury kursu nebo sestupu CAT I, II nebo III. Mobilní objekty, kterými se rozumí zejména pojíždějící letadla, mohou zhoršit tuto strukturu na nepřijatelné hodnoty. Prostory, ve kterých je možné takové ovlivnění je třeba definovat a určit. Pro účely zpracování kritérií ochranných prostorů se tyto dělí na dva typy - kritické prostory a citlivé prostory.

Kritické prostory sestupového majáku

Kritické prostory kursového majáku

a) Kritický prostor ILS je oblast definovaná rozměry v okolí antény kursového majáku a sestupového majáku, kde se nesmí mechanismy včetně letadel v době činnosti ILS vyskytovat vůbec. Kritické prostory jsou chráněny, protože výskyt vozidel nebo letadel uvnitř vyvolá nepřípustné zkreslení signálu ILS v prostoru.

b) Citlivý prostor ILS je oblast okolo kritického prostoru, kde je řízen pohyb a parkování vozidel a letadel pro zamezení možné nepřijatelné interference signálu ILS. Citlivé a kritické prostory ovlivňují polohu stop příček ( holding point CAT I vs. CAT II/ III ). Logicky pro CAT II/III musí být stop příčky dál od RWY právě z důvodů potřeby chránit citlivé prostory při přiblížení CAT II a III. Proto pilot bez souhlasu ATC nesmí použít autoland při „normálním“ provozu za CAT I. Logickým důvodem je to, že letadlo vyčkávající na holding point CAT I je v citlivém prostoru a tudíž může způsobit odrazy, jejichž vyhodnocení autopilotem v závěrečné fázi přiblížení může znamenat katastrofu. Interference ale může být také způsobena předcházejícím letadlem na přiblížení (electronic wake turbulence) a proto musí být za podmínek nízké dohlednosti (CAT II/III in use) větší rozstupy mezi letadly na přiblížení.

Kategorie ILS

Každý asi zná základní klasifikaci radionavigačních zařízení pro přesné přiblížení na přistání CAT I, II a III. Tyto kategorie jednak hrubě charakterizují přesnost systému, ale také určují možnosti jeho využití. Tyto charakteristiky nabírají obrovského významu zejména při špatné dráhové dohlednosti a nízké základně mraků, kdy zejména výška rozhodnutí pro daný systém musí umožňovat potřebnou vizuální referenci s RWY. Dále pak kategorie systému charakterizuje možnosti využití systému pro automatické vedení letadla při přiblížení na přistání i samotné přistání. Tyto základní kategorie, jejichž specifika jsou uvedena níže, jsou společná pro ILS i MLS.

Kategorie I:

Přesné přístrojové přiblížení na přistání s výškou rozhodnutí nad 200 ft (60m) a buď při dohlednosti nad 800 m nebo dráhové dohlednosti nad 550 m (přesná minimální hodnota dráhové dohlednosti závisí na vybavení dráhy světelnými návěstidly a může být proto vyšší než 550m – detaily naleznete na mapě IAP pro danou dráhu )

Kategorie II:

Přesné přístrojové přiblížení na přistání a přistání s výškou rozhodnutí pod 200 ft, ale nad 100 ft (30m) a při dráhové dohlednosti nad 350 m. Kategorie III A: Přesné přístrojové přiblížení na přistání a přistání:

a) s výškou rozhodnutí pod 100 ft nebo bez omezení výšky rozhodnutí a

b) při dráhové dohlednosti nad 200 m

Kategorie III B:

Přesné přístrojové přiblížení na přistání a přistání:

a) s výškou rozhodnutí pod 50 ft (15m) nebo bez omezení výšky rozhodnutí a

b) při dráhové dohlednosti pod 200 m, ale nad 50 m

Kategorie III C:

Přesné přístrojové přiblížení na přistání a přistání bez omezení výšky rozhodnutí a dráhové dohlednosti. Pozn. Výše uvedené výšky rozhodnutí se vztahují k samotnému radionavigačnímu prostředku, nikoliv ke konkrétnímu přiblížení. Pro pilota jsou směrodatné výšky publikované pro jednotlivé kategorie v mapách!

Shrnutí pozemního vybavení

Signál vysílaný anténním systémem kursového majáku vytváří složený vyzařovací diagram. Tento diagram obsahuje amplitudově modulované navigační tóny 90 Hz a 150 Hz, které představují kursový sektor, v němž převažuje hloubka modulace jednoho navigačního tónu na jedné, a druhého navigačního tónu na druhé straně od kursové čáry. Poloha letadla se tedy určuje porovnáním hloubek modulace tóny 90 Hz a 150 Hz, přičemž kursová čára je tam, kde je rozdíl hloubky modulace nulový. Ze strany přiblížení letadla k RWY směrem na kursový maják, převažuje vpravo hloubka modulace nosného kmitočtu navigačním tónem 150 Hz, vlevo hloubka modulace nosného kmitočtu navigačním tónem 90 Hz.

Signál vysílaný anténním systémem sestupového majáku taktéž vytváří složený vyzařovací diagram, obsahující amplitudově modulované navigační tóny 90 Hz a 150 Hz. Vysílaný signál vytváří ve svislé rovině, proložené osou příslušné RWY, přímou, klesající sestupovou čáru, přičemž hloubka modulace navigačního tónu 150 Hz převažuje pod a hloubka tónu 90 Hz nad sestupovou čárou do úhlu nejméně 1,75 θ (označení jmenovitého úhlu sestupové čáry). Sestupovou čárou (ILS Glide Path) se zde rozumí spojnice bodů o RHM = 0%, ležící ve svislé rovině proložené osou RWY, která je ze všech takových spojnic nejblíže vodorovné rovině. Provozně nejvýhodnější úhel sestupové čáry ILS je 3°. Úhly nad 3° by měly být použity pouze v případech, kdy požadavky na bezpečné převýšení nad překážkami nelze zajistit jiným způsobem. Každá instalace systému ILS zahrnuje nejméně dvě polohová návěstidla nebo zařízení DME.

Palubní indikace a navigace pomocí ILS

Indikace polohy na palubě letadla

Let s naváděním lokalizéru

Signál lokalizéru tedy umožňuje zobrazit na indikátoru v letadle polohu letadla vůči ose ( azimutální ) a následné navedení letadla do osy dráhy ( zde pozor - stejně jako u navigace VOR je poskytována informace o poloze letadla vůči poloze osy, nikoliv o kursu letadla vůči směru osy ). Ve výsledku je zobrazená informace o poloze obdobná jako u zařízení VOR, ale ILS poskytuje informaci jen o jednom konkrétním kursu ( tj. standardně osa dráhy ), zatímco při navigaci podle VOR lze požadovaný kurs – tzv. radiál – navolit. Informace z obou systémů je však pilotovi většinou zobrazována pomocí stejného palubního zařízení - to ale neznamená, že se jedná o stejný systém, jen grafická interpretace je shodná.

Indikace signálu lokalizéru ze systému ILS je několika způsoby odlišná od indikace signálu VORu:

• lokalizér navádí pouze na jeden pevně stanovený kurs - většinou prodlouženou osu dráhy, nebo stanovený směr přiblížení, který není totožný s osou dráhy ( Innsbruck ).
• kursová indikace je čtyřnásobně citlivější než při indikaci radiály VOR. Z toho důvodu musí být opravy kursu mnohem menší. Při indikaci VOR představuje každá tečka pod ručičkou odchylku 2° od požadovaného („točítkem“ OBS nastaveného) kursu. U lokalizéru ILS představuje každá tečka deviaci pouze o 0,5°.
• je automaticky ignorováno nastavení OBS (Omni Bearing Selector knob – „točítka“ pro navolení požadované radiály u VOR). OBS sice otáčí prstencem s vyznačenými kursy na přístroji, ale nijak neovlivňuje indikaci.

Jak je tedy indikace lokalizéru citlivá ?

• V oblasti Outer Markeru ( cca 4 NM od prahu ) představuje odchylka o jednu tečku od středové polohy asi 500ft ( 150 m ) od osy přiblížení.
• V oblasti Middle Markeru ( cca 0,7 NM od prahu ) představuje poloha indikátoru na první tečce deviaci přibližně 150ft ( 45 m ).

Odchylky od osy nad prahem RWY

Velikosti odchylek od osy nad prahem dráhy zobrazuje následující obr.17.

Jaká je činnost pilota při letu podle indikátoru ILS – bez použití autopilota , tj. pilot ručním řízením udržuje letadlo „usazené“ v obou osách po celou dobu přiblížení? Následující se vztahuje k udržení letadla v kursové rovině ( let podle glide slope bude probrán později).

• korekce na odchylky od požadovaného kursu přiblížení se provádějí ve směru vychýlení ručičky (indikátoru) - ručička udává polohu "osy" nebo "roviny" vůči letadlu, nikoliv obráceně

- je důležité „nehonit“ ručičku rychlým manévrováním, ale plynulou změnou kursu dosáhnout přibližování ručičky do nulové polohy

• včas stanovit správnou korekci na vítr – při bočním větru se nebude krýt údaj OBS ( kursu ILS ) se směrem, kterým letadlo letí ( heading ) a letadlo se musí včas a stále udržovat vychýlené proti směru větru

Jak již bylo řečeno, citlivost ručičky při sledování lokalizéru je čtyřikrát větší než u VOR. Jak tedy korigovat malou odchylku např. o půl stupně? „Kick it over“ - pomocí pedálů (rudder). Plynulým vyšlápnutím pedálu ( nebo vychýlením třetí osy joysticku) do směru do kterého chceme korekci provést, natočíme letadlo a bez uvedení do náklonu počkáme, až se odchylka srovná. Pak, nebo těsně předtím, pedál plynule srovnáme do neutrální nebo požadované polohy a pokračujeme v přiblížení. Při opravách kursu se nelze stoprocentně spolehnout na údaje magnetického ani jiného kompasu, protože letadlo na přiblížení ovlivňuje vítr, který jej vychyluje. Pro úpravu kursu např. jen o 1° je zbytečné ( a nepraktické ) provádět náklon letadla, protože nelze vyloučit další „rozhození“ polohy při „srovnání“ letadla na ose.

Let s naváděním Glide Slope

Zobrazení sestupové roviny je identické k indikaci lokalizéru. Na indikátoru ILS přibude vodorovná ručička - břevno indikující polohu správné sestupové roviny vůči poloze letadla. Jestliže se ručička sestupového majáku vychýlí ze středové polohy – nahoru nebo dolů – je potřeba manévrovat letadlo ve směru vychýlení.

Obr. 19: Zobrazení sestupové roviny

Sestupová rovina je standardně nastavena na 3° od horizontální roviny (měřeno vertikálně v ose dráhy), takže nad MM je výška přibližně 200ft a nad OM asi 1400ft nad výškou dráhy. Uvedené hodnoty výšek v těchto nebo i dalších bodech při sestupu jsou uvedeny na každé mapě IAP a je třeba je - nezávisle na indikaci přístroje NAV1 nebo HSI - manuálně zkontrolovat při průletu - nejméně nad markery (např. z důvodů možného zachycení falešné sestupové roviny).

Jak citlivý je glide slope? Je mnohem citlivější než lokalizér. Nad OM znamená každá tečka odchylku asi 50ft ve vertikálním směru od předepsané sestupové osy. Absolutní velikost odchylky ( na jednu tečku ) klesá při přibližování k prahu dráhy - na MM je to pouhých 8ft/tečku.

Pro udržení 3° sestupu je při provádění ručního přiblížení nezbytné znát rychlost klesání (rate of descent) a to pro jakoukoliv použitelnou ground speed. Zapamatujte si pravidlo, že „Pětinásobek ground speed v uzlech dává použitelnou hodnotu rate of descent ve ft/min“.Znalost správných čísel o rychlosti klesání však nezaručuje správné provedení přiblížení. Pilot totiž musí současně vědět, jak potřebnou rychlost klesání udržet.

Přiblížení tedy provádíme „in easy, error-free way“.

Letíme horizontálně a poté co zachytíme sestupovou osu (glide path), začínáme klesat a stabilizujeme rychlost klesání. Preferovaným způsobem zachycení glide path je „zespod“, t.j na začátku přiblížení letíme vedeni kursovým paprskem lokalizeru vodorovně a postupně se k letadlu začne shora „blížit“ sestupová rovina. Postup se používá ze dvou důvodů:

• zachycení skluzové roviny „shora“ totiž vyžaduje změnu z rychlosti klesání použitou pro zachycení na rychlost klesání pro držení sestupové roviny, což je mnohem složitější manévr než horizontální let a následné převedení do klesání definovanou rychlostí klesání,
• druhým důvodem je , že nad sestupovou rovinou se vyskytují falešné sestupové roviny (viz kap.1.2) a letadlo by mohlo zachytit chybný signál, který by jej naváděl na RWY pod vyšším (a - mimo jiné - nebezpečnějším) sestupovým úhlem.

Jak je tedy indikace glide-path citlivá ? - Plná výchylka břevna indikuje, že letadlo je 0.7° nad, nebo pod sestupovou rovinu. To platí pro jmenovitý sestupový úhel 3°. - Maximální bezpečná odchylka pod sestupovou rovinou – s ohledem na možné překážky - je polovina plné výchylky tj. břevno je 2.5 tečky „nahoru“ ( = 0.35° ). - POZOR: Za FAF dodržujte vždy GP - neleťte pod GP ! 16 VACC-CZ: Škola pilotů Základy radionavigace - ILS

Obr. 20: Palubní indikace sestupové roviny v závislosti na poloze letadla

Detail zobrazovacího zařízení s oběma ručičkami

2.3 Aiming point Vizuální pomůckou po ukončení přístrojového vedení letadla a při přechodu na visuální část přiblížení pro vedení letadla po správné sestupové rovině je tzv. aiming point. Aiming point je bod, kde by letadlo narazilo na RWY, pokud by pilot neprovedl podrovnání. Podstatou je nastavení rychlosti klesání tak, aby se zvolený aiming point nepohyboval nahoru a dolů, ale pouze se zvětšoval se zmenšující se vzdáleností. Pilot se soustředí na uvedený bod v okamžiku přechodu na vizuální vedení letadla a správné použití aiming pointu vede přímo k zamýšlenému bodu dotyku. V případě správné rychlosti klesání se zobrazená dráha při přiblížení téměř nepohybuje, jen se zvětšuje (viz obrázek). Jakýkoliv pohyb zamýšleného bodu dotyku „nahoru“ nebo „dolů“ znamená, že skutečný bod dosedu (touch down point) se bude lišit od původně zamýšleného – optimálního. Pro snazší pochopení slouží následující obr 22. 17 VACC-CZ: Škola pilotů Základy radionavigace - ILS

Ilustrace použití aiming pointu

Popis k obrázku 22: 1) Aiming point na žluté značce – výchozí stav. 2) Správná rychlost klesání – aiming point je stále na stejném místě na TDZ, pouze se dráha zvětšuje (přibližuje). 3) Aiming point se posouvá nahoru a znamená to, že rychlost klesání je příliš vysoká. 4) Aiming point se posouvá dolů. Přistání bude dlouhé a rychlost klesání je příliš nízká. Je důležité se soustředit na zamýšlený bod dotyku, nikoliv na práh dráhy. Mějte na paměti, že aiming point volíme tam, kam chceme opravdu přistát a to je touch down zone vyznačená na dráze. Pro správné využití aiming pointu je rovněž velmi důležité správně provádět korekce na vítr, jinak se bude aiming point posouvat doleva nebo doprava. 2.4 Jak na udržení sestupové roviny ? Throttle nebo pitch - ubrat plyn nebo potlačit? Je důležité se naučit správné ovládání letadla při letu po sestupové rovině. Je rozdíl při letu vrtulovým letadlem a letadlem s proudovými motory. V letadle s proudovými motory může uběhnout mnoho vteřin od okamžiku, kdy přidáme nebo ubereme plyn, do doby kdy se tato změna projeví. Při letu letadlem s proudovými motory proto upřednostňujeme udržení správné sestupové roviny pomocí korekce pitch (yoke – potlačení/přitažení), protože to vyvolá okamžitou reakci. Motory vrtulových letadel reagují na ovládání rychleji. Pokud se s vrtulovým letadlem odchylujete od sestupové roviny nahoru, velice jemně uberte plyn a zapamatujete si nastavení, které se zdá být optimální pro přesné udržení letadla na glide slope. Pokud se propadáte pod sestupovou rovinu, doporučuje se provést korekci jemným přitažením joysticku tak, aby se letadlo „rychle“ vrátilo na sestupovou osu a tam lehce zvýšit tah tak, aby letadlo drželo správnou rychlost klesání při nezměněné dopředné ( indikované ) rychlosti. Shrnutí: Ve vrtulových letounech ovládáme rychlost klesání pomocí throttle. Pokud jsme nepatrně nad, ubereme plyn. Pokud jsme pod sestupovou rovinou, vrátíme se na ni lehkým pohybem kniplu (beranů) – pomocí pitch a poté přenastavíme tah tak, abychom měli správnou rychlost klesání a na sestupové ose zůstali. V proudových letadlech, jelikož se vše děje mnohem rychleji a motory reagují pomaleji, držíme sestupovou rovinu pomocí pitch. Odchylka ručiček glide slope je na ilustracích přehnaná. Nedovolte jim uniknout takto daleko od středu. Tak, jako u ručičky lokalizéru správně reagujte již v okamžiku, kdy uvidíte, že se ručička odchyluje od středu. Vaším prvním úkolem je zastavit pohyb ručičky. U vrtulových letadel přenastavte výkon motorů tak, aby se pohyb 18 VACC-CZ: Škola pilotů Základy radionavigace - ILS ručičky zastavil. Až v okamžiku, kdy je ručička vychýlena, ale ustálena a už se dále nepohybuje provedeme nepatrnou korekci tak, aby se pomalu vrátila do středové polohy. Ve všech letadlech – pokud pilotujete manuálně – nezapomínejte na správné vyvážení (trim), které vám umožní citlivě řídit i jednoduchým joystickem – vyvažte jej na středovou polohu při správné dopředné i klesací rychlosti. Je důležité všechny korekce provádět pomalu a jemně. Silné a krátké výchylky kniplu znamenají celkové rozhození stability, kterou se celou dobu snažíme udržet. 2.5 Výška rozhodnutí Před prvním přiblížením ILS by pilot měl dobře rozumět pojmům DH/A, OCH/A a MDH/A, které již byly vysvětleny na foru VACC . Jen pro zopakování: Pro ILS přiblížení, jako druh přesného přístrojového přiblížení nás zajímá tzv. výška rozhodnutí (Decision Height). Je to nejmenší výška, do které může pilot klesat pouze za pomoci přístrojového vedení letadla. Nejpozději v této výšce musí pilot získat vizuální kontakt s RWY nebo světelnou přibližovací řadu a být schopen dalšího bezpečného vizuálního vedení letadla na přistání. Pokud nemá tyto takzvané vizuální reference, musí v této výšce nejpozději zahájit proceduru nezdařeného přiblížení. Pro VATSIM lze říci, že Decision Height je rovna publikované Obstacle Clearence Height (OCA), kterou najdete na všech mapách přesných přístrojových i přístrojových přiblížení. ILS je velice přesný systém a proto umožňuje malé výšky rozhodnutí, které se mimochodem vypočítávají z nejvyšších překážek „v určitých sektorech“ pod prostorem konečného přiblížení. 2.6 Výpočty Příklad 1: Vypočtěte výšku letadla nad elevací RWY, jestliže se nachází na 3° sestupové čáře ve vzdálenosti 3NM od prahu dráhy.

Obr. 23: Ilustrace zadání příkladu a) Následující výpočet je jednoduchý a může posloužit k hrubé kontrole výšky letadla: [vzdálenost od prahu dráhy (ve ft) + 1000ft] x sestupový úhel x 1/60 = výška (ft) ()[]ft962603100060803=×+× b) další alternativou (přesnější) je výpočet pomocí trigonometrie: Tangens (sestupového úhlu) x (vzdálenost od prahu RWY ve ft + 1000) = výška (ft) Tan 3° x [(3x6080)+1000] = 1008 ft 19 VACC-CZ: Škola pilotů Základy radionavigace - ILS Pozor: Je důležité mít na paměti, že hodnota vzdálenosti určená pomocí měřiče vzdáleností DME není vzdáleností k prahu dráhy v horizontální rovině, ale jde o vzdálenost šikmou. Výsledky tedy jsou pouze orientační a jako „správné“ hodnoty lze považovat jen ty, které jsou publikovány v přibližovacích mapách. Dále je rozdíl pokud známe vzdálenost k prahu dráhy a nebo k bodu dosedu. V druhém případě z výpočtu musíme vypustit 1000ft, které ke vzdálenosti od prahu dráhy přičítáme. Nejjednodušší a nejvíce nepřesným způsobem výpočtu výšky je přenásobení vzdálenosti od RWY hodnotou 300, čímž dostáváme značně nepřesnou výšku, ale celý výpočet je velmi rychlý. (např. 3NM x 300 = 900 ft) Příklad 2: Určete rychlost klesání letadla na 3° sestupové čáře, které má ground speed 175 kt. a) pomocí pravidla 1/60: Rychlost klesání (ft/min) = groundspeed (ft/min) x sestupový úhel x 1/60 min/887601603)6080175(ft=××× b) pomocí trigonometrie: Rychlost klesání (ft/min) = groundspeed (ft/min) x Tan (sestupového úhelu) min/9293606080175ftTan=°×× Pozn.: Nejjednodušším způsobem (a nejméně přesným) je vydělit groundspeed vyjádřený v uzlech dvěma a přidat jednu nulu. Tím dostaneme přibližnou rychlost klesání ve ft/min (např. ( 150kt /2 ) x 10 = 750 ft/min). Soubor „Rules of Thumb“ můžete najít na stránce http://www.flightinfo.com/rulesofthumb.asp 20 VACC-CZ: Škola pilotů Základy radionavigace - ILS

3. Back Course - Zpětný paprsek lokalizéru

Zjednodušený vyzařovací diagram kursového majáku v horizontální rovině

Jen pro úplnost se zmíníme o dalším možném využití kursového majáku systému ILS. Každá anténa totiž vyzařuje symetricky na obě strany a proto je možné využít signálu anténní řady kursového majáku i pro přiblížení z opačného směru. Přiblížení však má řadu odlišností a nelze je zaměnit s ILS přiblížením pro daný směr. Největší výhodou je to, že letiště nemusí nakupovat další vybavení a k používání zpětného paprsku pro přiblížení stačí jeho odzkoušení a certifikace. Jedná se tedy o alternativu přiblížení okruhem. Zpětného paprsku lze využít i při provádění procedury nezdařeného přiblížení nebo při odletu. Anténa lokalizéru vyzařuje ve směru opačném ke směru přiblížení a vytváří tak zpětný paprsek lokalizéru. Tuto skutečnost zobrazuje následující obrázek vyzařovacího diagramu lokalizéru (anténa se nachází uprostřed) – ve většině případů je však anténa odstíněna reflektorem, který zlepšuje vlastnosti ve směru ILS a naopak zhoršuje vlastnosti ve směru opačném, takže zde nejsou zajištěny výše uvedené hodnoty krytí.

Přiblížení s použitím zpětného paprsku je klasifikováno jako přístrojové přiblížení (nejedná se o přesné přiblížení, protože není k dispozici elektronická skluzová rovina). Je možné, že palubní přijímač při přiblížení s využitím zpětného paprsku zachytí signál sestupového majáku pro „normální“ směr přiblížení, ale takto získaná indikace je nespolehlivá a musí být ignorována. Přiblížení na „Zpětný kurs“ je tedy obdobou VOR přiblížení, ale má několik výhod: - Je čtyřikrát přesnější - Protože jsou antény lokalizéru před dráhou, navádí přímo na kurs dráhy a nemusí se kurs odchylovat od osy dráhy tak, jak je tomu u VOR přiblížení, kdy je VOR umístěn vedle dráhy. - Není potřeba žádného nastavení OBS a tudíž kurs nemůže být nastaven špatně. - Představuje jednodušší alternativu přiblížení okruhem. 21 VACC-CZ: Škola pilotů Základy radionavigace - ILS Největším problémem je, že na zpětném paprsku ukazuje ručička lokalizéru opačně. Je to dáno prohozením "žlutého" a "modrého" sektoru v oblasti přiblížení. Pokud tedy chce pilot provést korekci, nezatáčí ve směru vychýlení ručičky, ale proti němu. Nastavení autopilota pro "zpětný kurs" se provádí tlačítkem REV („reverse“). To převrátí vyhodnocení polohy a autopilot pak pro opravy kursu zatáčí proti směru výchylky ručičky. Toto bývá umožněno jen na recieveru NAV1. Uvedený jev – převrácení indikace - potlačuje návyky z přiblížení ILS a rovněž i proto je použití tzv. BackCourse přiblížení již v současnosti omezeno a většinou je nahrazeno NDB/GPS-DME přiblížením. Závěr: Toto pojednání o systému ILS je určeno všem leteckým enthusiastům, kteří si rádi vyzkouší létání v letovém simulátoru. Všechny civilní letové simulátory mají tento systém implementován, používají reálné frekvence převzaté ze skutečných letišť a celý průběh přiblížení se velice blíží realitě. Proto se domníváme, že každý virtuální pilot, který se této zábavě chce věnovat vážněji, by měl vědět o funkci systému více, než je popsáno v manuálech. Celý systém navádění na přistání pomocí radiového směrového a výškového paprsku s různými druhy modulace je čítankovým příkladem, jak jednoduchá, ale spolehlivá myšlenka přežije prakticky všechny ostatní navigační systémy a zároveň i efektivně konkuruje novým - často velmi sofistikovaným - řešením problémy vedení letadla při přiblížení. Přesto, že již před válkou bylo Kbelské letiště vybaveno předchůdcem ILSu a po válce byl na Pražské Ruzyni instalován mobilní systém pro dráhu 22 již v roce cca 1947 ( americký SCS-51 ) , stále chybí česky psaná souhrnná publikace a informace je nutno shánět z řady zdrojů, v některých případech i značně letitých. Tuto mezeru jsem chtěli poněkud zacelit - alespoň pro potřeby virtuálních pilotů . Věříme, že se nám podařilo shrnout v co možná nejstručnější formě poměrně obsažné informace, které vám pomohou v kariéře virtuálního pilota a doufáme, že se vám úvodní článek z plánované série „radionavigace pro virtuální piloty“ líbil. S pozdravem autoři: David Přibyla a Pavel Svoboda VACC-CZ Pozn.: Případné diskuze, náměty, kritiky, dojmy a otázky prosíme směřujte na forum www.vacc-cz.org. 22