Un poco de historia

Transcurridos pocos años desde el primer vuelo realizado por los hermanos Wright en diciembre de 1903, y con los primeros pasos de la aviación comercial, empezó a sentirse la necesidad de disponer de sistemas que permitiesen volar en condiciones meteorológicas adversas y de esta forma aprovechar la ventaja de velocidad que tenían los aviones.

El rápido desarrollo que durante los primeros años del siglo XX tuvieron los sistemas de radiodifusión, permitió la puesta en marcha de los primeros sistemas de radionavegación.

En el año 1907 se concede en Alemania una patente a Otto Scheller, director técnico de la compañía C. Lorenz (más tarde Standard Elektrik Lorenz), para un sistema de radionavegación direccional. Este sistema estaba formado por dos transmisores direccionales transmitiendo en la misma frecuencia y con la misma potencia, pero con las antenas colocadas formando un cierto ángulo una respecto a la otra y emitiendo señales de forma alternativa. Eligiendo adecuadamente el ángulo entre las antenas, se produce una línea de igual intensidad de señal (equiseñal) en el corte de los dos diagramas de radiación. Si las señales emitidas eran rayas cortas para un transmisor y rayas largas para el otro, un receptor situado en la línea de igual señal recibiría un tono continuo. Al desplazarse de esa línea predominaría la señal de uno de los transmisores dependiendo de a que lado se encontrase el receptor.

En el año 1919 en Estados Unidos, F. H. Engel y F. Dunmore utilizaron el principio de “zona de equiseñal” para realizar una prueba de vuelo alineado con la pista. Los transmisores radiaban en la frecuencia de 300 Khz. y las señales de manipulación consistían en las letras “A” (.-) y “N” (-.) en código Morse.

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Durante la década de 1920 pueden encontrarse diversos artículos en Europa y América describiendo sistemas experimentales de “aterrizaje automático”.

Bajo la responsabilidad de la Oficina de Normas del Departamento de Comercio de Estados Unidos y con el apoyo de la Fundación Guggenhein, durante el año 1929 se instaló en Mitchel Field un localizador consistente en un sistema equiseñal alineado con el eje de la pista, en el que se habían añadido a las letras en código Morse dos señales de modulación de frecuencias establecidas en 65 Hz y 86.7 Hz, y una radiobaliza de baja potencia para señalar el punto a partir del cual podía iniciarse el descenso seguro a la pista.

Para las pruebas en vuelo se utilizó un avión biplano de entrenamiento Consolidated PT-3 equipado con tres instrumentos especiales: un horizonte artificial, un giróscopo y un altimetro barométrico graduado en intervalos de 3 m. Ademas se instaló el receptor del localizador cuyas emisiones se mostraban por medio de dos lengüetas vibrantes mecánicamente ajustadas a las frecuencias de modulación de la estación de tierra y manipuladas por pequeños electroimanes conectados al circuito de salida del receptor.

Cuando se recibían las señales del localizador, las lengüetas vibraban con una amplitud proporcional a la intensidad de las señales recibidas. Cuando se volaba en la prolongación del eje de pista (curso) las vibraciones de las dos lengüetas tenían igual amplitud. Al desplazarse del curso, vibraba con mayor amplitud la lengüeta ajustada a la frecuencia que predominaba en ese lado.

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El 24 de septiembre de 1929, el Teniente James Doolittle realizó en este avión una serie de aterrizajes sentado en el asiento trasero con la cabina completamente cubierta y guiándose exclusivamente con los instrumentos de abordo. Había comenzado el aterrizaje instrumental.

James Doolittle después de uno de sus vuelos

Representación artística de un vuelo de pruebas

 

Estos trabajos iniciales dieron un nuevo impulso a la investigación en Europa. Así en el año 1932 el Dr. Ernst Kramer de Lorenz patentó un sistema combinado de localizador (información de azimut) y senda de planeo (información de elevación) verticalmente polarizado que operaba en la frecuencia de 33.3 Mhz. En el localizador, instalado en el extremo de la pista y de tipo equiseñal, la portadora estaba modulada por una señal de 1.150 Hz que se manipulaba con las letras “E” ( . ) y “T” ( - ) en código Morse. Además de la información acústica, en el panel de instrumentos del avión se introdujo una indicación visual de la posición respecto al eje de pista por medio de una aguja.

La senda de planeo era del tipo “intensidad constante” y originalmente consistía en el borde inferior del lóbulo formado por la superposición de los diagramas del localizador. El piloto tenía que seguir la trayectoria determinada por los puntos del espacio en los que detectaba una intensidad constante indicada en un instrumento.

Durante el invierno del año 1932-33 Lufthansa realizó varios vuelos de prueba utilizando este sistema instalado en el aeropuerto de Berlin – Tempelhof.

Con el fin de mejorar la información de la trayectoria de planeo, en 1937 la compañía Lorenz dio forma a una patente del Dr. Kramar consistente en un transmisor en UHF conectado a dos antenas colocadas una encima de la otra y que radiaban alternativamente. De esta forma se generaban en el espacio dos lóbulos cuya intersección formaba un haz en la trayectoria de descenso de 3 ° . Esta era la senda de planeo equiseñal que se reinventó en Estados Unidos en 1940.

En Estados Unidos se probaron distintas versiones entre los años 1931 a 1937. En la figura siguiente puede verse el esquema de un sistema que estaba formado por un transmisor como localizador en la frecuencia de 300 Khz. y otro como senda de planeo de intensidad constante a 93.7 Mhz. A este sistema instalado en varios aeropuertos de Estados Unidos y Europa se le encontraron grandes limitaciones debido principalmente a problemas por reflexiones.

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En el año 1938 se desarrollo otro sistema de aterrizaje sin visibilidad por Irving Metcalf de la Oficina de Comercio Aéreo de Estados Unidos con el apoyo del Massachusetts Institute of Technology. Este tipo de sistema de aterrizaje por instrumentos basaba en un transmisor situado en el aeropuerto que producía un blanco en una pantalla de rayos catódicos situada en la aeronave. También se presentaban en la pantalla otros blancos que se obtenían de un giróscopo direccional y de un horizonte artificial. Así, al aproximarse el avión a tierra, la pantalla presentaba el cambio aparente de posición del transmisor con respecto al horizonte. Tras las primeras pruebas, este sistema fue abandonado.

También en 1938, Lorenz junto con la International Telephon and Telegraph (ITT) inició un proyecto, financiado por la Civil Aviation Administration (CAA) de Estados Unidos, para desarrollar un sistema formado por un localizador horizontalmente polarizado radiando en la frecuencia de 110 Mhz, una senda de planeo de intensidad constante a 93,9 Mhz que proporcionaba una trayectoria de decenso de tipo parábola y una radiobaliza de 75 Mhz. En este sistema ya se habian adoptado las frecuencias de 90 Hz y 150 Hz para los tonos que, por medio de un modulador mecánico consistente en dos ruedas con 3 y 5 álabes respectivamente y que giraban movidas por un motor sincrono, modulaban a la portadora. En 1939 el sistema se completó con supervisión y control remoto y se instaló en el aeropuerto de Indianapolis, llevandose a cabo un programa de pruebas con un Boeing 247-D equipado con receptores y registradores para evaluar las señales. El localizador y las radiobalizas eran en principio iguales a las utilizadas hoy en día.

Alentados por los resultados obtenidos con la senda de planeo de intensidad constante, la CAA llegó a un acuerdo con ITT para desarrollar un sistema de senda de planeo equiseñal en la frecuencia de 330 Mhz consiguiendolo en 1941.

En esta Senda de Planeo equiseñal, la portadora de 330 Mhz se separaba en dos canales cada uno de los cuales se modulaba con un tono de 90 Hz o de 150 Hz. El sistema radiante estaba formado por dos antenas montadas en un mástil vertical. La antena inferior se colocaba a una altura de 1.8 m del suelo y se alimentaba con la señal modulada con 90 Hz, la antena superior estaba a aproximadamente 8 m del suelo y se alimentaba con la señal modulada con 150 Hz.

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Utilizando la reflexión en el terreno se producian dos diagramas de radiación de tal forma que, modificando las alturas y las amplitudes de las señales que alimentaban a las antenas, se variaban estos diagramas para obtener una linea de puntos de equiseñal en el ángulo de la trayectoria de descenso. Por debajo de la trayectoria predominaba la señal de 150 Hz y por encima la de 90 Hz.

Durante los años de la II Guerra Mundial, se realizaron diversos desarrollos de sistemas militares portatiles basados en el sistema civil de ITT.

También hubo otros desarrollos como el realizado por Sperry en Estados Unidos y consistente en un localizador y senda de planeo equiseñal en la frecuencia de 3000 Mhz.

Finalmente en el año 1943 se tomó una decisión para estandarizar un sistema de aterrizaje por instrumentos (ILS: Instrument Landing System) y la opción seleccionada fue la presentada por ITT trabajando en VHF y UHF y denominada SCS-51.

El SCS-51, como el sistema de Lorenz, estaba basado en una radiación en VHF formada por dos diagramas de onda continua (CW: continous wave) que se superponian y formaban un haz en acimut conocido como Localizador (LLZ). Había otra segunda radiación en UHF formada por otros dos diagramas que formaban un haz en el plano vertical llamado Senda de Planeo (GP). Por tanto el ILS no solo proporcionaba información de guiado acimutal, sino que también daba información de guiado en la trayectoria de descenso. La diferencia básica entre el ILS y el sistema de Lorenz era que sus dos diagramas estaban polarizados horizontalmente y modulados por tonos en vez de manipulados con señales Morse. El ILS tenía la ventaja de dar una indicación del grado de divergencia respecto al eje en vez de solo indicar si el avión se encontraba a un lado o a otro del eje como hacían los primeros sistemas.

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En 1944 mientras en Gran Bretaña se realizaban pruebas con un prototipo de SCS-51, se modificaba un sistema de radar Rebecca-Eureka para convertirlo en un Equipo Medidor de Distancias (DME :Distance Measuring Equipment).

Al final de la II Guerra Mundial se realizaron esfuerzos para adaptar las experiencias y equipos desarrollados en el campo militar a un uso civil. Fruto de estos trabajos el ILS se convirtió en el sistema normalizado de aterrizaje por instrumentos cuando se celebró la reunión de la Organización de Aviación Civil Internacional (OACI) en Chicago en el año 1946. incluyéndolo en su Anexo 10 al Convenio sobre Aviación Civil Internacional titulado “Telecomunicaciones Aeronáuticas”.

Desde entonces los principios básicos de funcionamiento del ILS no se han modificado, si bien se han realizado grandes avances tanto en la electrónica de los equipos que generan las señales como en los sistemas de antenas utilizados para generar los diagramas de radiación.

Y así este sistema cuyos antecedentes empezaron a establecerse hace más de 70 años, sigue operativo en los aeropuertos de todo el mundo posibilitando que las más modernas aeronaves realicen aproximaciones y aterrizajes seguros y fiables en cualquier condición meteorológica.

Navegárea 08/2005
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