هواپیماها چطور در شرایط آب و هوایی بد مثل مه،غبار و …. دقیقا در ابتدای باند فرود می آیند؟

ILS چیست و چگونه کار می کند؟

شاید تا بحال این سوال برایتان پیش آمده باشد که هواپیماها چگونه در شرایط بد آب و هوایی و دید کم(مه، غبار و … موفق به پیدا کردن مسیر درست برای فرود ایمن میشوند؟ یا اصلا چطور میشه که هواپیما دقیقا در مسیر درست و وسط باند فرود می آید؟ جواب این سوال، سیستمی به نام ILS است.  اما ILS چیست و چگونه کار می کند؟؟ ILS به زبان ساده به سیستمی گفته می شود که به خلبان ها امکان فرودی ایمن(حتی در شرایطی که باند فرود برای آنها به خوبی قابل روئیت نیست) را از طریق ارسال امواج رادیویی می دهد. تاریخ اولین آزمایش و تست سامانه ILS  به سال ۱۹۲۹ میلادی باز میگردد. پس از آن و در سال ۱۹۴۱میلادی, اداره هوانوردی غیر نظامی CAA مجوز استفاده از سیستم ILS  در ۶ منطقه را صادر نمود.  همچنین اولین فرود برنامه ریزی شده با استفاده از سامانه ILS به پرواز یک فروند هواپیمای مسافربری Boeing ۷۴۲-D  متعلق به شرکت هواپیمایی Pennsylvania Central Airlines  آمریکا به تاریخ ۲۶ ژانویه ۱۹۳۸ اختصاص دارد, این پرواز از مقصد شهر Washington D.C به سمت Pittsburgh  انجام گردید و با توجه به شرایط آب و هوایی برفی و مه آلود آن زمان, این هواپیما تنها با استفاده از سیستم ILS  توانست بصورت کاملا ایمن فرود آید. همچنین اولین فرود تمام اتوماتیک و خودکار با استفاده از ILS  برای اولین بار در ماه مارس سال ۱۹۶۴ و در فرودگاه Bedford انگلستان انجام گردید.

سابقه پیدایش روش‌های مختلف جهت راهنمایی کشتی‌ها و هواپیماها را کم و بیش می‌دانیم. در صنعت هوانوردی از شیوه‌های گوناگونی جهت بوجود آوردن مسیرهای هوایی استفاده می‌گردد که البته این شیوه‌ها بنا به نوع دستگاه‌هایی که در آن استفاده می‌شود، گوناگون هستند و سرویسی هم که از طریق مراقبت پرواز (کنترل ترافیک هوایی) در این مسیرها داده می‌شود، متفاوت می‌باشد. اما زمانی‌که یک پرواز مسیر خود را طی نموده است، (معمولاً) جهت راهنمایی به سمت فرودگاه مقصد و نشستن در آن فرودگاه نیازمند دستگاه‌هابی می‌باشد که وی را به سمت باند هدایت نماید؛ دستگاه‌هایی که می‌توانند وی را – بالاخص در شرایط بد آب و هوایی – تا ارتفاع و فاصله نزدیکی از سطح باند فرودگاه راهنمایی نمایند. یکی از مهم‌ترین و متداول‌ترین دستگاه‌هایی که امروزه در سراسر جهان برای نشستن هواپیما در فرودگاه‌های پرترافیک از آن استفاده می‌شود، سیستم نشستن بوسیله دستگاه، ILS می‌باشد.

بر اساس اطلاعات بدست آمده اولین دستگاه ILS برای انجام تست‌های اولیه در فرودگاه ایندیانا پلیس در سال ۱۹۴۰ میلادی نصب شده است. تا به امروز راه حل‌های دیگری نیز برای نشستن هواپـیماها – مانـند سیـستم نشستن بوسیـله امـواج بسـیار کوتـاه رادیـویی یا ( MLS : Microwave Landing System ) – اختراع شده و تکامل یافته اند؛ همچنین سیستم‌های ماهواره‌ایِ منطبق برسیستمِ موقعیت‌یابیِ جهانی (GPS : Global Positioning System) نیز برای آیـنده در حال برنـامه‌ریزی و طراحی می‌باشند؛ اما امروزه از ILS برای ۹۹% از طرح‌های تقرب دقیق و استاندارد (Standard Precision Approach) در سراسر جهان استفاده می‌گردد. یک سیستم ILS می‌تواند فقط برای یک باند، طرح تقرب دقیق (PA : Precision APP) ارایه دهد؛ ILS دارای دو سیستم مجزاست؛ یکی هواپیما را بصورت عرضی(از یک طرف به طرف دیگر) و دیگری بصورت عمودی (از بالا به پائین) راهنمایی می‌کند (مانند یک قیف مکعب شکل)

ILS از دو بخش اصلی به نامهای Localizer و Glide Slope  تشکیل شده است، البته سازمان هوانوردی فدرال FAA تقسیم بندی ای در این مورد انجام داده که به نظر دقیق تر و کامل تر می رسد.

• اطلاعات راهبری (Guidance information)
که توسط فرستنده های Localizer و Glide Slope تامین میشود.
• اطلاعات مسافتی (Range information)
این اطلاعت توسط فرستنده های Marker Beacon بدست می آیند.
• اطلاعات دیداری (Visual information)
این اطلاعات توسط چراغ های تقرب، باند فرود، محل فرود و خط وسط باند  (Runway Lights) تامین می شوند.
حال هر کدام از این ابزار ها را با زبانی ساده تر شرح می دهیم.

Localizer
وظیفه آنتن Localizer، ارسال سیگنال هایی به صورت افقی جهت قرارگیری هواپیما در وسط باند فرود می باشد. برای این منظور با ارسال سیگنال ۱۵۰ هرتز در امتداد سمت راست و ارسال سیگنال ۹۰ هرتز در امتداد سمت چپ باند فرود، از انحراف هواپیما به سمت چپ یا راست باند جلوگیری می کند. ضمنا فرکانس سیگنال های ارسالی بر روی باند VHF می باشد. در شکل زیر نمونه ای از فرستنده های زمینی Localizer و نحوه قرارگیری آنها در انتهای باند فرود و نحوه ارسال سیگنالها را مشاهده می کنید. اما سیگنالهای ایستگاه زمینی Localizer پس از دریافت توسط هواپیما توسط نمایشگر به نمایش درمی آید. بدین صورت که اگر هواپیما در امتداد خط وسط باند قرار داشته باشد، CDI هیچگونه اختلافی را نشان نمی دهد و اگر هواپیما در سمت راست خط وسط باند قرار داشته باشد، یک انحراف را در سمت چپ CDI و همچنین اگر هواپیما در سمت چپ خط وسط باند قرار داشته باشد، یک انحراف در سمت راست CDI مشاهده می شود.تصویر زیر بیانگر حالات گفته شده می باشد.

Glide Slope
وظیفه آنتن های Glide Slope، ارسال سیگنال هایی برای راهنمایی خلبان جهت فرود با شیب مناسب بر روی باند فرود می باشد. بدین منظور با ارسال سیگنال ۱۵۰ هرتز در پایین محدوده شیب صحیح فرود و ۹۰ هرتز در بالای آن، به خلبان جهت پایین آمدن بر روی شیب صحیح فرود و نشستن در ابتدای باند کمک میکند. فرکانس سیگنالهای ارسالی بر روی باند UHF می باشد. در شکل زیر نمونه ای از فرستنده های زمینی Glide Slope و نحوه قرارگیری آنها و همچنین نحوه ارسال سیگنالها را مشاهده میکنید. سیگنالهای دریافتی ایستگاه زمینی Glide Slope نیز بر روی نشانگر CDI نمایش داده می شود. بدین صورت که اگر هواپیما بر روی شیب صحیح فرود باشد، نشانگر CDI در وسط باقی می ماند و اگر هواپیما بالاتر از شیب صحیح فرود۳ درجه باشد، انحرافی به سمت پایین و همچنین اگر هواپیما پایین تر از شیب صحیح فرود باشد، انحرافی به سمت بالا بر روی CDI نمایش داده می شود.

Marker Beacon
یکی دیگر از آنتن هایی که اطلاعات مسافتی را از زمین برای هواپیما ها ارسال میکند، Marker Beacon  می باشد، بدین صورت که با ارسال سیگنال ۷۵ هرتز به صورت عمودی و مخروطی شکل توسط یک آنتن در فاصله ۸ کیلومتری باند فرود موسوم به Outer Marker(OM)، یک آنتن در فاصله ۱ کیلومتری موسوم به Middle Marker(MM)، و یک آنتن در فاصله ۵۰۰ متری از باند فرود موسوم به Inner Marker(IM)، فاصله هواپیما را تا ابتدای باند فرود برای هواپیماها مخابره میکند. در شکل زیر نمونه ای از این آنتن ها و همچنین نحوه ارسال سیگنال توسط آنتنهای MB را مشاهده می کنید. اما سیگنال های ارسالی از فرستنده MB پس از دریافت، توسط چراغ های داخل کابین و یک بوق هشدار به خلبان اعلام می شود. بدین صورت که چراغ آبی رنگ برای OM، چراغ زرد رنگ برای MM و چراغ سفید رنگ برای IM روشن خواهد شد. در تصویر زیر نمونه ای از آنتنهای نصب شده Marker Beacon بر روی هواپیما و پنل چراغ های هشداردهنده داخل کابین را مشاهده می کنید.

Runway Lights
به هنگام تقرب و نزدیک شدن به باند فرود در هنگام شب و در شرایط بد آب و هوایی که باند برای خلبان قابل روئیت نمی باشد، از چراغهایی موسوم به Runway Lights بر روی باند استفاده شده که توسط آنها محدوده تقرب، ابتدای باند، محدوده باند و خط وسط باندمشخص می گردد.در زیر نمونه ای از این چراغها را در شب و در شرایط دید کم ملاحظه میکنید