El rango de radio de baja frecuencia , también conocido como rango de radio de cuatro cursos , rango de radio de cuatro cursos LF / MF , rango de radio AN , rango de radio Adcock , o comúnmente " el rango ", fue el principal sistema de navegación utilizado por las aeronaves para instrumento volando en las décadas de 1930 y 1940, hasta la llegada del rango omnidireccional VHF (VOR), a partir de finales de la década de 1940. Se utilizó para la navegación en ruta, así como para aproximaciones y retenciones por instrumentos . [1] [2] [3]
Basado en una red de torres de radio que transmitían señales de radio direccionales , el rango de radio definía vías aéreas específicas en el cielo. Los pilotos navegaron usando radio de baja frecuencia escuchando un flujo de códigos Morse automatizados "A" y "N" . Por ejemplo, girarían el avión hacia la derecha cuando escucharan una corriente "N" ("dah-dit, dah-dit, ..."), hacia la izquierda cuando escuchan una corriente "A" ("di-dah, di-dah, ... "), y vuele en línea recta mientras escucha un tono constante. [4]
A medida que el sistema VOR se introdujo gradualmente en todo el mundo, el rango de radio de baja frecuencia se eliminó gradualmente, desapareciendo en su mayoría en la década de 1970. Actualmente no quedan instalaciones operativas. En su despliegue máximo, había más de 400 estaciones que utilizaban exclusivamente el rango de radio de baja frecuencia solo en los EE. UU. Continentales. [5] [2]
Historia
Después de la Primera Guerra Mundial , la aviación comenzó a expandir su papel en el ámbito civil, comenzando con los vuelos por correo aéreo . Pronto se hizo evidente que para una entrega de correo confiable, así como para los vuelos de pasajeros que pronto seguirían, se necesitaba una solución para la navegación nocturna y con poca visibilidad. En los EE. UU. , Se construyó una red de balizas iluminadas , similar a los faros marítimos , para los pilotos de correo aéreo. Pero las balizas eran útiles sobre todo por la noche y con buen tiempo, mientras que en condiciones de poca visibilidad no se podían ver. Los científicos e ingenieros se dieron cuenta de que una solución de navegación por radio permitiría a los pilotos "ver" en todas las condiciones de vuelo, y decidieron que se necesitaba una red de rayos de radio direccionales. [6]
El 24 de septiembre de 1929, el entonces teniente (más tarde general) James H. "Jimmy" Doolittle , Ejército de los Estados Unidos, demostró el primer vuelo "ciego", realizado exclusivamente por referencia a instrumentos y sin visibilidad exterior, y demostró que el vuelo por instrumentos era factible. . [7] [8] Doolittle usó instrumentos giroscópicos recientemente desarrollados , indicador de actitud y girocompás, para ayudarlo a mantener la actitud y el rumbo de su aeronave , y un sistema de radio direccional especialmente diseñado para navegar hacia y desde el aeropuerto. [9] [nota 1] El equipo experimental de Doolittle fue construido especialmente para sus vuelos de demostración; Para que el vuelo instrumental fuera práctico, la tecnología tenía que ser fiable, fabricada en serie y desplegada ampliamente, tanto en tierra como en la flota de aviones. [6]
Había dos enfoques tecnológicos para los componentes de radionavegación terrestre y aérea, que se estaban evaluando a fines de la década de 1920 y principios de la de 1930.
En tierra, para obtener rayos de radio direccionales con un rumbo navegable bien definido, inicialmente se utilizaron antenas de bucle cruzado . Ford Motor Company desarrolló la primera aplicación comercialmente viable de un rango de radio de baja frecuencia basado en bucles instalándolo en sus campos de Dearborn y Chicago en 1926 y presentó la patente en 1928. [10] [11] Conceptos anteriores para el sistema se desarrollaron en Alemania en 1906 [12], que luego fueron experimentados por la Oficina de Normas y el Cuerpo de Señales del Ejército de los Estados Unidos a principios de la década de 1920. La tecnología fue rápidamente adoptada por el Departamento de Comercio de los Estados Unidos, quien estableció un rango de demostración el 30 de junio de 1928 [2] [6] y la primera serie de estaciones entró en servicio ese mismo año. [13] Pero el diseño de la antena de cuadro generó un exceso de ondas celestes polarizadas horizontalmente que podrían interferir con las señales, especialmente durante la noche. En 1932, el conjunto de antenas Adcock eliminó este problema al tener solo antenas verticales y se convirtió en la solución preferida. El Departamento de Comercio de Estados Unidos 's Aeronáutica Branch se refirió a la solución Adcock como el 'TL Antena'(para 'Línea de Transmisión') y no mencionó inicialmente el nombre de Adcock. [6] [14]
En el aire, también hubo dos diseños en competencia, provenientes de grupos de diferentes orígenes y necesidades. El Cuerpo de Señales del Ejército , que representa a los aviadores militares, prefirió una solución basada en un flujo de señales de navegación de audio, que se transmiten constantemente a los oídos de los pilotos a través de unos auriculares. Los pilotos civiles, por otro lado, que eran en su mayoría pilotos de correo aéreo que volaban a través del país para entregar el correo, sintieron que las señales de audio serían molestas y difíciles de usar en vuelos largos, y prefirieron una solución visual, con un indicador en el panel de instrumentos. [6]
Se desarrolló un indicador visual basado en lengüetas vibratorias, que proporcionaba un indicador simple de "girar de izquierda a derecha" montado en un panel. Era confiable, fácil de usar y más inmune a señales erróneas que el sistema basado en audio de la competencia. Los pilotos que habían volado con sistemas auditivos y visuales preferían fuertemente el tipo visual, según un informe publicado. [6] [15] Sin embargo, el gobierno de los Estados Unidos pasó por alto la solución basada en láminas y las señales de audio se convirtieron en estándar durante las próximas décadas. [6] [14]
En la década de 1930, la red de transmisores de radio de baja frecuencia basados en tierra, junto con receptores de radio AM a bordo asequibles, se convirtió en una parte vital del vuelo por instrumentos. Los transmisores de radio de baja frecuencia proporcionaron orientación de navegación a las aeronaves para operaciones en ruta y aproximaciones, en prácticamente todas las condiciones climáticas, lo que ayudó a hacer realidad los horarios de vuelo consistentes y confiables. [4]
El alcance de la radio se mantuvo como el principal sistema de navegación por radio en los EE. UU. Y otros países hasta que fue reemplazado gradualmente por la tecnología VOR basada en VHF muy mejorada , a partir de fines de la década de 1940. El VOR, que todavía se utiliza hoy en día, incluye un indicador visual de izquierda a derecha. [2] [14] [16] [17]
Tecnología
Suelo
El componente terrestre de radio de baja frecuencia consistía en una red de estaciones de transmisión de radio que estaban ubicadas estratégicamente en todo el país, a menudo cerca de aeropuertos más grandes, aproximadamente a 200 millas de distancia. Las primeras estaciones de baja frecuencia usaban antenas de bucle cruzado, pero los diseños posteriores de muchas estaciones usaban la matriz de antenas verticales Adcock para mejorar el rendimiento, especialmente de noche. [3] [6]
Cada estación de alcance de Adcock tenía cuatro torres de antena de 134 pies de altura (41 m) erigidas en las esquinas de un cuadrado de 425 × 425 pies, con una torre adicional opcional en el centro para transmisión de voz y localización . [3] [6] [14] Las estaciones emitieron radiación electromagnética direccional de 190 a 535 kHz y de 50 a 1500 vatios , en cuatro cuadrantes. [1] [18] [nota 2] La radiación de un par de cuadrantes opuestos se moduló (a una frecuencia de audio de 1.020 Hz ) con un código Morse para la letra A ( · - ), y el otro par con la letra N ( - · ). [nota 3] Las intersecciones entre los cuadrantes definieron cuatro líneas de rumbo que emanan de la estación transmisora, a lo largo de cuatro direcciones de la brújula, donde las señales A y N eran de igual intensidad, con sus códigos Morse combinados fusionándose en un tono de audio constante de 1.020 Hz. Estas líneas de rumbo (también llamadas "piernas"), donde solo se podía escuchar un tono, definían las vías respiratorias . [dieciséis]
Además de la señal de modulación A o N repetida , cada estación transmisora también transmitiría su identificador de código Morse (típicamente 2 o 3 letras) una vez cada treinta segundos para una identificación positiva. [19] La identificación de la estación se enviaría dos veces: primero en el par N de transmisores, luego en el A , para asegurar la cobertura en todos los cuadrantes. [3] [nota 4] Además, en algunas instalaciones las condiciones climáticas locales se transmitían periódicamente en voz sobre la frecuencia de rango, adelantándose a las señales de navegación, pero finalmente esto se hizo en la quinta torre central. [20] [nota 5]
El alcance de la radio de baja frecuencia estaba originalmente acompañado de balizas en las vías respiratorias , que se usaban como respaldo visual, especialmente para vuelos nocturnos. [4] A veces se incluían "balizas de señalización" (transmisores de radio VHF de baja potencia) como puntos de orientación suplementarios. [21]
Aire
Los receptores de radio aerotransportados, inicialmente simples equipos de modulación de amplitud (AM), se sintonizaron con la frecuencia de los transmisores terrestres de radio de baja frecuencia, y el audio en código Morse se detectó y amplificó en parlantes, generalmente en auriculares que usaban los pilotos. [4] Los pilotos escucharían constantemente la señal de audio e intentarían volar la aeronave a lo largo de las líneas de rumbo ("volar el rayo"), donde se escucharía un tono uniforme. Si la señal de una sola letra ( A o N ) se volviera audiblemente distinta, la aeronave se giraría según fuera necesario para que la modulación de las dos letras se superpusiera nuevamente, y el audio del código Morse se convertiría en un tono constante. [2] La región "en curso", donde A y N se fusionaron de forma audible, tenía aproximadamente 3 ° de ancho, lo que se traducía en un ancho de curso de ± 2,6 millas cuando se encontraba a 100 millas de la estación. [4]
Los pilotos tenían que verificar que estaban sintonizados en la frecuencia correcta de la estación de alcance comparando su identificador de código Morse con el publicado en sus cartas de navegación. También verificarían que volaban hacia o lejos de la estación, determinando si el nivel de la señal (es decir, el volumen del tono audible) se estaba volviendo más fuerte o más débil. [4]
Se acerca y se mantiene
Los segmentos de aproximación final de aproximaciones por instrumentos de radio de baja frecuencia normalmente volaban cerca de la estación de alcance, lo que aseguraba una mayor precisión. Cuando la aeronave estuvo sobre la estación, la señal de audio desapareció, ya que no había señal de modulación directamente sobre las torres de transmisión. Esta zona tranquila, llamada " cono de silencio ", significaba para los pilotos que la aeronave estaba directamente sobre la estación, sirviendo como un punto de referencia en tierra positivo para el procedimiento de aproximación. [2] [4]
En un procedimiento típico de aproximación por instrumentos de radio de baja frecuencia, la aproximación final comenzaría sobre la estación de alcance, con un giro a un rumbo específico. El piloto descendería a una altitud mínima de descenso especificada (MDA), y si el aeropuerto no estuviera a la vista dentro de un tiempo específico (basado en la velocidad respecto al suelo ), se iniciaría un procedimiento de aproximación frustrada. En el procedimiento de aproximación por radio de baja frecuencia de Joliet, IL representado , la altitud mínima de descenso podría ser tan baja como 300 pies AGL , y la visibilidad mínima requerida de una milla, dependiendo del tipo de aeronave. [21] [22]
El alcance de radio de baja frecuencia también permitió que el control de tráfico aéreo instruyera a los pilotos para ingresar a un patrón de espera "en el haz", es decir, en uno de los tramos de baja frecuencia, con el punto de espera (punto de inflexión clave) sobre la radio de baja frecuencia estación, en el cono del silencio o sobre uno de los marcadores del ventilador. Las bodegas se utilizaron durante la parte en ruta de un vuelo o como parte del procedimiento de aproximación cerca de la terminal del aeropuerto. Las retenciones de radio de baja frecuencia fueron más precisas que las retenciones de balizas no direccionales (NDB), ya que los cursos de retención de NDB se basan en la precisión de la brújula magnética a bordo , mientras que la retención de radio de baja frecuencia fue tan precisa como la de baja frecuencia tramo de radio, con un ancho de rumbo aproximado de 3 °. [3]
Balizas no direccionales
Desde su inicio a principios de la década de 1930, la radio de baja frecuencia se amplió con balizas no direccionales (NDB) de baja frecuencia . Si bien la radio de baja frecuencia requería una instalación terrestre compleja y solo un receptor AM simple a bordo de la aeronave, las instalaciones terrestres de NDB eran transmisores simples de antena única que requerían equipos algo más complejos a bordo de la aeronave. El patrón de emisión de radio del NDB fue uniforme en todas las direcciones en el plano horizontal . El receptor de a bordo del NDB se llamaba radiogoniómetro (RDF). La combinación NDB-RDF permitió a los pilotos determinar la dirección de la estación terrestre NDB en relación con la dirección que apuntaba el avión. Cuando se usa junto con la brújula magnética a bordo , el piloto puede navegar hacia o desde la estación a lo largo de cualquier rumbo elegido que irradia desde la estación.
Los primeros receptores RDF eran costosos, voluminosos y difíciles de operar, pero la instalación en tierra más simple y menos costosa permitió la fácil adición de puntos de referencia y enfoques basados en NDB , para complementar el sistema de radio de baja frecuencia. [4] Los receptores RDF modernos, llamados "radiogoniómetros automáticos" (o "ADF") son pequeños, de bajo costo y fáciles de operar. El sistema NDB-ADF permanece hoy como complemento y respaldo de los sistemas de navegación GPS y VOR más nuevos , aunque se está eliminando gradualmente. [23] [24] Todas las preguntas sobre el funcionamiento de NDB / ADF se eliminaron de los materiales de prueba de certificación piloto de la FAA antes de octubre de 2017. [25]
Limitaciones
Aunque el sistema de radio de baja frecuencia se utilizó durante décadas como el principal método de navegación aeronáutica durante vuelos nocturnos y con baja visibilidad , tenía algunas limitaciones e inconvenientes bien conocidos. Los pilotos tenían que escuchar las señales, a menudo durante horas, a través de los auriculares de primera generación del día. Las líneas de rumbo, que eran el resultado de un equilibrio entre los patrones de radiación de diferentes transmisores, fluctuarían dependiendo de las condiciones climáticas, la vegetación o la capa de nieve cerca de la estación, e incluso el ángulo de la antena del receptor aéreo . En algunas condiciones, las señales del cuadrante A "saltarían" al cuadrante N (o viceversa), provocando un falso "curso virtual" lejos de cualquier línea de curso real. Además, las tormentas eléctricas y otras perturbaciones atmosféricas crearían interferencias electromagnéticas para interrumpir las señales de alcance y producirían crepitaciones "estáticas" en los auriculares de los pilotos. [20]
Reemplazo por VOR
El sistema de navegación por radio de baja frecuencia requería, como mínimo, solo un simple receptor de radio AM a bordo de la aeronave para navegar con precisión por las vías respiratorias en condiciones meteorológicas de instrumentos , e incluso ejecutar una aproximación por instrumentos a mínimos bajos. [nota 7] Sin embargo, en el lado negativo, solo tenía cuatro direcciones de rumbo por estación, era sensible a la atmósfera y otros tipos de interferencias y aberraciones, y requería que los pilotos escucharan durante horas un molesto y monótono pitido o una débil corriente de Morse. códigos, a menudo incrustados en segundo plano "estático" . Su eventual reemplazo, el sistema de navegación VOR de banda VHF , tuvo muchas ventajas. El VOR era virtualmente inmune a las interferencias, tenía 360 direcciones de rumbo disponibles, tenía una pantalla visual "en ruta" (sin necesidad de escuchar) y era mucho más fácil de usar. [17] En consecuencia, cuando el sistema VOR estuvo disponible a principios de la década de 1950, su aceptación fue rápida y, en una década, la radio de baja frecuencia se eliminó en su mayoría. El VOR en sí mismo se está eliminando gradualmente hoy en día a favor del Sistema de Posicionamiento Global (GPS) muy superior . [14] [24]
Sonidos
Los siguientes son sonidos simulados para la radio de baja frecuencia de Silver Lake . La estación de alcance, ubicada a unas 10 millas al norte de Baker, California, se adelantaría a las señales de navegación cada 30 segundos para transmitir su identificador de código Morse ("RL"). La identificación de la estación se escucharía una o dos veces, posiblemente con diferentes amplitudes relativas, dependiendo de la ubicación de la aeronave. [3] Los pilotos escuchaban y navegaban por estos sonidos durante horas mientras volaban. [2] [4] Los sonidos reales contenían "estática" , interferencias y otras distorsiones, no reproducidas por la simulación. [4] El ajuste del volumen afectaría el ancho efectivo del campo. [3] Por ejemplo, en el sonido simulado para "crepúsculo" A a continuación, donde el avión está casi en el haz pero ligeramente dentro del cuadrante A , un volumen bajo casi oscurece el sonido A débil , mientras que uno fuerte lo hace más distintivo. .
(Consulte Wikipedia: ayuda multimedia si tiene problemas para reproducir estos archivos de sonido).
Notas
- ↑ Doolittle también usó uninstrumentoestándar de giro y ladeo que era relativamente común en el momento de su vuelo. [9]
- ^ De acuerdo con los estándares internacionales , la banda de frecuencia por debajo de 300 kHz es " Baja frecuencia " y por encima de " Frecuencia media ". Dado que las frecuencias LFR "se extendían a ambos lados" de la línea divisoria entre las dos bandas, técnicamente se las llamaba estaciones de "rango de radio de baja frecuencia / frecuencia media (LF / MF)".
- ↑ En los EE. UU., El cuadrante que incluía el radial norte verdadero se designó como N (si un tramo de rumbo estaba exactamente en el norte verdadero, entonces el cuadrante noroeste se convirtió en N ); en Canadá, N fue el cuadrante que incluyó el radial verdadero de 045 °. [3]
- ^ Dado que la identificación de la estación se transmitió en secuencia, primero en lospares de antenas N y luego en A , el piloto la escucharía una o dos veces, posiblemente con diferentes amplitudes relativas, según la ubicación de la aeronave. Por ejemplo, se escuchará dos veces cuando esté en la viga y solo una vez cuando esté dentro de un cuadrante. [3]
- ^ Los pilotos tenían que solicitar detener el informe meteorológico si estaban utilizando el LFR para una aproximación. [3]
- ^ Cada 30 segundos, el identificador de código Morse de la estación Silver Lake, "di-dah-dit di-dah-di-dit" (RL), se adelantaría a las señales de navegación.
- ^ Aún se necesitarían instrumentos de vuelo básicos.
Ver también
- SCR-277
Referencias
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Otras lecturas
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( ayuda ) - Conway, Erik M. (2006). Aterrizajes a ciegas: operaciones de baja visibilidad en la aviación estadounidense, 1918-1958 . Prensa JHU. ISBN 0-8018-8449-7.
- "Entrevista con James H. Doolittle" (PDF) . Universidad de Colombia. Archivado desde el original (PDF) el 15 de enero de 2010 . Consultado el 2 de agosto de 2009 .
- "Alcance de radio visual-auditivo" . Museo de las vías aéreas . Consultado el 19 de mayo de 2010 .
enlaces externos
- Flying the Beams, Historia de la gama de radio de baja frecuencia (con mapas)
- Enfoque de radio de baja frecuencia de Fort Chimo, Quebec
- El sistema de rango de Adcock
- Videoclip que explica la radio de baja frecuencia