Sistema de aterrizaje instrumental

El sistema de aterrizaje instrumental (o ILS, del inglés: Instrument Landing System) es el sistema de ayuda a la aproximación y el aterrizaje establecido por OACI (Organización de Aviación Civil Internacional) como sistema normalizado en todo el mundo. Este sistema de control permite que un avión sea guiado con precisión durante la aproximación a la pista de aterrizaje y, en algunos casos, a lo largo de la misma.

Se dice que en el año de 1920 Europa y América se encontraban desarrollando dichos equipos, con el objetivo de operar aeronaves de manera más segura cuando estas se encontraban en las fases finales de aproximación; además de poder volar en condiciones de clima adverso y fenómenos de oscurecimiento. El 24 de septiembre de 1929, el Teniente James Doolittle realizó a bordo de un Consolidated PT-3 una serie de aterrizajes sentado en el asiento trasero con la cabina completamente cubierta y guiándose exclusivamente con los instrumentos de a bordo. Había comenzado el aterrizaje instrumental.

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, lo que se conoció como haz de Lorentz. Instalado en el extremo de la pista y de tipo equiseñal, tenía tres antenas (una alineada con la pista y otras dos a cada lado) La portadora estaba modulada por una señal de 1150 Hz que se manipulaba con las letras “E” ( . ) y “T” ( – ) en código Morse, mediante una leva que activaba una u otra antena lateral alternativamente. El tono continuo se emitía desde la antena central, por ende cuando el piloto escuchaba un tono continuo (suma de los puntos y rayas) sabía que estaba en el eje de la pista. Más tarde, 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.

Durante el invierno del año 1932-33, Lufthansa realizó varios vuelos de prueba utilizando este sistema instalado en el aeropuerto de Berlín – Tempelhof. También se usó la idea del haz de Lorentz como base del sistema Knickebein durante el bombardeo de Londres. ^[1]​

Un ILS consiste de dos subsistemas independientes: uno sirve para proporcionar guía lateral y el otro para proporcionar guía vertical.

Una serie de antenas localizadoras (LOC o localizer), que están situadas normalmente a unos 1 000 pies (305 m) del final de la pista y suelen estar formadas por 8, 14 o 24 antenas direccionales logo-periódicas (que son antenas cuyos parámetros de impedancia o radiación son una función periódica del logaritmo de la frecuencia nominal).

El equipo en tierra transmite una portadora comprendida entre los 108.1 MHz y 111.975 MHz, modulada al 20% por una señal resultante de sumar dos tonos de 90 Hz y 150 Hz (90+150 Hz). Esta señal se denomina CSB (Carrier Side Band). A su vez, también se transmite una señal con bandas laterales y portadora suprimida modulada con una señal resultante de restar dos tonos de 90 Hz y 150 Hz (90-150 Hz). Esta señal se denomina SBO (Side Band Only).

En la mayoría de los sistemas localizadores, existe una tercera señal denominada Clearance o CLR, que sirve de 'relleno' para evitar que las aeronaves intercepten falsos nulos y evitar así que se crea el estar interceptando el eje de pista cuando en realidad no se está haciendo. Dicha señal se transmite con 8 kHz de diferencia respecto a la frecuencia de trabajo del localizador.

Estas tres señales, CSB, SBO y CLR, se distribuyen a las antenas a través del sistema de distribución del localizador. Dicho sistema, meramente pasivo, se compone de fasadores y atenuadores. Su objetivo es entregar a cada antena una proporción adecuada de las tres señales con su potencia y fase adecuada para conformar un diagrama polar.

Las señales una vez distribuidas y emitidas por las antenas, se suman en el espacio obteniendo una diferencia de modulación o DDM diferente de las señales de navegación de 90 Hz y 150 Hz en cada punto del espacio. Es lo que se denomina modulación espacial

Esto produce el efecto que en el lado derecho, la DDM resultante tenga una predominancia de la señal de 150 Hz, en el izquierdo la predominancia de la DDM sea de 90 Hz, atendiendo al sentido de aproximación de la aeronave y en todo el eje de pista la DDM resultante tenga un valor nulo. Las aeronaves en aproximación, tratarán de buscar el nulo de la DDM lo que conlleva en la realidad a posicionarse en el eje de la pista.

El receptor embarcado en las aeronaves, suele ser un receptor de VHF superheterodino, el cual recibe y procesa la señal aplicándose la resultante a un medidor diferencial llamado CDI. Cuando la diferencia es cero, la aguja vertical del CDI se posiciona en el centro indicando que la aeronave está situada sobre el eje de la pista. Además el CDI dispone de un indicado adicional llamado bandera, el cual solo se activa para avisar que el nivel de señal que se recibe es demasiado bajo y la medida mostrada en el CDI debe ser ignorada.

Una antena transmisora de la senda de planeo (G/S, del inglés: Glide Slope o GP: Glide Path) se sitúa a un lado de la zona de la pista donde se produce la toma. La señal G/S se transmite a una frecuencia de entre 328.6 MHz y 335.4 MHz, usando una técnica similar a la del localizador; la señal está situada para marcar una senda de planeo de aproximadamente 3° sobre la horizontal.

Las frecuencias del localizador y la senda de planeo están emparejadas de manera que solo se requiere seleccionar una frecuencia para sintonizar ambos receptores. El localizador proporciona una señal de código morse transmitda a 1 020 Hz para permitir la identificación. Por ejemplo, en el Aeropuerto Internacional de la Ciudad de México, se transmitiría MEX para la pista 5L. Esto permite saber si el ILS está operando con normalidad o si está correctamente sintonizado. La señal de senda de planeo no transmite ninguna señal de identificación, por lo que se depende del localizador.

Las señales del localizador y la senda de planeo se muestran en un instrumento de la cabina, llamado Indicador de Desviación de Curso (CDI, del inglés: Course Deviation Indicator), como agujas horizontales y verticales (o un instrumento electrónico que las simule). El piloto controla el avión de manera que las agujas permanezcan centradas en la pole, pues es entonces cuando el avión sigue la senda de planeo y la dirección correctas. Las señales también pueden pasarse a los sistemas de piloto automático para permitir que este vuele la aproximación.

Un ILS estándar se considera de Categoría I, lo que permite aterrizajes con una visibilidad mínima de 2400 pies (732 m) o 1800 pies (549 m) en caso de que haya iluminación de la línea central y zonas de toma de la pista y un mínimo de techo de nubes de 200 pies (60 m).

Los sistemas más avanzados de Categoría II y Categoría III permiten operaciones en visiblidad de casi cero (sin posibilidad de visión), pero requieren una certificación adicional del avión y la tripulación.

Las aproximaciones de Categoría II permiten aterrizar con una altura de decisión de 100 pies y una visibilidad de tan solo 1200 pies (350m).

La Categoría III la vuela el sistema de aterrizaje automático del aparato y permite operaciones incluso sin altitudes de decisión:

Cada aparato certificado para operaciones CAT III tiene una altitud de decisión y mínimos de visibilidad establecidos, únicos para cada certificación. Las instalaciones CAT II/III incluyen iluminación de la línea central de la pista y zona de contacto, así como otras ayudas y mejoras.

Las radiobalizas son un tipo de radioayudas VHF (75MHz), que ofrece al aviador la posibilidad de determinar su posición a lo largo de una ruta aérea establecida, en el caso del ILS, alineada con la pista de aterrizaje. Existen tres tipos distintos de radiobalizas de ayuda al aterrizaje, que dependen de su posición:

La radiobaliza exterior (OM, del inglés: outer marker), normalmente identifica el inicio de la senda de aproximación final. Se encuentra situada entre 4 y 7 millas náuticas del umbral de la pista de aterrizaje. Emite dos rayas (en código morse) por segundo, a un tono de 400 Hz, y una señal luminosa de color azul. Se utiliza esta radiobaliza para ayudar a los chequeos de altura, distancia y funcionamiento del equipamiento. Se puede combinar con un NDB para crear una Radiobaliza Exterior de Localizador (LOM, del inglés: Locator Outer Marker).

La radiobaliza intermedia (MM, del inglés: middle marker), informa al aviador que se encuentra en la senda de aproximación final de que el contacto con la pista es inminente, buscando que coincida con la altura de decisión de la CATI (unos 200 ft - 60 m). Es por tanto que a menudo se encuentra situada entre las 0,5 y 0,8 millas náuticas, dependiendo de la senda de planeo establecida en el aeropuerto. Está modulada con un tono de 1300 Hz y emite puntos y rayas (morse) alternativos. Su señal luminosa es de color ámbar.

La radiobaliza interior (IM, del inglés: inner marker), se instala en la senda de aproximación final para las categorías CATII y CATIII en la vertical del punto de corte de la misma con el plano de Altitud/Altura de Decisión (DA/H, del inglés: Decision Altitude/Height)) mínima de CATII (30m), a una distancia de entre 75 y 450 metros del umbral de pista. Indica al piloto que se está a punto de cruzar el umbral de la pista y si no es capaz de visualizar ninguna referencia de la misma, deberá frustrar el aterrizaje. Produce un sonido, con una modulación de puntos a 3000 Hz, 6 por segundo. También se enciende una luz blanca. El motivo de que no se use en CATI es que la DA/H en esta categoría es de 60 metros y el piloto debe encontrarse en Condiciones Visuales (VMC, del inglés: Visual Meteorologic Conditions) antes de la "MM", con lo cual, quedaría sin función alguna.

El Equipo Telemétrico (DME, del inglés: Distance Measuring Equipment) está reemplazando a las radiobalizas en muchas instalaciones aeroportuarias. Proporciona una medición de la distancia hasta la estación en tierra de la Senda de Descenso (GS, del inglés: Glide Slope). La frecuencia está comprendida entre 978 y 1213 MHz de 200 a 400 canales, que se selecciona automáticamente al sintonizar el LOC(Localizador).

El avión interroga con una secuencia de pares de pulsos separados a 12 microsegundos. El equipo de tierra recibe esta señal y la retrasmite de nuevo con un retardo de 50 microsegundos.

El equipo del avión calcula el tiempo trascurrido desde que preguntó, le descuenta 50 microsegundos, lo divide por dos y lo multiplica por la velocidad de la luz (300 m por microsegundo). Con este dato se calcula la distancia al equipo de tierra.

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