Navigace letadel / Aircraft navigation Mystery Cache

Keš se nenachází na úvodních souřadnicích. Najdete zde leteckou společnost, která každý den vypraví několik desítek letadel, z nichž všechna přesně trefí do své cílové destinace.

Není tomu tak dávno, kdy byla navigace dopravních letadel tak specializovaný obor, že na palubě letadla musel být další člen posádky – navigátor. Ten určoval polohu prostým porovnáváním terénu s mapou. Pokud byla jasná obloha, tak mohl určit polohu pomocí Slunce, nebo hvězd. Později navigátoři určovali polohu pomocí radionavigačního zařízení, které mu ukazovalo směr k majákům. Piloti pak letěli takovým kursem, který jim dal navigátor. V současnosti navigátoři z palub dopravních letadel téměř vymizeli. Radiomajáky zůstaly, ale interpretace jejich signálů je mnohem jednodušší, takže navigaci mohli převzít piloti s pomocí palubních systémů. Následující listing se proto věnuje současným navigačním systémům velkých dopravních letadel.

Radionavigace

Navigace pomocí rádiových vln se v letectví využívá téměř od jeho počátků. Využívá se přitom sítě radiomajáků, jejichž poloha je zanesena v leteckých mapách i v palubních počítačích letadel. Tam lze také nalézt frekvence, na kterých radiomajáky vysílají. Dnes se používají téměř už jen všesměrové radiomajáky VOR (VHF Omnidirectional Radio Range). Pomocí nich může letadlo určit svůj směr vůči konkrétnímu majáku. Princip spočívá ve vysílání radiového signálu majáku, který je směrově závislý. Přijímač v letadle pak určí azimut letadla od vysílače, tzv. radiálu VOR. Tedy například, když letadlo letí na radiále VOR 270, tak se právě nachází přímo na západ od vysílače VOR. Ve vysílání z VOR je také sekvence znaků v Morseově abecedě, která slouží pilotovi jako identifikace majáku.

VOR majáky bývají také často vybaveny dálkoměrným zařízením DME (Distance Measure Equipment). To se používá pro určení šikmé vzdálenosti mezi letadlem a majákem. Přijímá-li tedy letadlo signál současně z VOR a DME, tak může určit svou pozici, protože zná přesnou vzdálenost a azimut od známého majáku. Poloha může být také určena přijímáním signálu ze dvou majáků VOR nebo DME.

Radiomajáky vytyčují stále řadu letových cest. Navigace je v takovém případě relativně jednoduchá, protože piloti mohou letět po přímé linii od jednoho radiomajáku k následujícímu.

Satelitní navigace

GNSS - Global Navigation Satellite System je souhrnný název pro všechny druhy navigačních satelitních systémů. Je to tedy také cacherům notorický známý systém GPS, ale i ruský Glonass, evropský Galileo, atd. Princip určování polohy je ale pro všechny stejný. Přijímač v letadle porovnává signály ze satelitů, které vysílají časové značky a parametry o své oběžné dráze kolem Země. Tím známe jejich přesnou polohu na orbitě a vzdálenost od letadla.V letectví je potřeba přijímat signál alespoň ze 4 satelitů pro určení polohy, protože letadlo se pohybuje v 3D prostoru. Jednotlivé systémy (GPS, Glonass, Galileo, aj.) se liší v počtu oběžných drah, satelitů na nich a kódováním přenosového signálu.

Jak mnozí cacheři už jistě poznali, samotná satelitní navigace je ale občas náchylná na počasí, což může vnášet nepřesnosti v poloze. Proto je třeba v letectví použít rozšiřující GNSS systémy. Letadla tak údaje o poloze z GNSS porovnávají s ostatními palubními navigačními systémy. Poblíž letišť jsou také umístěny GBAS (Ground Based Augmentation Systém) stanice, které v reálném čase vyhodnocují aktuální stav příjmu signálu. Díky své neměnné poloze tak letadlům vypočítávají a posílají navigační korekce.

Inerční navigační systémy

V letectví známé pod zkratkou INS. Funkční princip je založen na soustavě laserových setrvačníků a akcelerometrů (měřičů zrychlení). Před začátkem letu je do přístroje potřeba zadat zeměpisnou polohu letadla (GPS souřadnice). Citlivé setrvačníky a akcelerometry pak celou dobu měří pohyb letadla a z těchto údajů systém vypočítává aktuální polohu letadla, trať a traťovou rychlost.

Výhodou navigace s inerčním systémem je nezávislost na satelitech, nebo pozemních majácích. Do dopravních letadel se běžně instalují tři INS systémy. Jejich údaje se vzájemně porovnávají a kontrolují. Navíc se tím systémy zálohují a v případě poruchy jednoho nebo i dvou INS nebude letadlo bez informací o poloze.

Systémy pro přesné přistání

Pro přiblížení k letišti a přistání na runwayi je celosvětově nejrozšířenější ILS – Instrument Landing System. Tento systém byl vyvinut před druhou světovou válkou, a s drobnými úpravami je používán dodnes. ILS je založen na vysílání dvou paprsků radiového signálu – kurzového a sestupového. Kurzový paprsek se vysílá ve směru osy přistávací dráhy, sestupový se vysílá od bodu přistání a směřuje vzhůru pod úhlem 3°. Kombinací těchto paprsků se vytvoří profil správné sestupové dráhy pro přistání. Pilotovi pak v kokpitu navigační ukazatel ukazuje, zda je letadlo pod/nad či vlevo/vpravo od ideální sestupové dráhy. Díky tomu může pilot přistávat i v mlze, za špatného počasí nebo v noci.

Jak je to s přesností?

Díky rozšiřujícím systémům berou palubní počítače jako nejpřesnější určení polohy pomocí GNSS., kde se odchylky pohybují v řádu decimetrů až metrů. Jako sekundární zdroj polohových dat je kombinace radiomajáků DME/DME, následovaná VOR/DME s odchylkou do desítek metrů. Odchylka po několikahodinovém letu systému při navigaci INS zřídka kdy dosáhne hodnoty větší, než jedna námořní míle.

Mají-li letiště a letadla kategorizaci ILS typu IIIC, tak mohou provádět přistání i za nulové viditelnosti. Autopilot dokáže návést letadlo na přiblížení, přistát s ním a odjet s ním z přistávací dráhy. Jak takové přistání vypadá, můžete vidět zde.

Jak na cache?

Nebojte, mým cílem není vás zkoušet z navigačních systémů. Pro získání finálních souřadnic stačí přečíst listing, trocha selského rozumu a znalosti středoškolské matematiky.

Zadání:
Vzdálenost mezi dvěma DME majáky A a B je 400NM (námořních mil). Azimut majáku A k B je 090°. Uvažujeme stav bezvětří.
Pilot letí z A a má naplánovanou trasu přímo do B. Během letu, na trase provede kontrolu a zjistí, že je 27NM jižně od plánované trasy a DME mu ukazuje vzdálenost 95NM od majáku A.
Jakým kursem teď musí letět, aby doletěl přímo do B?
Kolik NM mu ukazuje DME k majáku B?
Bude se Vám určitě hodit kalkulačka. Mezivýsledky nezaokrouhlujte!
Výsledky pak zaokrouhlete na celé stupně a celé námořní míle a dostanete číslice do vzorce:
Kurs= RST ; Vzdálenost= KLM
N 50° 06.(K+S-T)(L+R)(K-L-M)
E 014° 16.(S-K)(T-K-L)(S-L)

EN:
The cache listing describes aircraft navigation systems such as VOR,DME,GNSS,INS and ILS. For cache solving is not necessary to know navigation systems. You just need to read DME in the link above and know basics of high school mathematic.

The task:
The distance between two DME (distance measure equipment) beacons A and B is 400NM (nautical miles). The course from A towards B is 090°. We assume calm air situation.
The aircraft flight plan is to fly directly from A to B. On the route, the pilot perfoms a position check and realises, that he is 27NM South from scheduled route. DME is showing 95NM from beacon A.
What heading has he to fly to reach B?
How many NM is showing DME towards beacon B?
You will need calculator. Do not round partial results!
Final results round to whole heading degrees and nautical miles. Then you have:
Heading= RST; Distance= KLM
N 50° 06.(K+S-T)(L+R)(K-L-M)
E 014° 16.(S-K)(T-K-L)(S-L)