ILS

(ang. instrument landing system) – system nawigacyjny działający na podstawie fal radiowych, wykorzystywany w lotnictwie cywilnym w celu precyzyjnego wspomagania lądowania samolotów w warunkach o ograniczonej widzialności pasa. W zainstalowanym systemie informacje są przesyłane w sposób ciągły na linii nadajnik–samolot w celu wytyczenia trafnej i rzetelnej drogi podejścia maszyny do lądowania. Systemem podejścia do lądowania nazywa się zespół urządzeń radiotechnicznych, naziemnych oraz zainstalowanych na pokładzie, które umożliwiają wykonanie manewru podejścia przy ograniczonej widoczności.

Pierwsze testy systemu nawigacyjnego ILS rozpoczęły się w Stanach Zjednoczonych Ameryki w 1929 r. Jego prekursorem był niemiecki system Lorenza skonstruowany w 1932 r., który pracując na częstotliwościach fal krótkich, pozwalał uzyskać dużą dokładność w wyznaczaniu kursu podejścia do lądowania, kąta wymaganego do precyzyjnego schodzenia samolotu oraz odległości od punktu przyziemienia. Podobnym mechanizmem charakteryzował się radziecki SP-50. Sukcesem testów było pierwsze lądowanie samolotu pasażerskiego lecącego z Waszyngtonu do Pittsburgha 26 stycznia 1938 r., kiedy to w ogromnej śnieżycy pilot wylądował, używając jedynie informacji zaczerpniętych z systemu ILS. Ze względu na precyzję, jaką charakteryzował się ILS, Civil Aeronautics Administration (CAA) podjęła w 1941 r. decyzję o instalacji systemu w sześciu miejscach na świecie. Pierwszy w pełni automatycznie wykonany ruch lądowania samolotu przy użyciu tego systemu odbył się w marcu 1964 r. na lotnisku w Bedford w Wielkiej Brytanii.

Najtrudniejszą fazą lotu są start i lądowanie, przy czym to ostatnie w utrudnionych warunkach meteorologicznych, przy złej widoczności może stanowić wyzwanie dla pilotów w komunikacji człowiek–maszyna. Dla zapewnienia bezpieczeństwa stosowane są różne rozwiązania radiotechniczne przy wsparciu odpowiednich urządzeń wysyłających informacje, umożlwiające kontrolowanie maszyny i prowadzenie jej po określonym torze.

W wypadku lądowania samolotu obecne procedury oscylują pomiędzy dwoma rodzajami podejścia. Zaliczają się do nich:

• podejście precyzyjne – sterowanie statkiem powietrznym podczas podchodzenia do lądowania odbywa się na podstawie utworzonej przez systemy trójwymiarowej ścieżki, z zachowaniem odpowiedniego kąta i wysokości prowadzonej w locie maszyny. Zadaniem precyzyjnych systemów jest ustalenie i wyznaczenie ścieżki podejścia i kierunku lądowania samolotu. Z uwagi na manewr lądowania, który jest procesem krytycznym w ostatniej fazie lotu, wymagania techniczne zarówno dla urządzeń naziemnych, jak i pokładowych są bardzo wysokie (instalowane są podwójne urządzenia bezpieczeństwa);
• podejście nieprecyzyjne (inaczej zwane klasycznym) – sterowanie samolotem odbywa się przy wykorzystaniu kompasów radiowych, systemu VOR (VHF omni-directional range – najpopularniejszy system kątowy w nawigacji lotniczej, przenoszący informacje azymutalne przez sygnały radiolatarni. Wadą systemu jest duża możliwość występowania zakłóceń z uwagi na ukształtowanie terenu przy usytuowaniu lotnisk) oraz naziemnego urządzenia korespondencyjnego.

Obecnie stosowane są również dużo bardziej zaawansowane systemy nawigacyjne, np. MLS (microwave landing system) czy TLS (transponder landing system), a także systemy oparte na globalnej strukturze nawigacji satelitarnej GNSS. Jednakże ILS nadal jest podstawowym systemem precyzyjnego podejścia do lądowania samolotów cywilnych, pozwalającym na manewry statkami powietrznymi w niesprzyjających warunkach pogodowych. Wśród precyzyjnych systemów nawigacyjnych wyróżniamy:

• instrument landing system (ILS) – lądowanie samolotu według wskazań przyrządów; odbieranie informacji z urządzeń naziemnych umożliwia prowadzenie samolotu zgodnie z określonym kursem po ścieżce schodzenia. W skład architektury naziemnej ILS wchodzą nadajnik kierunku, nadajnik dla ścieżki schodzenia oraz markery. Przykładowo na lotnisku w Pyrzowicach (Katowice Airport) wykorzystano radiolatarnię kierunku, radiolatarnię ścieżki schodzenia oraz urządzenia, które pozwalają na określenie odległości od punktu przyziemia – są to markery (outer marker, OM, middle marker, MM, i inner marker, IM). Zwykle aby wytyczyć precyzyjnie drogę schodzenia, wystarczą dwa markery OM i MM, które wyznaczą odległość i wysokość od pasa startowego. Dodatkowo wsparciem dla markerów lub też ich uzupełnieniem jest radioodległościomierz (DME) zainstalowany zwykle na maszcie nadajnika dla ścieżki schodzenia (określa on odległość od transpondera na podstawie sumy czasów przebiegu informacji radaru);
• microwave landing system (MLS) – lądowanie za pomocą informacji przekazywanych poprzez mikrofale; następca ILS;
• global navigation satellite system (GNSS) – lądowanie za pomocą systemów globalnej nawigacji satelitarnej, opierającej się na istniejących systemach: GPS (Global Positioning System)oraz GLONASS (Global Orbital Navigation Satellite System), a także Inmarsat (International Maritime Satellite, stworzony początkowo na potrzeby komunikacji morskiej, obecnie obsługuje 12 sztucznych satelitów umieszczonych na orbicie geostacjonarnej).

Z uwagi na dostosowanie precyzyjności pomiarów ILS jest najbardziej rzetelnym systemem sprowadzania samolotów na tor podchodzenia do lądowania, przy czym zapewnia on względne bezpieczeństwo wykonywania manewrów w powietrzu przy ograniczonej widoczności (przekazywane informacje dotyczą pozycji pionowej oraz poziomej). Z kolei ze względu na kosztowność instalacji zarówno na lądzie, jak i w samolocie niewiele lotnisk posiada systemy MLS. Od czasu wprowadzenia sygnałów GPS wiele systemów tego typu zostało wyłączonych na lotniskach w Ameryce Północnej, jednakże również systemy GPS nie są pozbawione wad. Działanie nawigacji z ich użyciem nie pozwala precyzyjnie określić położenia i toru podejścia do lądowania, przy czym margines błędu wynosi od 3 do 5 m, co w razie pomyłki czyni lądowanie procesem bardziej niebezpiecznym, niejednokrotnie mogącym doprowadzić do katastrofalnych skutków w wypadku zerowej widoczności przestrzeni w niesprzyjających warunkach pogodowych. Pomimo przyjęcia rozwiązań technologii MLS przez Organizację Międzynarodowego Lotnictwa Cywilnego i prób wdrożenia jej do światowych rozwiązań nawigacyjnych, ILS nadal jest najbardziej popularnym systemem wspomagającym proces lądowania.

W zależności od dokładności systemu ILS wyróżnić można trzy jego kategorie: od najmniej precyzyjnej CAT I, poprzez standardową – CAT II, do najbardziej dokładnej – CAT III A, B, C.

• CAT I – wskazania przyrządów do precyzyjnego podejścia do lądowania przy wysokości decyzji (takiej, która umożliwia widoczność świateł na drodze podejścia) nie mniejszej niż 60 m (tj. 200 stóp) nad pasem startowym oraz widzialności nie mniejszej niż 550 m. Przykładami lotnisk wykorzystujących kategorię I są Międzynarodowy Port Lotniczy im. Jana Pawła II Kraków-Balice (EPKK) oraz Port Lotniczy Poznań-Ławica im. Henryka Wieniawskiego (EPPO).
• CAT II – wskazania przyrządów do precyzyjnego podejścia do lądowania przy wysokości decyzji mniejszej niż 60 m (tj. 200 stóp), ale nie mniejszej niż 30 m (100 stóp) oraz widzialności pasa startowego nie mniejszej niż 300 m. Przykładami lotnisk wykorzystujących kategorię II są Międzynarodowy Port Lotniczy Katowice w Pyrzowicach – Katowice Airport (EPKT), Port Lotniczy Gdańsk-Rębiechowo im. Lecha Wałęsy (EPGD) oraz Port Lotniczy Rzeszów-Jasionka (EPRZ).
• CAT III A – wskazania przyrządów do precyzyjnego podejścia do lądowania przy wysokości decyzji mniejszej niż 30 m (tj. 100 stóp) lub braku wysokości decyzji oraz widzialności drogi startowej nie mniejszej niż 200 m. Lotnisko Chopina w Warszawie w 2018 r., po przeprowadzonej modernizacji, otrzymało certyfikat prezesa Urzędu Lotnictwa Cywilnego, który uprawnia do wykonywania operacji lądowania w warunkach ograniczonej widzialności w kategorii III ILS – droga startowa 3 na kierunku 33.
• CAT III B – wskazania przyrządów do precyzyjnego podejścia do lądowania przy wysokości decyzji mniejszej niż 15 m (50 stóp) lub braku wysokości decyzji oraz widzialności pasa startowego nie mniejszej niż 200 m. System zainstalowany jest w porcie lotniczym Londyn-Heathrow (EGLL).
• CAT III C – wskazania przyrządów do precyzyjnego podejścia do lądowania przy całkowitym braku wysokości decyzji i braku widzialności wzdłuż drogi startowej.

Zainstalowane systemy ILS są elementami wspomagającymi proces podejścia do lądowania, stąd muszą spełniać wiele wymagań, aby móc prowadzić operacje w sposób bezpieczny. Najistotniejsze wytyczne dotyczą procesu przekazywania informacji pomiędzy urządzeniami: ich dokładności, wiarygodności, dostępności, niezawodności, zasięgu działania przy użyciu fal radiowych oraz pojemności instalowanych systemów. System ILS charakteryzuje się 98-procentową niezawodnością, podczas gdy MLS – niemal 100-procentową (z uwagi na mniejszą wrażliwość mikrofal na warunki zewnętrzne oraz ukształtowanie terenu).

Koszty, jakie niesie za sobą instalacja systemów MLS, skłania międzynarodowe środowisko lotnicze do modernizowania oraz ulepszania systemów ILS. Pomimo użytkowania sygnałów z wykorzystaniem GPS te drugie są nadal jedną z najlepszych pomocy nawigacyjnych w systemie lotnictwa cywilnego. Poprawa oprzyrządowania, skuteczność i precyzja w przesyłaniu rzetelnych informacji oraz wsparcie techniczne dla już istniejących kategorii ILS sprawiają, że jest to system wykorzystywany do nawigacji lotniczych na całym świecie.

Justyna Rokitowska

Australian Government – Civil Aviation Safety Authority, Instrument Landing System Operational Notes Contents, Department of Aviation, [b.m.] 2005; P. Czuj, Analiza istniejących systemów nawigacji lotniczej. Obsługa metrologiczna testera TACAN AN/ARM-188, „Biuletyn WAT” 2012, vol. LXI, nr 2; M.M.A. Eltahier, K. Hamid, Review of Instrument Landing System, „Journal of Electronics and Communication Engineering” 2017, vol. 12, no. 2, ver. III; International Virtual Aviation Organisation, Navigation Instrumentation – ILS, IVAO HQ Training Department, 31 May 2017; J. Merkisz, M. Galant, M. Bieda, Analysis of Operating Instrument Landing System Accuracy under Simulated Conditions,„Scientific Journal of Silesian University of Technology. Series Transport” 2017, nr 94; Nordian Aviation Training Systems, Koninklijke Luchtvaart Maatschappij Flight Academy, Instrument Landing System, [w:] Radio Navigation 7.1: Navigation, Nordian Aviation Training Systems–Eelde–KLM Flight Academy, Sandefjord 2017; M. Siergiejszyk, K. Krzykowska, R. Kruszyna, Analiza porównawcza systemów precyzyjnego lądowania,„Prace Naukowe Politechniki Warszawskiej” 2014, z. 102; M. Stołtny, Instrument Landing System as an Example of a Precision Approach System, „Scientific Journal of Silesian University of Technology. Series Transport” 2016, nr 93.