|
Az RDF
és az ADF |
Az RDF rendszer ismertetése
(Radio Direction Finder)
Az előző
részekben már sokszor volt szó róla, hogy hurokantenna segítségével könnyen
megállapítható egy repülőgép és egy földi adótorony közé húzható egyenes.
Lássuk hát hogyan működik ez a valóságban.
A módszer lényege,
hogy egy körív alakú hurokantennát
forgattak körbe egy függőleges tengely körül. A hurokantennák egy gyűrű alakzatú
szigetelőre körben kifeszített vezető drótból, vagy egy köralakúra
hajlított vezetőből állnak. Az elektromágneses hullámok szinuszoid
jelleggel érik el az antennát, és a fémben gerjesztést hoznak létre. Ha a
körantennát két félkörre osztjuk fel (A és B), akkor abban az esetben, ha az A
antennát előbb érik el a hullámok, mint a B antennát, akkor a két félkörön
egymáshoz képest feszültségkülönbség alakul ki, amit kimérhetünk.
Nem
világos a Hurokantenna? Animációért katt ide
A feszültségkülönbség mértéke természetesen
akkor a legnagyobb a két félkör között, ha az antenna pontosan párhuzamosan áll
a jelre (maximális gerjesztés). Ez alapján elvileg azonosítható a jel iránya, azonban
a gyakorlatban az emberi fül nehezen hallaná meg a különbséget, és nehezen
lehetne pontosan irányra állni. Abban az esetben azonban, ha az antenna köre
pontosan merőlegesen áll a jelre, mind az A, mind a B félkörben pontosan
ugyanakkora gerjesztés jön létre, csak ellentétes előjellel. A két
gerjesztés így pont kioltja egymást. Ez a
hurokantenna nullpozíciója, és itt a feladat is jóval egyszerűbbé
válik a navigátor számára, hiszen csak aközött kell döntenie, hogy hall-e
rádiójelet, vagy sem. Amennyiben a rádiós kézi forgatással megtalálta az
antenna nullpozícióját, akkor többé- kevésbé biztos lehetett benne, hogy a
földi adóhoz képest az antenna éppen merőleges irányban áll. Mindez
papíron rendkívül jól hangzik, azonban a gyakorlati problémák hamar jelentkeztek,
és a második világháborúra az iránymérő eszközök némi módosításon mentek
át. A probléma egyszerűbbik része az volt, hogy a növekvő elektromos
áramhasználattal, valamint a növekvő számú rádióadóval együtt, főleg
sűrűn lakott területeken, egyre több zavaró jel érkezett a
hurokantennába, azaz az antenna nullpozíciójában is jelentős jelet
lehetett fogni, csak nem ahhoz a toronyhoz képest, amihez a navigációt
végrehajtották. Ezt a problémát az antenna megfelelő árnyékolásával
könnyen ki lehetett küszöbölni. A másik probléma, hogy a módszerrel ugyan jól
meghatározható, hogy a földi adó a repülőgéphez képest melyik egyenesen
tartózkodik, azonban azt egy antenna segítségével lehetetlen eldönteni, vajon a
repülőgép közeledik a földi adóhoz (TO pozíció), vagy távolodik tőle
(FROM pozíció). A megoldáshoz egy újabb, ezúttal nem forgatható antennát
kellett a repülőgépre szerelni (Sense antenna). A Sense antenna célja,
hogy megállapítsa az eredeti rádióhullám fázisviszonyait, azaz, hogy a
szinuszhullám hullámhegyei, vagy völgyei érkeznek- e meg előbb a
repülőgéphez. A Sense antenna kezdetben csupán egy kifeszített drót volt,
hasonló érzékenységgel, mint a antenna. Az a jel van a földi adótoronyhoz
közelebb, amelyiknek hasonló fázisviszonyai vannak, mint a fix vevőn
fogott rádióhullám fázisviszonyai. A módszer olyannyira sikeresnek bizonyult,
hogy kisebb módosításokkal mind a mai napig fellelhető minden
műszeres repülésre felkészített repülőgépen. Habár több mint húsz
éven át az RDF rendszerek jelentették a repülőgépes navigáció alapját,
azonban a fejlettebb rendszerek, mint a VOR és a GPS megjelenése
alapvetően szabták át az irányítatlan tornyokhoz történő navigáció
iránt támasztott követelményeket. A forgalmasabb légi útvonalak rendre VOR összeköttetéseket kaptak, így az RDF rendszerek
elsősorban a kisebb, személyzet nélküli füves és kavicsos leszállópályák,
vagy ritkán használt légiutak rádiónavigációját segítették. Az ilyen
feladatokra azonban leginkább olcsó és könnyen karbantartható jeladókra van
szükség, ami azt jelentette, hogy a drága és nagy karbantartási igényű
forgóantennás földi RDF jeladóknak végleg bealkonyult. Így viszont az eddig a
földön elvégzett antennaforgatást újból a repülőgépekre kellett
visszahelyezni, mely azonban a hatvanas évektől beindult
félvezetőgyártás és automatizálás nyújtotta lehetőségek mellett már
korántsem jelentett akkora problémát, mint az 1930-as és az 1940-es években
jelentett volna. Ekkor szerelték fel az első repülőgépeket ún ADF
rendszerekkel, melyek mind a mai napig minden motoros repülő
legalapvetőbb navigációs tartozékai.
Probléma:
Az RDF rendszerek helyett pontosabb navigációs rendszereket vezetnek be, melyek
visszahozták az RDF-ek kezdeti problémáit. A földi forgóantennás rendszerek túl
drágán fenntarthatóak, így a pilótáknak vagy újból navigátorokra van szükségük
az irányítatlan jeladókhoz történő navigációhoz, vagy egy olyan automata
rendszerre, ami a repülőgépen van, és a gyakorlatban képes elvégezni egy
navigátor munkáját.
A SONNE és a CONSOL:
A második
világháború idején a világ egyik fele már megint csak arra törekedett, hogy
hogyan tudná minél hatékonyabban és brutálisabban elpusztítani a másikat. Az
üdítő kivételek közé tartozott a SONNE rádiónavigációs rendszer, melyet a
náci Németországban fejlesztettek ki, és olyannyira elnyerte a britek
érdeklődését, hogy szigorúan megtiltották bombázóiknak a SONNE tornyok
elpusztítását. Az idő megmutatta, hogy a briteknek volt igazuk, hiszen az
egyszerű felépítésű SONNE-ra alapozott CONSOL nevű
rádiónavigációs rendszerük még a Szovjetúnióban is elterjedt, és egészen
1990-ig használatban maradt. A CONSOL tulajdonképpen átmenetet jelent a
forgóantennás RDF és a VOR között. A forgó torony a CONSOL rendszeren az
ADF-hez és a VOR-hoz képest nem folyamatosan adta az azonosító Morze kódját,
hanem csupán egyszer, amikor pontosan északnak nézett. A pilóta tehát ha
ráhangolt egy CONSOL adóra, csupán egy speciális helyzetben hallhatta meg az
adó azonosítókódját. Ezután a földi jeladó lassan körbefordult. Amikor a
repülőgépen elhelyezett nem forgó hurokantenna nullpozícióba került, az
északjeltől számított időeltérésből már könnyen kiszámíthatóvá
vált, hogy a pilóta milyen valós földrajzi irányban helyezkedik el az
adótoronyhoz képest. A rendszer rendkívüli előnye, hogy akár egy hurok
antennával felszerelt zsebrádióval (a korabeli tranzisztoros zsebrádiók valóban
ilyen antennával voltak felszerelve) is viszonylag pontos naviágció érhető
el vele. Egyetlen hátulütője az volt, hogy a mechanikus toronyforgatást
lassan teljesen felváltotta a rádiónavigációban az automatizált irányjelküldés,
melyre a CONSOL rendszer már nem volt átállítható.
Az ADF: (Automatic
Direction Finder)
Az ADF rendszer
tulajdonképpen az imént ismertetett RDF
némiképp továbbfejlesztett verziója.
Az ADF (Automatic direction finder)
rendszer közösen a földi fixpontban elhelyezett NDB-vel (Non directional
Beacon) valósítja meg a navigációt.
Az NDB: (Non
Directional Beacon)
Az NDB egy kis
statikus rádiótorony, amely alacsonyfrekvenciás vivőhullámot bocsát ki a
toronyhoz képest minden irányba, mintha csak egy kavicsot ejtenénk a tóba. A vivőhullámot
egyszerűbb esetben csak egy Morze kód szerint modulálják, amit a pilóta
meghallgat, és a kezében tartott navigációs táblázat, vagy repülési térkép
alapján azonosítja az NDB-t. Bonyolultabb esetben a vivőhullám komplett
hangüzenetekre is modulálható, például nagyobb reptereken a pilóta amellett,
hogy megtudja, melyik tornyot fogja be a rádióján, meghallgathatja az aktuális ATIS-t, melyből a reptér környékén éppen
uralkodó időjárási, látási viszonyokról, torony és földi frekvenciákról
tájékozódhat. Az NDB-k általában alacsony, vagy közepes frekvenciákon
bocsátanak ki jelet, attól függően, hogy milyen teljesítménykritériumaik
vannak.
Tekintetbe véve,
hogy az alacsony frekvenciájú rádiójelek eljuthatnak az ionoszféráig, és onnét
visszaverődve is eljuthatnak a repülőgépig, ezért a Föld görbületén
túl is érzékelhető egy NDB torony jele, ami igen hosszútávú navigációt
tesz lehetővé. Ez az ADF alapú
navigációs rendszerek áldása és átka is egyben. 
Maga az ADF a
repülőgépen helyezkedik el. A kezdetlegesebb ADF-ek esetén a hurokantennát egy motor forgatta körbe, a
modern ADF-eken vagy több kis antenna van felszerelve egymáshoz képest
speciális szögekben, állandó helyzetben, vagy egy irányított szolenoid. A
repülőgép műszerpultján, amennyiben van rajta, az ADF jelét általában
az RMI (Radio Magnetic Indicator), vagy az OBS (Omni Bearing Selector) segítségével olvassuk
le. Az RMI leginkább egy iránytűhöz
hasonlítható, melyen két mutató helyezkedik el. Alaphelyzetben az egyik mutató
mutatja a repülőgép pörgettyűs tájolója szerinti északi irányt, a
másik tüske pedig az ADF irányát. Speciális esetben, mind a kompassz, mind az
ADF tüske átállítható a VOR szerinti irány mutatására
is. Az RMI, abban az esetben, ha a
repülőgép orral az NDB torony felé repül az ADF tüske a 0 fokon
közvetlenül felfelé (vagy észak felé a műszerlap kiírásának
megfelelően) mutat, ha pedig az NDB toronytól távolodik, akkor 180-fok
(vagy dél) felé lefelé mutat. Ha a repülőgép valamilyen szögben repül a
torony és a repülőgép közötti egyeneshez képest, akkor az ADF tüske ennek
a szögnek megfelelően kitér.
Az ADF repülésre
használt általános
eljárások:
A Homing
Az általánosan használt eljárások az ADF
toronyra való közvetlen ráállás (homing), amikor a pilóta az ADF toronyból a
gép felé húzott egyenesre állítja rá a repülőgépet, ekkor az RMI tüske közvetlenül a 0 fokra mutat. Bár ez az
eljárás tűnik az egyszerűbbnek, egyben itt lehet a legnagyobb hibát
is elkövetni. Tegyük fel azt az esetet, hogy a pilóta csupán arra akarja
használni az ADF-ét, hogy abszolút értelemben lekövesse a keleti 090-ás irányt.
Behangolja az NDB tornyot és vár, amíg a repülőgép éppen úgy áll, hogy a
repülőgépen és az NDB-n keresztül húzható egyenes iránya 090. Ekkor
ráfordítja a gépét az ADF jelre és folyamatosan 0 fokon tartja az RMI-t. A valóságban azonban a gépet folyamatosan érni
fogja valamekkora keresztirányú szél, vagy turbulencia, ami a gépet letéríti a
090-ás irányról. Ha a pilóta ekkor újból ráállítja a repülőgép orrát az
NDB toronyból érkező jelre, akkor már nem a 090-ás irányt követi. A
folyamatos eltérítések és korrekciók végösszege akár több tíz fokos különbséget
is eredményezhet a kívánt irány és a valós röppálya között. Éppen ezért a
homing eljárást általában akkor alkamazzák műszeres repülésben, ha arra a
repülőtérre akarnak leszállni, ami az NDB torony közvetlen közelében van.
A Homing
eljárással elkövethető legnagyobb navigációs hiba
A szél lefújja a
repülőgépet az NDB hez húzható irányvonalról, a pilóta folyamatosan
az NDB-hez
korrigál, ezáltal több tíz fokban letér a tervezett útirányáról
Tracking:
Abban az esetben, ha
az ADF jelet tényleges navigációra akarják használni, akkor az ún. követési
(tracking) eljárást követik. Ebben az esetben is vegyük fel az előző
példánkat. A pilóta a 090-ás irányt akarja az ADF-fel lekövetni. Először elcsípi
az ADF jelét, amikor a kompassz éppen 090-át mutat. Ekkor lefújja a gépet a
szél, és az ADF tüske kitér 080 irányba. Ekkor végig kell gondolnia a
pilótának, hogy a kívánt jel tőle balra van (azaz a szél balról fújja a
gépet). A helyes követési eljárás az, ha 20 fokkal balra dönti a gépet, azaz
070-ás irányt vesz fel, és megvárja, hogy a tüske visszatérjen a 090-ás
állásba, ekkor a pilóta nem fordítja rá a gép orrát a jelre, hiszen a mostani
090-ás álláshoz képest az eredeti iránya még mindig balra van tőle, hanem
10 fokot korrigál jobbra és 080 felé repül tovább. Ezzel lehetséges, hogy
túllő az eredeti 090-ás irányon, azonban ha a keresztszél továbbra is
változatlanul fúj, akkor éppen a helyes irányba, azaz jobbra fogja terelni a
gépet. Ha a pilóta mindent jól csinált akkor az ADF tüske hosszabban a 090-ás
álláson marad. Ha a tüske jobbra térne ki akkor további korrekcióra van
szükség. Az egyik leggyakoribb kezdő pilótahiba a „tű üldözése”, mely
a túl gyakori irányváltoztatásokat jelenti annak érdekében, hogy az ADF tüske a
helyén maradjon. Különösen érzékennyé válik az ADF tüske közvetlenül az NDB
torony közelében, ekkor hirtelen akár több tíz fokot is kitérhet. A VOR 
rendszerhez képest
az NDB-ket általában nem látják el DME-vel, így a
pilóta nem tudja pontosan mikor jár a torony közelében, azonban ha az ADF tüske
a gépre ható hirtelen turbulenciák nélkül kitér, akkor elég biztos lehet benne
a pilóta, hogy az NDB torony pár mérföldes
körzetében jár. Ez az a pillanat, amikor a kezdő pilóta begyullad, hiszen
meglehet rossz látási viszonyok között, vakon kell repülnie egészen addig, amíg
az NDB-vel a kapcsolat helyreáll, míg a tapasztaltabb pilóták ekkor néznek a
térképükre, hiszen ez az az egyetlen pillanat, amikor az ADF navigáció során
egyedül tudhatják a helyzetüket a toronyhoz képest pár mérföldes sugarú körön belül. Az ilyenkor
követendő eljárás az, hogy tartani kell az eredeti irányt egészen addig,
amíg az ADF tüske nem stabilizálódik általában éppen 180 fokra az eredeti
iránytól, majd kisebb korrekciókkal követni kell a kívánt útirányt.
Az ADF rendszerre
hatással lévő természeti tényezők:
Mivel az ADF
alacsony frekvencián üzemel, ezért rendkívüli módon képesek zavarni a
külső körülmények. A villámcsapásokból származó elektromágneses sugárzás
gyakran éppen átfed az NDB frekvenciákkal, ez azonban csak időleges
zavarokat okoz a navigációban. Különösen este és az ADF torony közelében
jellemző jelenség, hogy az ADF egyszerre kettős jelet kap. A jelenség
abból származik, hogy a géphez eljut a jel közvetlenül az NDB-ből, illetve
az ionoszféráról visszaverődve is. Ez a hibaforrás az ADF-hez közeledve
általában eltűnik. Ilyenkor a követendő magatartás az, hogy a pilóta
igyekszik tartani az irányát függetlenül attól, hogy az ADF tüske mit csinál
egészen addig, ameddig a tüske nem stabilizálódik egy helyzetben. Sokkal
súlyosabb probléma, ha az NDB jelét valamilyen természeti akadály, például egy
hegy takarja el a pilóta elől. Legtöbb esetben a műszer valamely
módon jelzi, hogy a kapcsolat megszakadt az ADF toronnyal, például az ADF tüske
az RMI-n hirtelen 90 fokra áll és ott stabilan
megmarad, azonban bizonyos esetekben ránézésre rendkívül nehéz megállapítani,
hogy van-e ADF jel vagy nincs. Éppen ezért rutineljárás, hogy a pilóta az ADF
repülés során többször meghallgatja az NDB állomás azonosító Morze kódját,
főleg ha bizonytalan abban, hogy van e ADF vétele vagy nincs. Manapság ADF
navigációt távoli kis, állandó személyzettel nem rendelkező füves, vagy
kavicsos repülőterek környékén alkalmaznak, mivel rendkívül olcsó és
könnyen javítható rendszerről van szó.
A fejlett GPS navigáció korában a legtöbb pilóta szinte soha nem fog
rászorulni arra, hogy ADF navigációt használjon, azonban bizonyos különleges
esetekben a GPS vagy a VOR nem használható
alternatíva, így minden pilótának tisztában kell lennie az ADF működési
elvével, hasonlóképpen minden műszeres repülésre felkészített
repülőgép képes az ADF navigációra is.
Megoldás: Az ADF rendszerek visszahelyezték a
navigáció nagyját a repülőgépre úgy, hogy a pilótára nem ró különösebb
terhet egy ADF navigációs készülék kezelése
Megoldás: Az ADF rendszerek megjelenésével a földi jeladók technikailag
jelentősen egyszerűsíthetőkké váltak, így rendkívül olcsó
rádiónavigációt képesek nyújtani hosszú távon olyan területeken is, ahol
egyébként semmilyen egyéb navigáció nem állna a pilóta rendelkezésére.
Probléma:
Az ADF rendszerek nem képesek abszolút földrajzi irányokat megadni a pilóta
számára, csupán relatív irányt a toronyhoz képest.
Probléma:
A pilóta továbbra sem képes megítélni a pontos helyzetét a térképen egy ADF
navigáció során, csupán akkor, amikor közvetlenül az NDB felett repül el.
Probléma:
Az ADF vevők nem jelzik a pilótának elég precízen, ha megszakad a
kapcsolat a földi vevővel
Probléma:
Az ADF adók rendkívül érzékenyek az időjárási viszonyokra (villámcsapás),
a terepviszonyokra (magas hegyek), és a napszakra amikor használják őket
(éjszaka jóval nagyobb az esélye, hogy az ionoszféráról zavaró jel jut az ADF
vevőkészülékbe)
A háttérkép a SAAB Grippen típusú
vadászgép radarernyőjének sematikus ábrája
