Microwave-Landesystem (MLS)

Das Microwave-Landesystem (MLS) ist eine bodengebundene Funknavigationshilfe, die Präzisionsanflug- und Landeoperationen für Flugzeuge revolutionierte. MLS arbeitet im 5-GHz-Mikrowellenband und wurde entwickelt, um die Einschränkungen herkömmlicher Instrumentenlandesysteme (ILS) zu überwinden. Es bietet erhöhte Flexibilität, eine breitere Winkelabdeckung und eine höhere Resistenz gegenüber Signalreflexionen und Störungen. Dadurch eignet sich MLS besonders für komplexe Flughäfen, die mehrere, flexible Anflugwege benötigen – einschließlich gerader, versetzter, gekrümmter und segmentierter Verfahren.

Das System wurde von der Internationalen Zivilluftfahrtorganisation (ICAO) nach Anhang 10 standardisiert und war ursprünglich als weltweiter Ersatz für ILS vorgesehen, insbesondere an Flughäfen, an denen eine ILS-Installation aufgrund von Gelände, Hindernissen oder Bebauung nicht praktikabel war. Obwohl satellitengestützte Navigationssysteme MLS mittlerweile im breiten Einsatz abgelöst haben, bleiben die technischen Innovationen und Betriebskonzepte des MLS grundlegend für die Entwicklung moderner Navigationssysteme.

MLS-Bodensegment

Die MLS-Bodeninfrastruktur besteht aus hochpräzisen Mikrowellensendern und unterstützender Ausrüstung, die strategisch platziert werden, um die Abdeckung und Flexibilität für eine bestimmte Landebahn zu optimieren. Das modulare Design ermöglicht die Anpassung an spezifische Flughafenlayouts, und optionale Sender können für spezielle Operationen hinzugefügt werden.

MLS-Sender arbeiten im Mikrowellenband von 5031–5091 MHz, mit bis zu 200 diskreten Kanälen für Anflugsführung und Daten. DME/P (Distance Measuring Equipment, Precision) arbeitet im UHF-Band von 962–1105 MHz. Alle Sender nutzen Zeitmultiplexverfahren (TDM), um sowohl Winkel- als auch Betriebsdaten zu übertragen und so eine effiziente Spektrumausnutzung und Systemintegrität zu gewährleisten.

Die ICAO schreibt vor, dass jede MLS-Installation mindestens sechsmal pro Minute einen eindeutigen Morsecode mit vier Buchstaben, beginnend mit „M“, aussendet, um eine eindeutige Systemidentifikation sicherzustellen.

Die flexible Standortwahl ist eine der herausragenden Stärken des MLS. Im Gegensatz zum ILS, das eine exakte und freie Antennenplatzierung erfordert, können MLS-Sender so platziert werden, dass sie Flughafenbeschränkungen, Gelände und Bebauung berücksichtigen, während sie dennoch eine breite Abdeckung gewährleisten – typischerweise mindestens ±40° (erweiterbar auf ±60°) von der Bahnachse, bis zu 15° in der Elevation und über 20 nautische Meilen weit.

MLS-Bordsegment

Im Flugzeug wird die MLS-Fähigkeit durch eine Reihe spezialisierter Avioniksysteme bereitgestellt:

• MLS-Empfänger: Dekodiert Azimut-, Elevations- und Datensignale vom Boden.
• MLS-Antennen: Typischerweise am Bug oder Bauch montiert für optimalen Mikrowellenempfang.
• DME-Interrogator: Sendet Puls-Paare und misst die Laufzeit für präzise Entfernungsangaben.
• MLS-Anzeige/Display: Zeigt in Echtzeit Führung zu Kursabweichung, Gleitweg und Entfernung an, integriert in Cockpit-Anzeigen (EFIS, MFD oder dedizierte Anzeigen).
• FMS-Integration: Moderne Flugzeuge können MLS direkt mit dem Flugmanagementsystem integrieren, was die automatisierte Durchführung komplexer Anflüge und eine reduzierte Arbeitsbelastung für die Besatzung ermöglicht.

Strenge Sicherheitsstandards (RTCA DO-178C für Software, DO-254 für Hardware) gelten für alle MLS-Avioniksysteme. Redundanz, Echtzeitdiagnosen und Kreuzüberprüfung mit anderen Navigationsquellen (z. B. GPS, Inertialsysteme) sind Standard und sorgen für einen widerstandsfähigen und ausfallsicheren Betrieb.

Betriebsablauf

Während eines MLS-Anflugs wählt die Besatzung den gewünschten Kanal, überprüft den Morsecode und der MLS-Empfänger dekodiert kontinuierlich die seitliche, vertikale und Entfernungsführung und stellt sie in Echtzeit dar. Bei komplexen Anflugarten nutzt das FMS die MLS-Daten, um den Autopiloten oder Flugregler entlang vorprogrammierter gekrümmter oder segmentierter Wege zu führen.

Azimut-Sender (AZ)

Der MLS-Azimut-Sender ist die primäre Quelle für seitliche Führung und nutzt einen präzise gesteuerten, abtastenden Mikrowellenstrahl, um den Anflugkorridor zu definieren.

• Abdeckung: Mindestens ±40°, erweiterbar auf ±60° von der Bahnachse, bis zu 15° in der Elevation und über 20 NM Reichweite.
• Standort: Typischerweise 1.000 Fuß hinter dem Landebahnende, mit flexibler Platzierung entsprechend Flughafenbedingungen.
• Signal: Zeitmultiplexierter Strahl wechselt mit Datenblöcken; eindeutiger Morsecode inklusive.

Im Vergleich zu ILS-Lokalizer-Antennen ist der AZ-Sender weniger empfindlich gegenüber Bodenreflexionen und Umgebungsstörungen und bietet auch in komplexen Flughafenbereichen zuverlässige Führung.

Elevationssender (EL)

Der Elevationssender liefert vertikale Gleitwegführung durch einen abtastenden Strahl, der den optimalen Anflugwinkel definiert.

• Abdeckung: Bis zu 15° über der Horizontalen, seitliche Abdeckung wie der AZ-Sender.
• Standort: Ca. 400 Fuß seitlich von der Bahnschwelle, Platzierung nach Bedarf anpassbar.
• Funktion: Unterstützt wählbare Gleitwinkel (meist 2,5°–3,5°, bis zu 15° bei besonderen Anflügen).

Die Abtaststrahltechnik ermöglicht es dem Flugzeug, die vertikale Abweichung präzise zu messen und sowohl Standard- als auch angepasste Anflugprofile für Gelände, Hindernisse oder Lärmschutzanforderungen zu unterstützen.

Distance Measuring Equipment (DME/P)

DME/P liefert hochpräzise Schrägentfernung, die für die dreidimensionale Anflugsführung unerlässlich ist.

• Betrieb: Das Flugzeug sendet Puls-Paar-Anfragen, die Bodenstation antwortet. Das Bordsystem misst die Laufzeit für die Echtzeit-Entfernung.
• Genauigkeit: Innerhalb von ±100 Fuß (30 Meter), konform zu ICAO-Präzisionsstandards.
• Integration: DME/P ist mit dem MLS-Kanal gekoppelt und mit dem AZ-Sender ko-lokalisiert.

Die DME/P-Entfernung ist entscheidend für die Identifikation von Anflugpunkten, Schritt-für-Schritt-Segmenten und Ausweichverfahren und unterstützt die Durchführung komplexer, entfernungsdefinierter Verfahren.

Rückazimut-Sender

Ein optionaler Bestandteil: Der Rückazimut-Sender liefert reziproke seitliche Führung für Ausweichmanöver oder Starts in entgegengesetzter Richtung. Er nutzt dieselbe Abtaststrahl- und TDM-Technik wie der Haupt-AZ und ist am gegenüberliegenden Ende der Landebahn oder an einem strategischen Punkt platziert, um durchgängige, hochintegritätsgeführte An- und Abflüge zu gewährleisten.

Zusätzliche Datensender

Diese optionalen Sender übertragen ergänzende Daten – wie Echtzeit-Wetter, Landebahnstatus und betriebliche Hinweise – über den MLS-Datenkanal. Flugzeugbesatzungen empfangen und sehen diese Informationen auf Cockpit-Anzeigen, was die Situationswahrnehmung verbessert und die Abhängigkeit von separaten Sprach- oder Datenkommunikationen reduziert.

MLS-Abtaststrahlprinzip

MLS erreicht seine Präzision durch das Abtaststrahlverfahren sowohl beim Azimut- als auch beim Elevationssender. Jeder Sender schwenkt einen schmalen, hochfrequenten Mikrowellenstrahl mit konstanter Geschwindigkeit durch seinen Sektor. Der Bordeempfänger erkennt die Zeitpunkte der „TO“- und „FROM“-Lobes und berechnet daraus die Winkelposition – so entsteht eine hochgenaue, störungsresistente Führung.

• Vorteile: Breite Winkelabdeckung, Präzision unabhängig von Mehrwegeinterferenzen und gleichzeitige Übertragung von Führung und Daten.

Zeitmultiplexverfahren (TDM) im MLS

MLS nutzt das Zeitmultiplexverfahren zur Übertragung von Azimut-, Elevations-, Entfernungs- und Dateninformationen über einen einzigen Frequenzkanal. Jede Funktion erhält einen bestimmten Zeitschlitz, wodurch Störungen ausgeschlossen und bis zu 200 diskrete Kanäle pro Flughafen ermöglicht werden. Diese Innovation erlaubt es MLS, robuste, gleichzeitige Führungs- und Informationsdienste auch in dichten Betriebsumgebungen bereitzustellen.

MLS-Führungsarten

Azimutführung im Anflug

Präzise seitliche Ausrichtung, unterstützt gerade, versetzte und gekrümmte Anflüge – einschließlich gleichzeitiger Paralleloperationen an komplexen Flughäfen.

Elevationsführung

Definition des vertikalen Sinkpfads mit wählbaren Gleitwinkeln von Standard (2,5–3,5°) bis steil (bis zu 15°), angepasst an Gelände, Hindernisse oder Lärmschutzauflagen.

Entfernungsführung

Kontinuierliche, präzise Schrägentfernung (DME/P), unerlässlich zur Identifikation von Anflugpunkten, Segmenten und Ausweichverfahren.

Datenkommunikation

Digitale Nachrichten im MLS-Signal übertragen Stationsidentifikation, Betriebsstatus und optionale Wetter-/Landebahndaten in Echtzeit.

Rückazimutführung

Präzise seitliche Führung für reziproke (entgegengesetzte) Anflüge, Starts und Ausweichverfahren.

MLS-Anflugarten und betriebliche Flexibilität

• Gerade Anflüge: Ausrichtung auf die Bahnachse wie beim ILS, jedoch mit breiterer, robusterer Abdeckung.
• Versetzte Anflüge: Führung für Bahnen, die von der Achse abweichen, um Hindernisse oder sensible Bereiche zu umgehen – ermöglicht durch breite Azimutbereiche.
• Gekrümmte/Segmentierte Anflüge: MLS unterstützt nichtlineare Wege einschließlich segmentierter und kontinuierlich gekrümmter Anflüge, die im FMS für fortschrittliche Anflugrouten programmiert werden können.

MLS vs. ILS

Historischer Kontext und aktueller Stand

Trotz seiner technischen Überlegenheit und Flexibilität wurde MLS von Fortschritten in der satellitengestützten Navigation (z. B. GPS, WAAS, GBAS) überholt, die globale Abdeckung bieten und weniger Bodeninfrastruktur erfordern. Die meisten zivilen MLS-Installationen wurden außer Betrieb genommen, das System bleibt jedoch in militärischen und speziellen Anwendungen relevant und seine Innovationen bilden die Grundlage für die Weiterentwicklung moderner Präzisionsanflugtechnologien.

Zusammenfassung

Das Microwave-Landesystem (MLS) war ein großer Fortschritt in der bodengebundenen Präzisionsnavigation und bot robuste, flexible und störungsresistente Führung für Flugzeuganflug und -landung. Sein Vermächtnis lebt in den heutigen satellitengestützten Systemen weiter und seine technischen Beiträge prägen weiterhin die Zukunft der Luftfahrtnavigation.

Quellen

• ICAO Annex 10, Volume I – Aeronautical Telecommunications, Radio Navigation Aids
• FAA Order 8200.1 – United States Standard for Terminal Instrument Procedures (TERPS)
• RTCA DO-178C (Software), DO-254 (Hardware)
• Eurocontrol – The Microwave Landing System (MLS): Principles, Implementation and Transition

Siehe auch

• Instrumentenlandesystem (ILS)
• Globales Navigationssatellitensystem (GNSS)
• Bodenbasiertes Erweiterungssystem (GBAS)
• Distance Measuring Equipment (DME)
• Flugmanagementsystem (FMS)