Mikrovlnný pristávací systém (MLS)

Mikrovlnný pristávací systém (MLS) je pozemná rádiová navigačná pomôcka, ktorá revolučným spôsobom zmenila presné priblíženie a pristátie lietadiel. Prevádzkuje v mikrovlnnom pásme 5 GHz a bol navrhnutý na prekonanie obmedzení starších systémov presného priblíženia (ILS), pričom ponúka vyššiu flexibilitu, širšie uhlové pokrytie a väčšiu odolnosť voči odrazom a rušeniu signálu. Vďaka tomu je MLS obzvlášť vhodný pre zložité letiskové prostredia vyžadujúce viaceré, flexibilné prístupové cesty – vrátane priamočiarých, odsadených, zakrivených a segmentovaných postupov.

MLS je štandardizovaný Medzinárodnou organizáciou pre civilné letectvo (ICAO) v prílohe 10 a pôvodne bol určený na celosvetovú náhradu ILS, najmä na letiskách, kde bolo umiestnenie ILS neuskutočniteľné kvôli terénu, prekážkam alebo urbanizácii. Hoci dnes MLS v bežnej prevádzke nahradili satelitné navigačné systémy, technické inovácie a prevádzkové koncepty MLS zostávajú základom pre vývoj moderných navigačných systémov.

Pozemný segment MLS

Pozemná infraštruktúra MLS pozostáva z vysoko presných mikrovlnných vysielačov a podporného vybavenia, strategicky umiestnených pre optimalizáciu pokrytia a flexibility pre konkrétnu dráhu. Modulárny dizajn umožňuje prispôsobenie špecifickému rozloženiu letiska a voliteľné vysielače je možné pridať pre špeciálne operácie.

Vysielače MLS pracujú v mikrovlnnom pásme 5031–5091 MHz, s možnosťou až 200 diskrétnych kanálov pre navádzanie a dáta. DME/P (Distance Measuring Equipment, Precision) pracuje v UHF pásme 962–1105 MHz. Všetky vysielače využívajú časové delenie multiplexu (TDM) na vysielanie uhlového navádzania a prevádzkových údajov, čím zabezpečujú efektívne využitie spektra a integritu systému.

ICAO vyžaduje, aby každá inštalácia MLS vysielala jedinečný štvormiestny identifikátor v Morseovej abecede začínajúci na “M” aspoň šesťkrát za minútu, čím sa zabezpečí jednoznačná identifikácia systému.

Flexibilita umiestnenia je jednou z hlavných výhod MLS. Na rozdiel od ILS, ktorý vyžaduje presné a prehľadné umiestnenie antén, vysielače MLS je možné umiestniť podľa potrieb letiska, terénu a urbanizácie pri zachovaní širokého pokrytia – typicky aspoň ±40° (rozšíriteľné na ±60°) od osi dráhy, do 15° vo výške a s pokrytím nad 20 námorných míľ.

Palubný segment MLS

Na palube lietadla je schopnosť MLS zabezpečená sadou špecializovaných avionických zariadení:

• MLS prijímač: Dekóduje signály azimutu, elevácie a dát zo zeme.
• MLS antény: Typicky umiestnené na nose alebo bruchu lietadla pre optimálne prijímanie mikrovĺn.
• DME interrogátor: Vysiela pulzné páry a meria oneskorenie tam a späť pre presné určenie vzdialenosti.
• MLS indikátor/displej: Zobrazuje v reálnom čase odchýlku kurzu, uhol sklzu a vzdialenosť, integrovaný s kokpitovými displejmi (EFIS, MFD alebo dedikované indikátory).
• Integrácia s FMS: Moderné lietadlá môžu MLS priamo integrovať s letovým manažmentovým systémom, čím sa umožňuje automatizované vykonávanie komplexných priblížení a znižuje záťaž pilota.

Prísne bezpečnostné normy (RTCA DO-178C pre softvér, DO-254 pre hardvér) sa vzťahujú na všetky avionické zariadenia MLS. Redundancia, diagnostika v reálnom čase a krížová kontrola s inými navigačnými zdrojmi (napr. GPS, inerciálne systémy) sú štandardom pre zabezpečenie odolnej a bezpečnej prevádzky.

Prevádzkový postup

Počas priblíženia s MLS posádka vyberie požadovaný kanál, overí Morseov identifikátor a MLS prijímač nepretržite dekóduje bočné, zvislé a diaľkové navádzanie a zobrazuje ho v reálnom čase. Pri zložitých typoch priblíženia využíva FMS dáta MLS na vedenie autopilota alebo letového režiséra po predprogramovaných zakrivených alebo segmentovaných dráhach.

Azimutový vysielač (AZ)

Azimutový vysielač MLS je hlavným zdrojom bočného navádzania, využívajúc presne riadený, skenujúci mikrovlnný lúč na definovanie prístupového koridoru.

• Pokrytie: Minimálne ±40°, rozšíriteľné na ±60° od osi dráhy, do 15° vo výške, a viac ako 20 NM v dosahu.
• Umiestnenie: Typicky 300 metrov za koncom dráhy, flexibilné podľa potrieb letiska.
• Signál: Časovo multiplexovaný lúč sa strieda s dátovými burstami; zahrnutý je jedinečný Morseov identifikátor.

V porovnaní s ILS lokálnymi anténami je AZ vysielač menej citlivý na odrazy od zeme a prekážky v prostredí, čím poskytuje spoľahlivé navádzanie aj v zložitých letiskových podmienkach.

Eleváciový vysielač (EL)

Eleváciový vysielač poskytuje vertikálne navádzanie po sklzovej rovine pomocou skenujúceho lúča, ktorý definuje optimálny uhol zostupu.

• Pokrytie: Do 15° nad horizont, bočné pokrytie zodpovedá AZ vysielaču.
• Umiestnenie: Približne 120 metrov bočne od prahu dráhy, umiestnenie je možné prispôsobiť.
• Funkcia: Podporuje voliteľné sklzové uhly (bežne 2,5°–3,5°, do 15° pre špeciálne priblíženia).

Technika skenovacieho lúča umožňuje lietadlu presne merať vertikálnu odchýlku a podporuje štandardné aj prispôsobené profily priblíženia podľa terénu, prekážok či požiadaviek na zníženie hluku.

Vybavenie na meranie vzdialenosti (DME/P)

DME/P poskytuje vysoko presné meranie šikmej vzdialenosti, nevyhnutné pre trojrozmerné navádzanie pri priblížení.

• Prevádzka: Lietadlo vysiela páry pulzov; pozemná stanica odpovedá. Palubný systém meria oneskorenie tam a späť na určenie vzdialenosti v reálnom čase.
• Presnosť: Do ±30 metrov, v súlade s presnými normami ICAO.
• Integrácia: DME/P je naviazaný na MLS kanál a umiestnený spolu s AZ vysielačom.

Dosah DME/P je kľúčový na identifikáciu priblížených bodov, zostupových bodov a miest pre nezdařené priblíženie a podporuje vykonávanie komplexných, vzdialenosťou definovaných postupov.

Spätný azimutový vysielač

Voliteľná súčasť, spätný azimutový vysielač poskytuje opačné bočné navádzanie pre nezdařené priblíženia alebo odlety v opačnom smere dráhy. Využíva rovnaké techniky skenovacieho lúča a TDM ako hlavný AZ a je umiestnený na opačnom konci dráhy alebo inom strategickom bode, aby zabezpečil nepretržité a vysoko spoľahlivé navádzanie pre prílety aj odlety.

Pomocné dátové vysielače

Tieto voliteľné vysielače vysielajú doplnkové údaje – ako aktuálne počasie, stav dráhy a prevádzkové oznamy – na dátovom kanáli MLS. Piloti tieto informácie prijímajú a zobrazujú na kokpitových displejoch, čo zvyšuje situačné povedomie a znižuje závislosť na samostatnej hlasovej alebo dátovej komunikácii.

Princíp skenovacieho lúča MLS

MLS dosahuje presnosť použitím techniky skenovacieho lúča pre azimutové aj eleváciové vysielače. Každý vysielač zametá úzky, vysokofrekvenčný mikrovlnný lúč cez svoj sektor konštantnou rýchlosťou. Palubný prijímač deteguje časovanie “TO” a “FROM” lalokov pri ich prechode a z vypočítaného časového intervalu určí svoju uhlovú polohu – čím zabezpečí vysoko presné a voči rušeniu odolné navádzanie.

• Výhody: Široké uhlové pokrytie, presnosť neovplyvnená viacnásobnými odrazmi a simultánny prenos navádzania aj dát.

Časové delenie multiplexu (TDM) v MLS

MLS používa časové delenie multiplexu na prenos azimutu, elevácie, vzdialenosti a dát po jednom frekvenčnom kanáli. Každá funkcia má pridelený konkrétny časový slot, čím sa eliminuje rušenie a umožňuje až 200 diskrétnych kanálov na letisko. Táto inovácia umožňuje MLS poskytovať robustné, simultánne navádzanie aj informačné služby, a to aj v hustých prevádzkových prostrediach.

Typy navádzania MLS

Navádzanie priblíženia v azimute

Presné bočné zarovnanie, podpora priamočiarých, odsadených a zakrivených priblížení – vrátane súčasných paralelných operácií na zložitých letiskách.

Navádzanie v elevácii

Definovanie vertikálnej zostupovej dráhy s voliteľnými sklzovými uhlami od štandardných (2,5–3,5°) po strmé (do 15°), prispôsobené terénu, prekážkam alebo hlukovým obmedzeniam.

Navádzanie v diaľke

Súvislé, presné šikmé meranie vzdialenosti z DME/P, dôležité pre identifikáciu bodov priblíženia, zostupových bodov a miest pre nezdařené priblíženie.

Dátová komunikácia

Digitálne správy vložené do signálu MLS prenášajú identifikáciu stanice, stav prevádzky a voliteľné údaje o počasí/dráhe v reálnom čase.

Spätné navádzanie v azimute

Presné bočné navádzanie pre opačné (protismerné) priblíženia, odlety a nezdařené priblíženia.

Typy priblížení MLS a prevádzková flexibilita

• Priamočiare priblíženia: Zarovnané s osou dráhy, podobne ako ILS, ale s širším a robustnejším pokrytím.
• Odsadené priblíženia: Navádzanie pre trasy odsadené od osi dráhy na obídenie prekážok alebo citlivých oblastí; umožňuje široký azimutový sektor.
• Zakrivené/segmentované priblíženia: MLS podporuje nelineárne dráhy, vrátane segmentovaných a plynulých oblúkov, naprogramovaných do FMS pre pokročilé príchodové trasy.

MLS vs. ILS

Historický kontext a súčasný stav

Napriek technickej nadradenosti a flexibilite bol MLS prekonaný rozvojom satelitnej navigácie (napr. GPS, WAAS, GBAS), ktorá poskytuje globálne pokrytie a vyžaduje menej pozemnej infraštruktúry. Väčšina civilných inštalácií MLS bola vyradená z prevádzky, avšak systém má stále význam vo vojenských a špecializovaných úlohách a jeho inovácie sú základom pre vývoj moderných technológií presného priblíženia.

Zhrnutie

Mikrovlnný pristávací systém (MLS) predstavoval veľký krok vpred v oblasti pozemnej presnej navigácie, poskytujúc robustné, flexibilné a voči rušeniu odolné navádzanie pre priblíženie a pristátie lietadiel. Jeho odkaz pretrváva v dnešných satelitných systémoch a jeho technické prínosy naďalej formujú budúcnosť leteckej navigácie.

Referencie

• 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 (Softvér), DO-254 (Hardvér)
• Eurocontrol – The Microwave Landing System (MLS): Principles, Implementation and Transition

Ďalšie pojmy

• Instrument Landing System (ILS)
• Global Navigation Satellite System (GNSS)
• Ground-Based Augmentation System (GBAS)
• Distance Measuring Equipment (DME)
• Flight Management System (FMS)