El radiofaro de baja frecuencia , también conocido como radiofaro de cuatro rumbos , radiofaro de cuatro rumbos LF/MF , radiofaro AN , radiofaro Adcock o comúnmente " el radiofaro ", fue el principal sistema de navegación utilizado por las aeronaves para el vuelo instrumental en las décadas de 1930 y 1940, hasta la llegada del radiofaro omnidireccional VHF (VOR), a partir de finales de la década de 1940. Se utilizó para la navegación en ruta, así como para aproximaciones y esperas instrumentales . [1] [2] [3]
Basado en una red de torres de radio que transmitían señales de radio direccionales , el alcance de la radio definía rutas aéreas específicas en el cielo. Los pilotos navegaban utilizando radio de baja frecuencia escuchando un flujo de códigos Morse "A" y "N" automatizados . Por ejemplo, giraban o deslizaban el avión hacia la derecha cuando escuchaban un flujo "N" ("dah-dit, dah-dit, ..."), hacia la izquierda cuando escuchaban un flujo "A" ("di-dah, di-dah, ..."), y volaban en línea recta cuando estos sonidos se fusionaban para crear un tono constante que indicaba que el avión estaba siguiendo directamente el haz. [4] [5]
A medida que el sistema VOR se fue implantando en todo el mundo, el alcance de radio de baja frecuencia se fue eliminando gradualmente, desapareciendo en su mayor parte en la década de 1970. Actualmente no quedan instalaciones operativas. En su máximo despliegue, había más de 400 estaciones que utilizaban exclusivamente el alcance de radio de baja frecuencia solo en los Estados Unidos continentales. [6] [2]
Después de la Primera Guerra Mundial , la aviación comenzó a expandir su papel al ámbito civil, comenzando con los vuelos de correo aéreo . Pronto se hizo evidente que para la entrega confiable del correo, así como para los vuelos de pasajeros que pronto seguirían, se necesitaba una solución para la navegación nocturna y con poca visibilidad. En los EE. UU., se construyó una red de balizas iluminadas , similares a los faros marítimos , para los pilotos de correo aéreo. Pero las balizas eran útiles principalmente de noche y con buen clima, mientras que en condiciones de poca visibilidad no podían verse. Los científicos e ingenieros se dieron cuenta de que una solución de navegación basada en radio permitiría a los pilotos "ver" en todas las condiciones de vuelo, y decidieron que se necesitaba una red de haces de radio direccionales. [7]
El 24 de septiembre de 1929, el entonces teniente (más tarde general) James H. "Jimmy" Doolittle , del ejército de los EE. UU., demostró el primer vuelo "a ciegas", realizado exclusivamente con referencia a instrumentos y sin visibilidad exterior, y demostró que el vuelo por instrumentos era factible. [8] [9] Doolittle utilizó instrumentos giroscópicos recientemente desarrollados ( indicador de actitud y girocompás ) para ayudarlo a mantener la actitud y el rumbo de su avión , y un sistema de radio direccional especialmente diseñado para navegar hacia y desde el aeropuerto. [10] [nota 1] El equipo experimental de Doolittle fue construido específicamente para sus vuelos de demostración; para que el vuelo por instrumentos se volviera práctico, la tecnología tenía que ser confiable, producida en masa y ampliamente implementada, tanto en tierra como en la flota de aviones. [7]
Hubo dos enfoques tecnológicos para los componentes de radionavegación terrestre y aérea, que se estaban evaluando a finales de la década de 1920 y principios de la de 1930.
En tierra, para obtener haces de radio direccionales con un curso navegable bien definido, se utilizaron inicialmente antenas de bucle cruzado. La Ford Motor Company desarrolló la primera aplicación comercialmente viable de un campo de radio de baja frecuencia basado en bucle. Lo instalaron en sus campos de Dearborn y Chicago en 1926 y presentaron la patente para ello en 1928. [11] [12] Los conceptos anteriores para el sistema se desarrollaron en Alemania en 1906 [13] que luego fueron experimentados por la Oficina de Normas y el Cuerpo de Señales del Ejército de los EE. UU. a principios de la década de 1920. La tecnología fue rápidamente adoptada por el Departamento de Comercio de los EE. UU., que instaló un campo de demostración el 30 de junio de 1928, [2] [7] y la primera serie de estaciones entró en servicio más tarde ese año. [14] Pero el diseño de la antena de bucle generaba ondas ionosféricas polarizadas horizontalmente excesivas que podían interferir con las señales, especialmente por la noche. En 1932, el sistema de antenas Adcock eliminó este problema al contar únicamente con antenas verticales y se convirtió en la solución preferida. La División de Aeronáutica del Departamento de Comercio de los EE. UU . se refirió a la solución Adcock como la "Antena TL" (por "Línea de Transmisión") y al principio no mencionó el nombre de Adcock. [7] [15]
En el aire, también había dos diseños en competencia, originados por grupos de diferentes orígenes y necesidades. El Cuerpo de Señales del Ejército , que representa a los aviadores militares, prefería una solución basada en un flujo de señales de navegación de audio, que se transmitían constantemente a los oídos de los pilotos a través de unos auriculares. Los pilotos civiles, por otro lado, que eran en su mayoría pilotos de correo aéreo que volaban de costa a costa para entregar el correo, sentían que las señales de audio serían molestas y difíciles de usar en vuelos largos, y preferían una solución visual, con un indicador en el panel de instrumentos. [7]
Se desarrolló un indicador visual basado en lengüetas vibratorias, que proporcionaba un indicador simple de "giro a la izquierda-derecha" montado en un panel. Era confiable, fácil de usar y más inmune a las señales erróneas que el sistema basado en audio de la competencia. Los pilotos que habían volado con sistemas auditivos y visuales preferían claramente el tipo visual, según un informe publicado. [7] [16] Sin embargo, el gobierno de los EE. UU. pasó por alto la solución basada en lengüetas y las señales de audio se convirtieron en estándar durante las décadas siguientes. [7] [15]
En la década de 1930, la red de transmisores de radio de baja frecuencia basados en tierra, junto con receptores de radio AM asequibles a bordo, se convirtió en una parte vital del vuelo instrumental. Los transmisores de radio de baja frecuencia proporcionaban orientación de navegación a las aeronaves para operaciones en ruta y aproximaciones en prácticamente todas las condiciones climáticas, lo que ayudó a hacer realidad los cronogramas de vuelo consistentes y confiables. [4]
El sistema de radio siguió siendo el principal sistema de navegación por radio en los EE. UU. y otros países hasta que fue reemplazado gradualmente por la tecnología VOR basada en VHF , muy mejorada , a partir de fines de la década de 1940. El VOR, que todavía se usa hoy en día, incluye un indicador visual de izquierda a derecha. [2] [15] [17] [18]
El componente terrestre de radio de baja frecuencia consistía en una red de estaciones de transmisión de radio que estaban ubicadas estratégicamente en todo el país, a menudo cerca de aeropuertos más grandes, a aproximadamente 200 millas de distancia. Las primeras estaciones de baja frecuencia usaban antenas de bucle cruzado, pero los diseños posteriores de muchas estaciones usaban el conjunto de antenas verticales Adcock para mejorar el rendimiento, especialmente de noche. [3] [7]
Cada estación de rango Adcock tenía cuatro torres de antena de 134 pies de alto (41 m) erigidas en las esquinas de un cuadrado de 425 × 425 pies, con una torre adicional opcional en el centro para transmisión de voz y localización . [3] [7] [15] Las estaciones emitían radiación electromagnética direccional de 190 a 535 kHz y de 50 a 1500 vatios , en cuatro cuadrantes. [1] [19] [nota 2] La radiación de un par de cuadrantes opuestos se moduló (a una frecuencia de audio de 1020 Hz ) con un código Morse para la letra A ( · — ), y el otro par con la letra N ( — · ). [nota 3] Las intersecciones entre los cuadrantes definían cuatro líneas de rumbo que emanaban de la estación transmisora, a lo largo de cuatro direcciones de brújula, donde las señales A y N tenían la misma intensidad, y sus códigos Morse combinados se fusionaban en un tono de audio constante de 1020 Hz. Estas líneas de rumbo (también llamadas "tramos"), donde solo se podía escuchar un tono, definían las vías aéreas . [17]
Además de la señal de modulación A o N repetitiva , cada estación transmisora también transmitiría su identificador de código Morse (normalmente 2 o 3 letras) una vez cada treinta segundos para una identificación positiva. [20] La identificación de la estación se enviaría dos veces: primero en el par N de transmisores, luego en el A , para asegurar la cobertura en todos los cuadrantes. [3] [nota 4] Además, en algunas instalaciones las condiciones meteorológicas locales se transmitían periódicamente en voz sobre la frecuencia de alcance, precediendo a las señales de navegación, pero finalmente esto se hizo en la quinta torre central. [21] [nota 5]
El alcance de radio de baja frecuencia originalmente estaba acompañado por radiobalizas aeronáuticas , que se usaban como respaldo visual, especialmente para vuelos nocturnos. [4] A veces se incluían "radiobalizas" adicionales (transmisores de radio VHF de baja potencia) como puntos de orientación complementarios. [22]
Los receptores de radio de a bordo (inicialmente simples equipos de modulación de amplitud [AM]) se sintonizaban con la frecuencia de los transmisores terrestres de radio de baja frecuencia, y el audio del código Morse se detectaba y amplificaba en altavoces, normalmente en auriculares que llevaban los pilotos. [4] Los pilotos escuchaban constantemente la señal de audio e intentaban volar el avión a lo largo de las líneas de rumbo ("volando por el haz"), donde se oía un tono uniforme. Si la señal de una sola letra ( A o N ) se volvía audiblemente distinta, el avión giraba según fuera necesario para que la modulación de las dos letras se superpusiera de nuevo, y el audio del código Morse se convirtiera en un tono constante. [2] La región "en curso", donde la A y la N se fusionaban audiblemente, tenía aproximadamente 3° de ancho, lo que se traducía en un ancho de curso de ±2,6 millas a 100 millas de la estación. [4]
Los pilotos tenían que verificar que estaban sintonizados en la frecuencia correcta de la estación de alcance comparando su identificador de código Morse con el publicado en sus cartas de navegación. También verificaban que estaban volando hacia o alejándose de la estación, determinando si el nivel de la señal (es decir, el volumen del tono audible) se estaba haciendo más fuerte o más débil. [4] [5] [nota 7]
Los segmentos de aproximación final de las aproximaciones instrumentales por radio de baja frecuencia se realizaban normalmente cerca de la estación de alcance, lo que garantizaba una mayor precisión. Cuando el avión se encontraba sobre la estación, la señal de audio desaparecía, ya que no había señal de modulación directamente sobre las torres de transmisión. Esta zona tranquila, llamada el " cono de silencio ", indicaba a los pilotos que el avión se encontraba directamente sobre la estación, lo que servía como punto de referencia terrestre positivo para el procedimiento de aproximación. [2] [4]
En un procedimiento típico de aproximación instrumental por radio de baja frecuencia, la aproximación final comenzaría sobre la estación de alcance, con un viraje hacia un curso específico. El piloto descendería a una altitud mínima de descenso (MDA) especificada, y si el aeropuerto no estuviera a la vista dentro de un tiempo especificado (según la velocidad terrestre ), se iniciaría un procedimiento de aproximación frustrada . En el procedimiento de aproximación por radio de baja frecuencia representado en Joliet, IL , la altitud mínima de descenso podría ser tan baja como 300 pies AGL y la visibilidad mínima requerida sería de una milla, dependiendo del tipo de aeronave. [22] [23]
El alcance de la radio de baja frecuencia también permitió al control del tráfico aéreo ordenar a los pilotos que entraran en un patrón de espera "en el haz", es decir, en uno de los tramos de baja frecuencia, con el punto de espera (punto de giro clave) sobre la estación de radio de baja frecuencia, en el cono de silencio o sobre uno de los marcadores de abanico. Las esperas se utilizaban durante la parte en ruta de un vuelo o como parte del procedimiento de aproximación cerca del aeropuerto terminal. Las esperas de radio de baja frecuencia eran más precisas que las esperas de radiofaro no direccional (NDB), ya que los cursos de espera NDB se basan en la precisión de la brújula magnética de a bordo , mientras que la espera de radio de baja frecuencia era tan precisa como el tramo de radio de baja frecuencia, con un ancho de curso aproximado de 3°. [3]
Desde sus inicios a principios de la década de 1930, la radio de baja frecuencia se complementó con radiobalizas no direccionales de baja frecuencia (NDB). Mientras que la radio de baja frecuencia requería una instalación terrestre compleja y solo un receptor AM simple a bordo del avión, las instalaciones terrestres NDB eran transmisores simples de una sola antena que requerían un equipo algo más complejo a bordo del avión. El patrón de emisión de radio del NDB era uniforme en todas las direcciones en el plano horizontal . El receptor a bordo del NDB se llamaba radiogoniómetro (RDF). La combinación NDB-RDF permitía a los pilotos determinar la dirección de la estación terrestre del NDB en relación con la dirección en la que apuntaba el avión. Cuando se usaba junto con la brújula magnética de a bordo , el piloto podía navegar hacia o desde la estación a lo largo de cualquier curso elegido que irradiara desde la estación.
Los primeros receptores RDF eran costosos, voluminosos y difíciles de operar, pero la instalación terrestre, más sencilla y económica, permitió la fácil incorporación de puntos de referencia y aproximaciones basados en NDB , para complementar el sistema de radio de baja frecuencia. [4] Los receptores RDF modernos, llamados "radiogoniómetros automáticos" (o "ADF"), son pequeños, de bajo coste y fáciles de operar. El sistema NDB-ADF sigue siendo hoy en día un complemento y respaldo de los sistemas de navegación VOR y GPS más nuevos , aunque se está eliminando gradualmente. [24] [25] Todas las preguntas relacionadas con la operación de NDB/ADF se eliminaron de los materiales de prueba de certificación de pilotos de la FAA antes de octubre de 2017. [26]
Aunque el sistema de radio de baja frecuencia se utilizó durante décadas como el principal método de navegación aeronáutica en condiciones de baja visibilidad y en vuelos nocturnos, tenía algunas limitaciones y desventajas bien conocidas. Los pilotos tenían que escuchar las señales, a menudo durante horas, a través de los auriculares de primera generación de la época. Las líneas de rumbo, que eran el resultado de un equilibrio entre los patrones de radiación de los diferentes transmisores, fluctuaban dependiendo de las condiciones meteorológicas, la vegetación o la capa de nieve cerca de la estación, e incluso el ángulo de la antena del receptor en el aire . En algunas condiciones, las señales del cuadrante A "saltaban" al cuadrante N (o viceversa), causando un "rumbo virtual" falso que se alejaba de cualquier línea de rumbo real. Además, las tormentas eléctricas y otras perturbaciones atmosféricas creaban interferencias electromagnéticas que interrumpían las señales de alcance y producían "estática" crepitante en los auriculares de los pilotos. [21]
El sistema de navegación por radio de baja frecuencia requería, como mínimo, solo un simple receptor de radio AM a bordo del avión para navegar con precisión por las vías aéreas en condiciones meteorológicas instrumentales e incluso ejecutar una aproximación instrumental a mínimos bajos. [nota 8] Sin embargo, en el lado negativo, solo tenía cuatro direcciones de rumbo por estación, era sensible a interferencias y aberraciones atmosféricas y de otro tipo, y requería que los pilotos escucharan durante horas un molesto pitido monótono o un débil flujo de códigos Morse, a menudo incrustados en "estática" de fondo . Su eventual reemplazo, el sistema de navegación VOR de banda VHF , tenía muchas ventajas. El VOR era virtualmente inmune a las interferencias, tenía 360 direcciones de rumbo disponibles, tenía una pantalla visual de "en curso" (sin necesidad de escuchar) y era mucho más fácil de usar. [18] En consecuencia, cuando el sistema VOR estuvo disponible a principios de la década de 1950, su aceptación fue rápida y en una década la radio de baja frecuencia fue prácticamente eliminada. Hoy en día, el propio VOR se está sustituyendo gradualmente por el muy superior Sistema de Posicionamiento Global (GPS). [15] [25]
Los siguientes son sonidos simulados para la radio de baja frecuencia de Silver Lake . La estación de alcance, ubicada a unas 10 millas al norte de Baker, California , interrumpiría las señales de navegación cada 30 segundos para transmitir su identificador de código Morse ("RL"). La identificación de la estación se escucharía una o dos veces, posiblemente con diferentes amplitudes relativas, dependiendo de la ubicación de la aeronave. [3] Los pilotos escucharían y navegarían por estos sonidos durante horas mientras volaban. [2] [4] Los sonidos reales contenían "estática" , interferencias y otras distorsiones, no reproducidas por la simulación. [4] Ajustar el volumen afectaría el ancho de curso efectivo. [3] Por ejemplo, en el sonido simulado para "crepúsculo" A a continuación, donde la aeronave está casi en el haz pero ligeramente dentro del cuadrante A , un volumen bajo casi oscurece el débil sonido A , mientras que un volumen alto lo hace más distintivo.
(Consulte Wikipedia:Ayuda multimedia si tiene problemas al reproducir estos archivos de sonido).
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