Początki nawigacji lotniczej. 2013r.

Kraków 2013-10-10

Początki nawigacji lotniczej.

Początki nawigacji lotniczej wiążą się z początkami komunikacji lotniczej realizowanej przy pomocy sterowców, czyli aerostatów z własnym napędem. W dniu 9.08.1884 roku, w Chalais-Meudon kpt. Charles Renard i kpt. Arthur Krebs pokonali 7 600 m trasę sterowcem La France z prędkością niemal 20 km/h (5,5 m/s). Sterowiec o wydłużonym kształcie miał podwieszoną gondolę, na końcu której był zamocowany silnik elektryczny o mocy 6,6 kW ze śmigłem. Statkiem kierowano za pomocą steru. Od tego momentu nastąpił szybki rozwój tych konstrukcji w Europie i USA. Problemów w nawigacji nad lądami praktycznie nie było. Należało tylko dobrze rozpoznać warunki pogodowe i posiadać dobre mapy. Korzystano z dobrze widocznych z powietrza szlaków kolejowych, rzek, miast i miejscowości (z charakterystycznymi budowlami). Na sterowcach montowano urządzenia łączności oraz aparaty fotograficzne, co pozwoliło na zebranie sporych doświadczeń. Problemy zaczęły się z chwilą pierwszych przelotów z Europy do USA nad Atlantykiem. Wówczas szeroko wykorzystano doświadczenia żeglugi dalekomorskie. Często na pokładach sterowców w załogach znajdowali się oficerowie nawigatorzy żeglugi morskiej. Seria katastrof sterowców, wypełnionych wodorem, spowodowała likwidację komunikacji lotniczej przy pomocy sterowców.

Latarnie morskie oraz latarnie lotniskowe i trasowe.

Latarnia morska to znak nawigacyjny w postaci charakterystycznej wieży umieszczonej na brzegu lub wodzie (latarniowiec) wysyłający sygnały świetlne. W dawnych czasach ogień rozpalany był także na skałach lub unoszony za pomocą żurawia. Latarnia morska często wysyła także sygnały radiowe (radiolatarnia). Latarnia w czasie mgły może wysyłać sygnały dźwiękowe.

Latarnie morskie istniały już w starożytności. Opisy pierwszych kolumn, na których rozpalano ogień pochodzą z 400 roku p.n.e.. Najbardziej znana była latarnia na wyspie Faros z około 280 roku p.n.e.. Na terenie Polski najstarsze wzmianki o rozpalaniu ognia na brzegu (Garnek Wulkana) pochodzą z około 1070 roku. Często do tego celu wykorzystywano istniejące obiekty, na przykład na Helu pierwszą latarnią był ogień rozpalany na wieży kościoła. Osobą obsługującą latarnię morską był latarnik.

Skuteczności latarni morskich postanowiono wykorzystać także w lotnictwie. Pierwsze latarnie lotniskowe pojawiły się 20-latach XX wieku. Prawie natychmiast (głównie w USA) zaczęto stosować latarnie trasowe, czyli umieszczone na trasach przelotu samolotów między lotniskami. Latarnie lotniskowe i trasowe miały określoną charakterystykę; intensywność światła, barwa światła, cykl błysków (zależny od szybkości obrotów reflektora), dodatkowe oświetlenie wskazujące maksymalną wysokość budowli. Oświetlenie było już elektryczne. Same budowle zwykle miały konstrukcję kratownicową, stalową. Wysokość od 15 m do 30 m (czasem 50 m), zależna od ukształtowania terenu. Ich wadą była niedostateczna widoczność lub jej brak w złych warunkach pogodowych. Dodatkowo, wprowadzane nowe samoloty latały wyżej i szybciej. 40-lata to schyłek tego typu nawigacji. Niektóre z tych masztów, z uwagi na solidność konstrukcji, zostały wykorzystane w systemach radionawigacyjnych. Aktualnie latarnie lotniskowe i trasowe nie są używane, niemniej jednak oświetlenie ścieżki schodzenia i RWY jest pokłosiem tych pierwszych latarni lotniskowych.

Fale elektromagnetyczne.

Odkrycie, a następnie zbadanie i wykorzystanie fal elektromagnetycznych jest największym krokiem milowym w nawigacji. Najpierw powstało radio, które przyczyniło się do rozwoju łączności. Niemal równolegle, przez przypadek wykryto, że jeśli miedzy nadajnikiem, a odbiornikiem pojawi się odpowiedni obiekt, to przerwie on odbiór sygnału przez odbiornik. Tak narodziła się radiolokacja. Sposób określania położenia okrętów na zasadzie odbioru fal radiowych odbitych od kadłuba został opatentowany w 1904 roku. Równolegle z rozwojem łączności radiowej rozwijała się technika radionamierzania.Początku wykorzystania fal radiowych w nawigacji należy szukać w pierwszej połowie XIX wieku. Wówczas to rozwinął się telegraf i telefon. Szczególnie telegraf przyniósł znaczące odkrycia, że przewodem przekazującym energie elektryczną może być ziemia i woda.

Daty i odkrycia;

• W 1879 roku, Brytyjczyk David Edward Hughes zaobserwował, że iskry elektryczne powodują trzaski w słuchawce telefonicznej odległej nawet o kilkaset metrów.
• W 1880 roku, Amerykanin profesor John Trowbridge wykorzystując przewodnictwo wody osiągał połączenia pomiędzy statkami i stacjami brzegowymi.
• W 1882 roku, Dolbear otrzymał patent na „bezprzewodowy indukcyjny system nadawania i odbioru” wykorzystujący cewkę indukcyjną i słuchawkę. Patent ten został potwierdzony w 1886 roku.
• W 1882 roku, Nathan B. Stubblefield demonstrował bezprzewodowy przekaz głosu na odległość kilometra wykorzystując przewodnictwo gruntu. Na swój wynalazek otrzymał w 1907 roku, patent.
• W 1885 roku, Thomas Alva Edison opatentował system łączności poprzez indukcję elektrostatyczną pomiędzy dwiema stacjami zawierającymi anteny umieszczone na masztach. Wynalazek opatentował.
• W 1888 roku, Hertz wytworzył, przesłał na odległość i wykrył fale radiowe o długości około 5 i 50 cm. Stwierdził, że odbijają się od różnych przedmiotów i ogniskował je za pomocą reflektorów.
• W 1890 roku, Angielski inżynier John Ambrose Fleming opublikował artykuł opisujący działanie lampy elektronowej, tak zwanej diody.
• W 1890 roku, Nikola Tesla opatentował swój transformator, który stanie się podstawą wielu wczesnych radiowych urządzeń nadawczych.
• W 1891 roku, Francuski fizyk Édouard Branly skonstruował koherer, urządzenie umożliwiające wykrywanie fal radiowych.
• W 1893 roku, Tesla prowadził badania nad bezprzewodowym systemem przekazywania informacji. Obiektem była zdalnie sterowana łódź pływającą po rzece Hudson.
• W 1894 roku, Oliver Lodge w trakcie publicznych wykładów kilkukrotnie demonstruje układ do radiowej transmisji informacji z odbiornikiem opartym o koherer. W trakcie prezentacji używał również alfabetu Morse’a.
• W 1896 roku, Po Tamizie pływała zdalnie sterowana radiowo łódź zbudowana przez Wilsona i Evansa.
• W 1897 roku, Marconi otrzymał brytyjski patent na swój bezprzewodowy system telegraficzny. Po raz pierwszy zademonstrował publicznie swoje urządzenia. Na Kanale Bristolskim uzyskał łączność na odległość około 36 kilometrów. Uzyskał poparcie ważnych brytyjskich instytucji: poczty i marynarki.
• W 1897 roku, Lodge opatentował zasady dostrajania nadajnika i odbiornika do tej samej częstotliwości. To fundamentalna podstawa transmisji radiowej. Rozwijały się także systemy antenowe.
• W 1900 roku, Tesla zaproponował system wykrywania ruchomych obiektów za pomocą fal radiowych (radar).
• W 1901 roku, Landell de Moura, brazylijski ksiądz, po raz pierwszy zademonstrował publicznie radiową transmisję głosu ludzkiego (na odległość 8 kilometrów, w São Paulo).
• W 1904 roku, Inżynier Christian Hülsmeyer opatentował w Anglii okrętowy system unikania przeszkód i nawigacyjny oparty na urządzeniu wykorzystującym odbicie fal radiowych (radarze) nazwany Telemobiloscope.
• W 1904 roku, Marconi podpisał umowę z liniami żeglugowymi Cunard Line na wyposażenie ich statków w radiotelegraficzne systemy łączności.
• W 1904 roku, Amerykański inżynier Frank Sprague wykonał pierwszy obwód drukowany.
• W 1904 roku, Amerykański inżynier Harry Shoemaker skonstruował torpedy sterowane radiowo.
• W 1905 roku, Fessenden uruchomił pierwszy kanał radiowy – radiofoniczną transmisję mowy i muzyki.
• W 1906 roku, Amerykański fizyk Lee de Forest wynalazł triodę, trójelektrodową lampę elektronową posiadającą możliwość wzmacniania sygnału. Umożliwiła ona gwałtowny rozwój techniki radiowej i na pół wieku, stała się podstawą elektroniki.
• W 1907 roku, Duńczyk Valdemar Poulsen przeprowadził transmisję muzyki za pomocą swojego nadajnika iskrowego o mocy 1 kW i antenie o wysokości 60 m. Transmisja była słyszalna w odległości 600 km.
• W 1910 roku, W.R. Ferris po raz pierwszy przesłał radiotelegram z samolotu.
• W 1910 roku, T. Baker zademonstrował metodę przesyłania obrazu fotograficznego za pomocą radiotelegrafii.
• W 1911 roku, A. Blondel zademonstrował samolot zdalnie sterowany radiowo.
• W 1912 roku, Sinding i Larsen przeprowadzili radiową transmisję sygnału telewizyjnego używając trzech kanałów: jednego dla dźwięku, drugiego dla obrazu i trzeciego dla synchronizacji.
• W 1913 roku, została uruchomiona transmisja stałych sygnałów czasu z wieży Eiffla dla celów nawigacji morskiej.
• W 1914 roku, Hammond wykorzystał pętlowe anteny kierunkowe do budowy radionamiernika dla celów nawigacji morskiej.
• W 1915 roku, Spółka AT&T przesłał ludzki głos drogą radiową przez Atlantyk. Sygnał nadawany z Waszyngtonu był słyszalny na Hawajach i w Paryżu.
• W 1919 roku, Robert Watson-Watt opatentował radar krótkofalowy.
• W 1919 roku,  Pittsburgu (USA) rozpoczęto pierwsze regularne nadawanie programu radiowego.
• W 1920 roku, C.E. Prince zainstalował nadajniki radiotelefoniczne na samolotach.

Jak można zauważyć, w ciągu około 50 lat, rozwój elektroniki wykorzystującej fale radiowe, szedł w wielu kierunkach, zagospodarowując takie dziedziny jak; łączność (telefon, telegraf, radio, telewizja), sterowanie bezprzewodowe (obiekty pływające i latające), wykrywanie (stacje radiolokacyjne) i nawigacja (określanie pozycji).

Pierwsza nawigacja lotnicza.

Od razu trzeba zaznaczyć, że nawigacja lotnicza dużo przejęła z nawigacji morskiej.

Na przełomie XIX/XX wieku lotnictwo było na początku swojej kariery. Na niebie królowały sterowce. Pierwszy udany samolot pojawił się w 1903 roku, lecz już w 1910 roku, były ich dziesiątki. Niemniej dalekie przeloty wzbudzały sensacje jeszcze w 30-latach XX wieku. Lotnicy komunikacyjni szczycili się ilością przelecianych kilometrów. Kto pokonał 500 000 km lub 1 000 000 km był uznawany za wysokiej klasy fachowca. Do ataku armii niemieckiej na Rzeczypospolitą Polskę (1.09.1939 roku) kilku Polskich lotników mogło się poszczycić pokonaniem 1 000 000 kilometrów.

Nawigacja lotnicza polegała głównie na czytaniu mapy i obserwowaniu ziemi. Wykrywano charakterystyczne elementy widoczne z powietrza, jak; rzeki i jeziora, charakterystyczne wzniesienia, miejscowości, kościoły, zamki, stacje i linie kolejowe oraz drogi kołowe.

Wielkie pionierskie przeloty.

Wielkie pionierskie przeloty to okres w rozwoju lotnictwa od 1919 roku do 1939 roku, kiedy to powtórnie nacja niemiecka wszczęła kolejną już druga wielką wojnę światową. W okresie tym cywilizacja zdołała spenetrować, przy pomocy samolotów (wodno-samolotów) około 10 najważniejszych dalekich szlaków komunikacyjnych. Wytyczone zostały główne szlaki; Z Anglii przez Ocean Atlantycki do USA i Kanady. Z Europy na Bliski Wschód. Z Anglii do Afryki Południowej, wschodnim i zachodnim wybrzeżem Afryki. Z Anglii do Australii przez Indie, Malaje i Indonezję. Z USA przez Hawaje, Fidżi do Australii. Wewnętrzna trasa USA (Nowy York, Chicago, San Francisco). Z Europy przez Zachodnią Afrykę i Ocean Atlantycki do Ameryki Południowej i dalej na południe oraz na północ do USA. Z Europy przez państwo moskiewskie do Japonii. Z Japonii przez Alaskę do USA. Do tego dolicza się penetracje obu biegunów Ziemi.

Radiostacja łączności.

Radiostacja to zestaw urządzeń służących do nadawania i/lub odbierania sygnałów radiowych. Podstawowe elementy to; nadajnik, odbiornik i antena. Układów może być wiele tak jak i zastosowań. Najbardziej znanym układem jest rozgłośnia radiowa z nadajnikiem i anteną nadawczą oraz słuchacz z anteną odbiorczą i odbiornikiem radiowym. Uproszczoną wersją radiostacji są radiotelefony. Radiostacje dzieli się na: radiostacja nadawcza, radiostacja odbiorcza, radiostacja nadawczo-odbiorcza. Zasięg radiostacji, tj. odległość, w jakiej mogą być odbierane sygnały nadawane przez radiostację, zależy od mocy nadajnika i czułości odbiornika, parametrów anteny nadawczej i odbiorczej, zakresu używanych fal, propagacji, na którą mają wpływ zakłócenia przemysłowe, pogoda, pora roku i dnia, ukształtowanie i pokrycie terenu oraz wiele innych czynników.

Pierwsze radiostacje nadawczo-odbiorcze wykorzystujące alfabet Morse’a instalowano na sterowcach, które mogły zabrać na pokład stosunkowo ciężką aparaturę, a i wykonywały dalekie przeloty. Radiostacje te służyły głównie do łączności, a pośrednio do nawigacji.

Radionamiernik i radiolatarnia.

Radionamiernik to odbiornik radiowy z obrotową anteną kierunkową umożliwiający wyznaczenie kierunku, z którego dociera do niego fala radiowa emitowana przez radiolatarnię. Kierunek na radiolatarnię określa się przy minimum słyszalności sygnału. Nowoczesne radionamierniki są w pełni zautomatyzowane, same dostrajają się do częstotliwości słyszanej radiolatarni, dokonują pomiaru i wyświetlają jego wynik.

W 1906 roku, opracowano koncepcję radiolatarni nawigacyjnej z obrotową wiązką. W 1929 roku, zbudowano pierwszą użytkową radiolatarnię nawigacyjną w Orfordness, pracującą na falach średnich.

Z czasem radiolatarnie zaczęto umieszczać w wieżach latarni morskich. Stały się przydatne w momencie znacznego pogorszenia warunków atmosferycznych. Także ich zasięg był dużo większy.

Pierwsze radiostacje na samolotach pojawiły się w 1918 roku, i służyły głównie do nawiązywania łączności. Z uwagi na dużą ich masę były montowane na pokładach dużych samolotów. Jednak postęp w tej dziedzinie był tak duży, że radiostacje służące do łączności, montowano na pokładach samolotów myśliwskich.

Po wielkiej wojnie światowej cywilna komunikacja lotnicza zaczęła się rozwijać. Z początku w postaci stałych połączeń pocztowych, później także pasażerskich i transportowych. Pierwsze międzynarodowe połączenie pasażerskie utworzyła w 1919 roku, firma Farman na trasie Paryż – Londyn.

Przewozy pocztowe, ze względu na swój pionierski charakter na dalekich trasach, miały największy wpływ na rozwój konstrukcji lotniczych i pomocy dla nawigacji. Kilka, do dnia dzisiejszego istniejących firm lotniczych zaczynało od przewozu poczty.

W USA budowę jednolitej lotniczej sieci radiowej zapoczątkowało utworzenie organizacji ARINC (Aeronautical Radio Inc., 2.12.1929 rok). Do zadań organizacji należy utrzymanie i rozwój naziemnych systemów radionawigacyjnych i łączności.

Z powodu wielkich odległości między portami lotniczymi, w dziedzinie nawigacji preferowano raczej metody prowadzenia po drogach lotniczych. Równolegle ze stawianiem świateł trasowych powstawał system średniofalowych radiolatarni kierunkowych LFR (Low Frequency Range).

Nawigacja nocna.

Jeżeli chodzi o nawigację w nocy, za najpewniejsze uważano światła trasowe. Stosowano je na całym świecie. Francuzi na trasach pocztowych w Afryce i Ameryce Południowej (w Andach) utrzymywali nocne posterunki, zaopatrzone w pochodnie magnezjowe albo po prostu ogniska. Amerykańska armia od 1920 roku, utrzymywała system obrotowych reflektorów na trasach łączących główne lotniska. Pierwsza była trasa między Columbus a Dayton (Ohio) o długości 80 mil (128 km), wyposażona w reflektory o okresie obrotu 10 sekund. Z czasem latarnie trasowe zaczęły nadawać alfabetem Morse’a numer odcinka drogi lotniczej. Z uwagi na zawodność tamtej techniki lotniczej, w pobliżu tych latarni umieszczano awaryjne lądowiska. Te latarnie było oddalone od siebie o 30-40 mil. Pierwsza droga lotnicza w pełni wyposażona w światła nawigacyjne połączyła Chicago i Cheyenne (stan Wyoming) w 1923 roku.

W Rzeczypospolitej Polskiej latarnie lotniskowe montowano od 1925 roku. Do 1935 roku, latarnie lotniskowe posiadały Lotniska; Mokotów, Okęcie, Dęblin, Ławica, Rakowice, Lwów. W 1935 roku, latarnie trasowe umieszczono na drodze lotniczej Warszawa – Poznań. Postawiono ich 10 egzemplarzy, co 30 km. Były to metalowe wieże, o wysokości około 20 metrów. Miały moc 1,5 kW. Przy dobrej pogodzie światło było widoczne z odległości 100 km, co pozwalało załodze samolotu na dostrzeżeniu nawet 3 kolejnych świateł. Te latarnie trasowe uczyniły drogę lotniczą Warszawa – Poznań dostępną przez całą dobę.

Naprowadzanie.

W Europie system amerykański LFR (Low Frequency Range) nie sprawdził się. Powodem była znacznie większa ilości lotnisk i inna infrastruktury. Większe znaczenie miały metody naprowadzania. Przydatnym okazał się system radionamierzania, zarówno z ziemi jaki i powietrza.

W metodzie namierzania z powietrza wykorzystywano rozgłośnie radiowe, których nadajniki nadające na średnich falach, mimo woli stały się radiolatarniami. Do dziś pokładowe radiokompasy (ADF – Automatic Direction Finder) mogą namierzać wszystkie stacje z zakresu 180 – 1 700 kHz.

Rozwijano także skuteczne systemy podejścia do lądowania przy ograniczonej widoczności. Najpowszechniej wówczas używany system podejścia ZZ (zero – zero) polegał na naprowadzaniu samolotu na zwykły radionamiernik umieszczony w osi podejścia, na końcu RWY. W momencie przelotu nad radionamiernikiem pilot otrzymywał z ziemi komendę lądowania ZERO – ZERO. Pilot utrzymywał kurs, którym oddalał się od lotniska, po czym po określonym czasie wykonywał zwrot o 180 stopni. Lecąc w kierunku radionamiernika i korygując wysokość, ponownie wchodził nad radionamiernik i miał przed sobą próg RWY. Ten system lądowania w trudnych warunkach atmosferycznych jeszcze w 60-latach XX wieku, stosowano na Lotnisku Wrzeszcz.

Nad precyzyjnym systemem podejścia do lądowania pracowano intensywnie w 30-latach XX wieku. Pierwszy udany system podejścia do lądowania o nazwie Lorenz został opracowany około 1930 roku. Został on opracowany na podstawie pomysłu inżyniera Schellera z 1907 roku. Polega na prowadzeniu wzdłuż linii równych sygnałów radiowych. Radiolatarnia systemu emitowała dwie wiązki fal radiowych, kluczowane przemiennie znakami Morse’a: jedna antena nadaje kropki, druga nadaje kreski ( sygnał A1A ). Obie wiązki nakładają się na siebie brzegami tak, że na kierunku lądowania emitowane sygnały zazębiają się, a odbiorca słyszy sygnał ciągły. Po odchyleniu od kierunku lądowania (w prawo lub w lewo) przeważają kropki lub kreski, które informują pilota o zejściu z kierunku lądowania.

W 1938 roku, w USA rozpoczęto prace nad ultrakrótkofalowym systemem radionawigacyjnym, dającym możliwość zarówno tradycyjnego radionamierzania i odbioru słuchowego, ale także bezpośredniego odczytu namiaru na wskaźniku pokładowym. System nazywał się VAR (Visual – Aural Range) i był połączeniem radiolatarni z wirującą wiązką (czas obrotu 10 sekund) z nadajnikiem bezkierunkowym. Próby w 1941 roku, wypadły pomyślnie, ale atak na Perl Harbor, spowodował anulowanie programu.

Druga wojna światowa.

W chwili wybuchu drugiej wojny światowej UK błyskawicznie utworzyło, na wschodnim wybrzeżu, łańcuch stacji radarowych. Zaraza niemiecka fizycznie wykryła te stacje, ale uznała je za nieczynne, wręcz atrapy. Problem polegał na tym, że radary germańców pracowały na częstotliwościach w zakresie od 500 MHz do 1 GHz. Nie przewidzieli, że angielskie radary pracowały na falach o częstotliwościach około 30 MHz. Anglicy cały czas modyfikowali swoje radary. Stosowali coraz krótsze fale i zastosowali pracę impulsową. W efekcie poprawiła się wykrywalność samolotów przeciwnika, szczególnie na mniejszych pułapach. Także wielkości anten mogła być mniejsza, a sama aparatura miała mniejsze gabaryty.

Magnetron.

Magnetron stał się tym podzespołem, który wywołał lawinowy rozwój stacji radiolokacyjnych, czyli radarów.

Magnetron to rodzaj lampy mikrofalowej, dwuelektrodowa lampa elektronowa, która potrafi wywołać zjawisko samowzbudnej oscylacji opartej na zjawisku rezonansu. Przetwarza wejściową energię na energie elektryczną wysokiej częstotliwości. Przetwarzanie energii odbywa się w specjalnie ukształtowanej komorze anodowej umieszczonej w silnym polu magnetycznym. Wybite elektrony wysyłane z katody przyciągane są przez anodę, a tor i prędkość ich modyfikuje pole magnetyczne i kształt komory anodowej. Magnetron jest zbudowany zwykle w postaci lampy elektronowej. W najprostszym przypadku jest to rodzaj diody o symetrii walcowej (katoda w osi walca, anoda jako pobocznica walca) umieszczonej w stałym polu magnetycznym równoległym do osi walca. Najczęściej stosuje się bardziej złożone magnetrony wnękowe. Pierwowzór magnetronu został zbudowany w USA w 1920 roku, przez Alberta Hull’a. Natomiast w 1940 roku, w Anglii inżynierowie John Randall i Harry Boot, zbudowali magnetron wielorezonatorowy (synchroniczny), przydatny dla radarów krótkich fal.

Magnetron dał aliantom dostęp do techniki mikrofalowej, dając tym samym trwałą przewagę w tej pierwszej w dziejach wojnie radioelektronicznej. Ich stacje radiolokacyjne były sprawniejsze i dokładniejsze od stosowanych przez armię niemiecką. Radary pokładowe bombowców prowadzących umożliwiały znalezienie nawet punktowych celów, bez względu na maskowanie i ciemności.


Postęp w dziedzinie radiotechnicznych środków walki z początku polegał na zmianie ich zakresu pracy w stronę coraz krótszych fal radiowych, czyli wyższych częstotliwości. Cel był dwojaki: utrudnienie wykrycia samego faktu działania systemu, stosując częstotliwości radiowe niedostępne dla przeciwnika oraz zwiększenie ich dokładności.

Pierwsze lata powojenne.

W Europie Zachodniej przyspieszono rozwój nawigacji na trasach atlantyckich, a głównie trasy do USA. Ten kierunek stymulował odbudowywanie Europy Zachodniej. Poza obszarami kontrolowanymi przez systemy radionawigacyjne nadal stosowano astronawigację i nawigację zliczeniową. Wypukłe okno w górnej części kadłuba można spotkać w samolotach skonstruowanych w 50-latach, a w CCCP jeszcze w konstrukcjach z 70-latach XX wieku. Układy astronawigacyjne rozwijano jeszcze w 80-tych latach. Skonstruowano układy śledzące jednocześnie automatycznie nawet 56 gwiazd. Używano je jako pomocnicze układy nawigacyjne na takich samolotach jak B-52, B-1 A, SR-71. Sowieci, podobne układy stosowali na samolotach An-26, Ił-18, Tu-20/95, Tu-16, Tu-22, M-4. W układach tych po raz pierwszy połączono nawigację z maszynami liczącymi, poprzednikami procesorów i komputerów. Były to analogowe przeliczniki, ale potrafiły one wyliczyć skomplikowane równania, uwzględniające dane wprowadzone do pomięci przez podzespół wejścia i wyjścia. Trzeba jednak podkreślić, że urządzenia te należały do grupy maszyn precyzyjnych i miały wysoki stopień niezawodności, w oparciu o rozwiniętą już technikę lampową. Mimo to, pracochłonność, ograniczenia spowodowane warunkami atmosferycznymi i niedokładność, powodowała poszukiwanie innych metod nawigacyjnych. Sięgnięto więc po metodę, którą opracowywano dla samolotów bombowych dalekiego zasięgu.

W 50-latach rosnący transport lotniczy przez Atlantyk wymagał dalszego rozwoju. Musiano rozwinąć; systemy łączności, system kontroli ruchu lotniczego, środki nawigacyjne oraz przepisy. Ówczesna kontrola ruchu lotniczego korzystała z metody wypracowanej przez Brytyjczyków w czasie drugiej wojny światowej. Powszechnie stosowano stół z trasami lotniczymi, lotniskami, punktami kontrolnymi i innymi ważnymi elementami. Początkowo stół umieszczony był poziomo, ale później instalowano go na ścianie, co dawało lepszy wgląd wielu osobom, a jednocześnie przypominał mapę. Lecący samolot przedstawiał pionek (klocek) z opisem i chorągiewką. Wysokość chorągiewki odzwierciedlała pułap lotu. W miarę spływania informacji (meldunków) pionki przesuwano. System wyglądał na prymitywny, ale był skuteczny. Na wschodzie europy wojsko stosowało podobne rozwiązania. W 60-tych latach typowy stół przekształcił się w planszetę. Wykonywano ją z przezroczystego tworzywa (zwykle szkło organiczne). Za plaszetą można było umieścić zwykłą mapę w tej samej skali. Planszecista, czyli osoba obsługująca planszetę, stał za planszetą, poprzez słuchawki otrzymywał kolejne meldunki i natychmiast aktualizował dane na planszcie. Musiał potrafić pisać odbiciem lustrzanym. Dzięki temu osoba przed planszetą, czyli dowódca stale widział sytuację taktyczną. Bywało, że stosowano planszety podwójne, co umożliwiało rozdzielenie pułapów wysokich i niskich.

Pod koniec 50-lat pojawiły się paski postępu. Była to metoda uważana za nowoczesną. Moskwa uważała, że to problem kapitalistów. Jednak to im zależało na podglądaniu świata zachodniego. Chcąc nie chcąc musieli swoje procedury dostosowywać do standardów wypracowanych na zachodzie. Niemniej jednak każdy silniejszy ekonomicznie kraj prowadził prace na własna rękę.

Stacje radarowe.

Pierwsze cywilne stacje radiolokacyjne zbudowano w 1956 roku. Od stacji radiolokacyjnych wojskowych różniły się specjalizacją według wykonywanych zadań. Czyli zależały od konkretnego etapu lotu. Wydzielono stacje radiolokacyjne kontroli obszaru, o dużym zasięgu i widzące obiekty na średnich i wysokich pułapach. Następne to stacje radiolokacyjne kontroli rejonu lotniska, o zasięgu do 150 km i widzące obiekty na małych i średnich wysokościach. Następnie stacje radiolokacyjne kontroli lotniska, stosowane rzadko, tylko na wielkich lotniskach, pracujące zwykle nocą i w złych warunkach meteorologicznych. Wreszcie stacje radiolokacyjne podejścia do lądowania, czyli precyzyjne.

W Polsce rozwój systemów i radiolokatorów został zapoczątkowany w 50-latach. Polskie placówki badawcze i biura konstrukcyjne rozwinęły się bardzo szybko. Duże zapotrzebowanie płynące z sił zbrojnych i spore fundusze spowodowały, że bardzo szybko staliśmy się jednym z przodujących krajów w dziedzinie radiolokacji.

System identyfikacji.

System identyfikacji z punktu widzenia cywilnego nie stanowił problemu. Przecież nie było potrzeby ukrywania swoich danych. Jednak w wojsku sprawa wyglądała diametralnie odwrotnie. Opracowano system identyfikacji radiowej Identification Friend or Foe (IFF) swój-obcy. Idee tą przyjęto z czasem w lotnictwie cywilnym jako Secondary Surveillance Radar (SSR). Dlaczego? Wynikało to ze specyfiki pracy stacji radiolokacyjnej dookrężnej. Taki radar podawał kierunek obiektu i odległość do niego. Czyli był dwu-współrzędny. Brakowało istotnej informacji o jego pułapie. Dlatego wiązka fal elektromagnetycznych wysłanych z ziemi wywoływała podanie informacji zwrotnej, w której oprócz aktualnej wysokości, z czasem podawano inne dane o samolocie i jego aktualnym locie. Czyli nic innego jak radar wtórny.

Amerykański system LFB (LFR, LF-RNG).

Powyżej wspomnieliśmy o dobrym systemie radionawigacyjnym rozwijanym w USA od 1929 roku. System ten nosily początkowo oznaczenie LFR (Low Frequency Range). Następnie LFB (Low Frequency Beacon) i LF-RNG (Low Frequency Radio Range). System był rozwijany i użytkowany do końca 60-lat. Radiolatarnie początkowo stawiano wzdłuż tras lotniczych między lotniska. Z czasem zaczęto je stawiać na przecięciach tras lotniczych. System i jego wykonanie było tak staranne, iż maszty stoją do chwili obecnej (2013 rok) i są wykorzystywane jako radiolatarnie systemu NDB. Radiolatarnie te pracowały w zakresie od 200 do 600 kHz. Zasięg wynosił około 300 km. Podstawowymi elementami systemu były naziemne nadajniki i odbiorniki umieszczone na pokładach samolotów.

Opis zdjęcia: Cztery anteny nadawały emisją A1A znaki "A" i "N", formując dwie lub cztery wąskie strefy nakładania się znaków z równą głośnością. Pilot sterował tak, by w słuchawkach zwykłego odbiornika średniofalowego słyszeć sygnał ciągły.

Z czasem sygnał z fonicznego przetworzono na sygnał wizualizacyjny w postaci wskaźnika zegarowego wyposażonego w skalę kątowa i dwie wskazówki. Sygnał foniczny pozostawiono jako awaryjny. Załoga najpierw wybierała częstotliwość poszukiwanej radiolatarni. Wskazówki na wskaźniku powinny się pokrywać, a to oznaczało lot dokładnie w kierunku radiolatarni. W momencie przelotu nad radiolatarnią wskazówki wykonywały obrót o 180 stopni. Wówczas załoga przestawiała urządzenie na kolejna radiolatarnię.

Wskaźnik LFB montowano na pokładach samolotów takich jak Lockheed Constellation, czy Douglas DC-4. Wskaźnik analogowy był umieszczony na środkowej konsoli pomiędzy fotelami załogi i był stosunkowo duży. Dwie wskazówki tego przyrządu obracały się w chwili przelotu samolotu nad radiolatarnią oraz w chwili połowy drogi do kolejnej radiolatarni.

System Decca.

System Decca został opracowany przez Brytyjczyków. Pracował na falach krótkich o częstotliwości od 70 do 129 kHz. Pierwsze użycie nastąpiło pod koniec drugiej wojny światowej. Głównym jego zadaniem była precyzyjna nawigacja statków morskich na wodach przybrzeżnych. Pozycja była obliczona przy użyciu hiperbolicznego systemu nawigacyjnego, poprzez porównanie różnic fazowych sygnałów radiowych odebranych z kilku stałych stacji. Od 1949 roku, z systemu korzystały samoloty i śmigłowce operujące nad Morzem Północnym. System zarzucono z końcem 90-lat. Wszechstronna i dokładna Decca przegrała ze względu na duże koszty utrzymania i wysoką cenę urządzeń pokładowych.

System Decca należał do nawigacji hiperbolicznej. Polegał na pomiarze różnicy czasów przebiegu, a więc i różnicy odległości, sygnałów pochodzących z dwóch odległych od siebie naziemnych stacji nadawczych. W systemie tym jest wykorzystana własność hiperboli, która mówi że jest ona miejscem geometrycznym punktów, których różnica odległości od ognisk hiperboli ma wartość stałą. Jeśli wykreślimy hiperbole których ogniskami są dwie stacje nadawcze A i B to każda z gałęzi hiperbol będzie linią pozycyjną statku powietrznego odbierającego sygnały ze stacji A i B z określoną różnicą w czasie. Jeśli do tego mamy stację nadawczą C to otrzymamy drugi pęk hiperbol. Porównane dane z wiązki hiperbol stacji nadawczych A i B z wiązka hiperbol stacji nadawczych A i C wyznaczy dokładna pozycje statku na specjalnej mapie na której nadrukowane są siatki tych hiperbol.

Z nawigacji hiperbolicznej korzystały takie systemy nawigacyjne jak; Gee, Loran, Decca, Dectra i Delrac. Miały one tę zaletę, że nawigowano samolotem bez obserwowania ziemi i bez zdradzania swojej obecności, bo samolot posiadał tylko aparaturę odbiorczą.

Opracował Karol Placha Hetman