Radio w powietrzu

Radio jest podstawowym (i zwykle jedynym) środkiem łączności w lotnictwie. Istnieją wprawdzie sposoby sygnalizacji wzrokowej, umożliwiające porozumiewanie się pomiędzy samolotem holującym a szybowcem czy znaki wyłożone na lądowisku, jednak nic nie jest w stanie zastąpić radia.

Lotniczy radiotelefon to urządzenie dość proste w obsłudze i w zasadzie korzystanie z niego nie wymaga wiadomości z fizyki ani elektroniki. Niemniej jednak znajomość ogólnej zasady działania i budowy radiotelefonu może się okazać przydatna.

Warto nadmienić, że łączność nie jest jedynym zastosowaniem fal radiowych w lotnictwie - urządzenia radiowe są podstawą wielu systemów nawigacyjnych (VOR, ILS itd.)

Fale radiowe

Fale radiowe to rozchodzące się w przestrzeni z prędkością światła (300 000 km/s) fale elektromagnetyczne. Falami elektromagnetycznymi są też m.in. mikrofale, promieniowanie cieplne, światło, ultrafiolet, promienie rentgenowskie i gamma. Różnią się one między sobą jednym podstawowym parametrem, który decyduje o niemal wszystkich ich własnościach - częstotliwością, czyli liczbą drgań na sekundę wyrażoną w hercach (Hz). Od częstotliwości zależy m.in. sposób rozchodzenia się fal - ich podatność na ugięcie na przeszkodach, zdolność przenikania różnych materiałów itd.

Z częstotliwością powiązane jest inne, używane alternatywnie pojęcie - długość fali. Jest to odległość, jaką przebiega fala w ciągu jednego pełnego okresu - np. długość fali przy częstotliwości 1 Hz to 300 000 km, zaś przy 1000 Hz - 300 km. (Wzór na długość fali ma postać l=c/f, gdzie l to długość fali w metrach, oznaczana zwykle grecką literą lambda, c to prędkość światła, f - częstotliwość w hercach).

 Widmo fal elektromagnetycznych

Fale elektromagnetyczne nazywane radiowymi obejmują częstotliwości od bardzo niskich rzędu pojedynczych herców (tzw. ELF - Extra Low Frequency) aż po gighahercowe, odpowiadające mikrofalom. Fale radiowe z kolei dzieli się umownie na kilka zakresów częstotliwości, istotnie różniących się właściwościami. Fale długie obejmują częstotliwości od 10 kHz do 100 kHz (długość od 30 do 3 km), średnie od 100 kHz do 3 MHz (3000-200 m), krótkie od 1,5 do 30 MHz (200-10 m). Fale bardzo krótkie tworzą pasma nazwane VHF (Very High Frequency, 30-300 MHz, 10-1 m), UHF (300-3000 MHz), SHF (3-30 GHz) i EHF (30-300 GHz).

Fale długie silnie uginają się na przeszkodach, układając się niejako wzdłuż krzywizny Ziemi. Dzięki temu zasięg komunikacji na falach długich jest bardzo duży, rzędu 5000 km (I Program Polskiego Radia nadawany na częstotliwości 225 kHz słychać zupełnie dobrze w Moskwie), choć wymaga ogromnych mocy nadajników liczonych w setkach kilowatów. Takiego "pieca" do samolotu nie warto zabierać.

Fale krótkie z kolei uginają się znacznie słabiej, za to odbijają się od jonosfery, umożliwiając łączność na odległości tysięcy km przy mocy nadajnika rzędu zaledwie 10 W! Niestety, skuteczność połączeń na falach odbitych zależy całkowicie od kaprysów atmosfery, co wyklucza zastosowanie fal krótkich do regularnej łączności.

 Propagacja fal radiowych

Można przyjąć, że fale o częstotliwościach wyższych od 30 MHz rozchodzą się już całkowicie prostoliniowo i nie odbijają się od jonosfery. Zatem zasięg łączności przy tych częstotliwościach ograniczony jest optyczną widzialnością, albo położeniem horyzontu. Oczywiście im wyżej znajduje się antena, tym dalej widać - i większy zasięg połączeń. Tak właśnie jest w przypadku pasma używanego w łączności lotniczej, obejmującego zakres od 118 do 136,975 MHz - wystarczają nadajniki o mocach od kilku do 50 W.

Warto jeszcze zwrócić uwagę na fakt, że siła sygnału maleje wraz z odległością od nadajnika. Podobnie jak w przypadku każdego rodzaju pola, natężenie pola elektromagnetycznego wysłanego przez antenę jest odwrotnie proporcjonalne do drugiej potęgi odległości - zatem sygnał w odległości 10 km od anteny będzie 100 razy słabszy, niż w odległości 1 km.

Modulacja, kanały

Sama obecność "w eterze" fali o określonej częstotliwości informuje odbiorcę o jednej tylko rzeczy - ktoś nadaje. To jednak zbyt mało, aby przekazać jakąkolwiek treść. Podstawową falę o określonej częstotliwości i jednorodnym przebiegu poddaje się więc modulacji, zmieniając w pewien sposób charakter przebiegu. Najprostszym rodzajem modulacji jest kluczowanie - włączanie i wyłączanie nadawania, co umożliwia przekazywanie informacji alfabetem Morse'a.

 Modulacja amplitudy

Przekazywanie głosu za pośrednictwem fal radiowych wymaga zastosowania innych sposobów - modulacji amplitudy (AM), czyli siły sygnału, częstotliwości (FM) lub fazy.

W lotniczej łączności radiowej wykorzystywana jest modulacja amplitudy (konkretnie - dwuwstęgowa modulacja A3E). Pochodzący z mikrofonu sygnał elektryczny o częstotliwości akustycznej po wzmocnieniu nakładany jest w modulatorze na falę nośną, powodując zmianę jej siły w takt drgań powietrza przenoszącego głos.

Zmodulowanie fali nośnej powoduje pojawienie się poniżej i powyżej jej częstotliwości tzw. wstęg bocznych, zajmujących pasmo częstotliwości o szerokości odpowiadającej pasmu sygnałów dźwiękowych. Im szersze pasmo częstotliwości akustycznych ma być przenoszone, tym większą część widma radiowego zajmuje transmisja. Z tego też powodu, aby umożliwić zmieszczenie jak największej liczby rozmów w pasmie częstotliwości przyznanym dla łączności lotniczej (od 118 do 136,975 MHz, a więc w zakresie VHF) ograniczono pasmo akstyczne do tzw. "częstotliwości telefonicznych", tzn. od 300 do 3400 Hz - nie jest to jakość HiFi, ale do łączności głosowej w zupełności wystarcza.

 Kanały i wstęgi boczne

Aby wprowadzić nieco porządku, pasmo częstotliwości lotniczych podzielono na kanały o określonych częstotliwościach fali nośnej. Choć teoretycznie przekaz mowy zajmuje pasmo częstotliwości o szerokości 6800 Hz (6,8 kHz - od f0-3400 Hz do f0+3400 Hz), ze względu na niedoskonałość urządzeń (generatorów, a szczególnie filtrów w urządzeniach odbiorczych) odstęp międzykanałowy ustalono na 25 kHz. W pasmie 118-136,975 MHz daje to więc 760 kanałów (w rzeczywistości używanych jest 720). Wbrew pozorom to wcale nie tak dużo, szczególnie w krajach gdzie lotnictwo jest bardziej popularne (USA...) - dlatego też zdecydowano o zmniejszeniu odstępu międzykanałowego do 8,33 kHz, co pozwoli zwiększyć liczbę kanałów do 2280. Zmiana ta następować będzie jednak stopniowo i dla nas jest to kwestia przyszłości (dotyczy to na razie "dużych ptaszków").

Zgodnie z powyższym częstotliwości sąsiednich kanałów wynoszą więc np. 122,000, 122,025, 122,050, 122,075, 122,100, 122,125 itd. Wiele radiotelefonów lotniczych umożliwia jednak wybranie tylko niektórych kanałów ze skokiem np. 100 kHz - 122,000, 122,100, 122,200 itd. Używany często na szybowcach radiotelefon RS-6101 pozwala wybrać tylko 9 kanałów o ustalonych na stałe częstotliwościach, zwykle 122,100, 122,200... 122,900. Uwaga na podchwytliwe pytania - teoretycznie RS-6101 obejmuje całe pasmo lotnicze z odstępem międzykanałowym 25 kHz, choć zmiana częstotliwości przypisanych kanałom wymaga interwencji serwisu.

Zarówno nadawanie, jak i odbiór odbywa się na tej samej częstotliwości. Wynika z tego pewna bardzo ważna rzecz - niemożliwe jest jednoczesne nadawanie i odbieranie wiadomości - nazywa się to trybem simpleks. Nie ma więc sensu rozpoczynanie nadawania jeśli w głośniku słyszymy jeszcze rozmówcę, bo i tak nas nie usłyszy... Nie należy też nadawać jeśli kanał jest zajęty przez kogoś innego - sygnały nałożą się na siebie i ulegną tzw. zdudnieniu, co uniemożliwi zrozumienie obu przekazów.

Radiotelefony

Najczęściej spotykanym na szybowcach radiotelefonem jest wspomniany już polski RS-6101. Nie jest to może szczyt techniki, jednak zwykle spełnia stawiane mu zadania. Najbardziej widocznym elementem instalacji jest tzw. manipulator - zamontowana w zasięgu rąk pilota skrzyneczka z dziewięcioma przyciskami wyboru kanałów, czerwonym przyciskiem wyłącznika, niebieskim przyciskiem blokady szumów, pokrętłem regulacji głośności i wskaźnikiem napięcia zasilania. W pobliżu manipulatora znajduje się złącze mikrofonu, gdzieś w kabinie zamontowany jest też głośnik.
 Manipulator radiotelefonu RS-6101 Za fotelem znajduje się zwykle główny moduł radiotelefonu (blok nadawczo-odbiorczy) oraz tzw. zasilacz akumulatorowy, czyli skrzyneczka zawierająca akumulator (przeważnie niklowo-kadmowy lub żelowy o napięciu 12 V i pojemności 3,5-5 Ah) z odpowiednim złączem, zamocowana w specjalnym uchwycie. Gdzieś w kabinie powinna też być tzw. skrzynka rozdzielcza, w której zbiegają się przewody łączące elementy instalacji. A, byłbym zapomniał - przycisk nadawania z reguły umieszczony jest na szczycie drążka. Ostatnim niezbędnym składnikiem systemu jest antena w postaci metalowego pręta o długości ok. 60 cm (jest to tzw. dipol ćwierćfalowy - częstotliwości 120 MHz odpowiada długość fali 2,5 m). Antena może być zamontowana na kadłubie, wewnątrz kadłuba lub statecznika pionowego, w Bocianie zaś wystaje przez otworek spod tylnej części limuzynki. Moc wyjściowa nadajnika RS-6101 to 1,5 W.

W nowszych szybowcach spotyka się radiotelefony zamontowane w tablicy przyrządów, czasem wpasowane w okrągły otwór podobnie jak wysokościomierz czy prędkościomierz - np. Microair 760.

W samolotach takich jak Wilga czy Koliber znajdziemy radiotelefon RS-6102 z cyfrowym wyświetlaczem i wyborem częstotliwości za pomocą klawiatury numerycznej. Taki sam radiotelefon zamontowany w stacjonarnej obudowie i wyposażony w zasilacz sieciowy nosi oznaczenie RS-6108.

W użyciu są też radiotelefony ręczne, wykorzystywane na ziemi w warunkach "polowych", np. Delcom Air 960, ICOM A22 czy prostszy A3E.

Korzystanie z radiotelefonu

Przed lotem należy dokładnie sprawdzić sprawność radiotelefonu. Przede wszystkim trzeba upewnić się, czy wszystkie elementy instalacji znajdują się na swoim miejscu. Szczególnie starannie warto sprawdzić, czy akumulator został prawidłowo zamocowany - jest to rzecz dość ciężka i kanciasta, gdyby uwolnił się w czasie jakichś ewolucji, mógłby narobić sporo szkód, a może nawet dać pilotowi po głowie. Sprawdźmy prawidłowość połączeń akumulatora, anteny, mikrofonu. Warto pamiętać o tym, że próba nadawania przy odłączonej antenie kończy się zazwyczaj zniszczeniem wzmacniacza wyjściowego nadajnika! Przetarta izolacja czy załamane przewody mogą być przyczyną zwarcia, które w najlepszym przypadku uniemożliwi łączność, w gorszym doprowadzi do uszkodzenia sprzętu, w najgorszym zaś może spowodować pożar, który w ciasnej kabinie na wysokości setek czy tysięcy metrów raczej nie zakończy się happy-endem.

Po upewnieniu się, że wszystko jest na swoim miejscu, można sprawdzić działanie radiotelefonu - niech to będzie poczciwy RS-6101. Po wciśnięciu i puszczeniu włącznika (powinien pozostać w pozycji wciśnięty) sprawdzamy położenie wskazówki wskaźnika stanu baterii - powinna znajdować się na skarajnie prawym, czerwonym polu, tam też powinna pozostać przy nadawaniu. Jeśli wskazówka opada na lewe, zielone pole - należy naładować akumulator lub wymienić go na naładowany. Akumulator warto zresztą sprawdzić jeszcze w hangarze (napięcie mierzone testerem nie powinno być niższe od 11,5 V) - zaoszczędzimy sobie biegania. Korzystanie z rozładowanego akumulatora może narazić nas na brak łączności w najmniej korzystnym momencie, może się również skończyć zniszczeniem akumulatora. Ostatnią próbą jest próba dwukierunkowej łączności z innym radiotelefonem znajdującym się w odległości większej niż 100 metrów (przy mniejszych odległościach rozmowa może być słyszalna nawet przy źle działającym radiotelefonie). Do prób powinno się wykorzystać jeden z aktualnie nieużywanych kanałów. Na koniec ustawiamy radiotelefon na częstotliwość kwadratu. Słychać? Wszystko w porządku.

Jeszcze jedno: po wylądowaniu nie wolno zapomnieć o wyłączeniu radiotelefonu - po co niepotrzebnie rozładowywać akumulator? RS-6101 przy odbiorze pobiera ok. 200 mA, przy nadawaniu ok. 2 A.

Od strony formalnej

Wszelkie sprawy związane z łącznością radiową (i ogólnie z wykorzystaniem fal radiowych) regulują bardzo szczegółowe przepisy. Organem nadzorującym radiokomunikację w Polsce jest PAR (Państwowa Agencja Radiokomunikacyjna), która m.in. wydaje zgody na korzystanie z urządzeń i częstotliwości radiowych.

Dla korzystania z łączności radiowej muszą być spełnione następujące warunki formalne:
1. Używany system musi być zgodny z postanowieniami Regulaminu Radiokomunkacyjnego (oznacza to mniej więcej tyle, że musi posiadać homologację PAR).
2. Każda stacja ma swoją nazwę i dokumenty (czyli jest zarejestrowana w PAR - znakami wywoławczymi stacji są znaki rejestracyjne szybowca lub samolotu, np. SP-EAI).
3. Każda osoba, która z niej korzysta, została przeszkolona i zobowiązana do przestrzegania przepisów.

Warto podkreślić, że w czasie lotu wśród dokumentów znajdujących się na pokładzie musi znajdować się "świadectwo rejestracji radiotelefonu pokładowego" (oczywiście tego zainstalowanego) oraz należące do pilota (instruktora) "świadectwo radiooperatora w służbie lotniczej". Latanie bez tych dokumentów może się skończyć cofnięciem licencji pilota. Wożenie świadectwa homologacji nie jest konieczne - wiadomo, że radiotelefon taką homologację posiada, gdyż jest to jedną z podstaw jego zarejestrowania.

Świadectwa radiooperatora w służbie lotniczej wydaje PAR po zaliczeniu przez kandydata stosownych egzaminów. Jeśli to kogoś interesuje, świadectwo takie może być: 1. ograniczone (1a. ograniczone szybowcowe), 2. ogólne, 3. pełne.

Łączność

Powyższe strasznie brzmiące wymagania nie są niczym dziwnym, jeśli uświadomimy sobie, że od sprawnie działającej i odpowiedzialnie prowadzonej łączności zależy bezpieczeństwo ludzi. Z tego też powodu również wymianą komunikatów rządzą określone reguły.

Po pierwsze, komunikaty powinne być zwięzłe i dotyczyć tylko spraw istotnych.

Po drugie, wszystkie instrukcje, pozwolenia, zakazy i nakazy dotyczące startu, lotu i lądowania należy koniecznie potwierdzać słowem "zrozumiałem" lub znakami rejestracyjnymi, np. "Bocian 36-26". Przy nakazach i zakazach należy potwierdzić ich treść.

Po trzecie, nie wolno przerywać korespondencji. Przed rozpoczęciem nadawania trzeba upewnić się, że kanał jest wolny. Przerywanie korespondencji dopuszczalne jest tylko w przypadku konieczności nadania komunikatu o niebezpieczeństwie.

Po czwarte, należy koniecznie odpowiadać na każde wezwanie skierowane do naszego statku powietrznego przez kierownika lotów lub służby kontroli ruchu lotniczego.

Po piąte, każda depesza powinna zawierać:
określenie odbiorcy,
określenie nadawcy,
treść komunikatu,
potwierdzenie.

Np. "Babice kwadrat, Bocian 36-26 z wiatrem"

Po szóste, należy dbać o czytelność korespondencji - wyrażać się precyzyjnie, w przypadku złej słyszalności mówić wolniej, używać kodu literowego.

Nawiązując łączność, podajemy pełne znaki rejestracyjne samolotu, np. SP-ARO to Alpha-Romeo-Oscar [alfa-romio-oskar] (w Polsce; za granicą trzeba przeliterować całość). Przy wymianie kolejnych komunikatów, potwierdzaniu itp. używa się już zwykle dwóch ostatnich liter - Romeo-Oscar. (Jeśli jest to samolot holujący od rana szybowce, używa się czasem już tylko ostatniej litery - pilot SP-EAI potwierdza krótkim India).

Korespondencja w sytuacjach zagrożenia

W sytuacjach zagrożenia życia lub zdrowia należy nadac jeden z ustalonych komunikatów. Mają one pierwszeństwo przed inną korespondencją. Stacje, które odebrały komunikat o niebezpieczeństwie, zobowiązane są do podjęcia w miarę możliwości działań ratunkowych lub przekazania komunikatu do stacji mogącej udzielić pomocy. Międzynarodową częstotliwością ratunkową w lotnictwie jest 121,5 MHz (ciągły nasłuch na tym kanale prowadzą wszystkie lotniska komunikacyjne), jednak w określonych sytuacjach komunikat taki należy nadawać na "sensownej" częstotliwości, np. na częstotliwości kwadratu.

Istnieją trzy rodzaje komunikatów o zagrożeniu: MAYDAY, PAN i SECURITE. W każdym przypadku komunikat rozpoczyna się od trzykrotnie powtórzonego hasła, np. MAYDAY-MAYDAY-MAYDAY lub PAN-PAN-PAN.

MAYDAY oznacza komunikat o bezpośrednim zagrożeniu życia, spowodowanym np. awarią statku powietrznego. Po wywołaniu MAYDAY-MAYDAY-MAYDAY należy podać nazwę (znaki rejestracyjne) statku powietrznego, określić jego pozycję, a następnie rodzaj zagrożenia i spodziewanej pomocy.

PAN to komunikat o niebezpośrednim zagrożeniu życia, np. w przypadku zasłabnięcia pasażera i konieczności zorganizowania pomocy medycznej na lotnisku. Po wywołaniu PAN-PAN-PAN należy podać nazwę (znaki rejestracyjne) statku powietrznego, określić jego pozycję, a następnie rodzaj zagrożenia i spodziewanej pomocy.

Komunikat SECURITE nadaje się, aby przekazać ogólne ostrzeżenie dotyczące bezpieczeństwa, np. o gwałtownej burzy przemieszczającej się w kierunku lotniska.

W przypadku przekazywania usłyszanego komunikatu MAYDAY lub PAN meldunek ten należy poprzedzić trzykrotnie powtórzonym hasłem "MAYDAY RELAY" lub "PAN RELAY", podając godzinę, o której został usłyszany przekazywany komunikat.

Każdy, kto usłyszał komunikat MAYDAY ma obowiązek zameldowania o jego odebraniu, nawet jeśli nie uczestniczył w wymianie korespondencji.

Podsumowanie

Na koniec spróbujmy szybko podsumować najważniejsze fakty.

Łączność radiowa w lotnictwie odbywa się w paśmie VHF, na częstotliwościach od 118,000 MHz do 136,975 MHz, z modulacją amplitudy (A3E, głębokośc ok. 70%). Fale o tych częstotliwościach rozchodzą się praktycznie prostoliniowo, nie ulegają ugięciu ani odbiciu od jonosfery - zasięg ograniczony jest widzialnością (horyzontem oraz niektórymi przeszkodami takimi jak góry). Pasmo lotnicze podzielono na 760 kanałów rozmieszczonych co 25 kHz. Łączność prowadzona jest w trybie simpleks - nadawanie i odbiór na tej samej częstotliwości; niemożliwe jest jednoczesne nadawanie i odbiór.

Przed korzystaniem z radiotelefonu trzeba zapoznać się z jego obsługą. Przed lotem należy koniecznie sprawdzić obecność wszystkich elementów instalacji, poprawność połączeń i zamocowanie elementów (akumulator!). Następnie trzeba sprawdzić działanie radiotelefonu, upewniając się przy tym, czy akumulator jest wystarczająco naładowany.

W czasie lotu na pokładzie musi znajdować się "świadectwo rejestracji radiotelefonu pokładowego" oraz "świadectwo radiooperatora w służbie lotniczej".

Komunikaty w łączności lotniczej muszą być zwięzłe i precyzyjne, polecenia należy potwierdzać, na wezwania - odpowiadać. Nie wolno przerywać cudzej korespondencji - z wyjątkiem konieczności nadania komunikatu o zagrożeniu. Znaki rejestracyjne podajemy literując. (Przeczytaj dekalog radiotelefonisty).

Meldunki o zagrożeniu mają absolutne pierwszeństwo (następne są zakazy i nakazy). W przypadku usłyszenia komunikatu o zagrożeniu życia lub zdrowia należy w miarę możliwości podjąć akcję ratunkową, w razie konieczności przekazać informację dalej. O odebranym wezwaniu MAYDAY trzeba bezwzględnie zameldować.

Podane tu wiadomości to jedynie podstawy łączności radiowej. Proponuję zapoznać się z prawdziwą instalacją radiową, najlepiej w obecności instruktora, nie wstydząc się nawet z pozoru głupich pytań. Aby oswoić się z praktyczną stroną tematu, warto sobie trochę posiedzieć w kwadracie w czasie lotów, słuchając rzeczywistej wymiany komunikatów.

Dodatkowa literatura

Instrukcja o ruchu lotniczym kontrolowanym (IL-4444)

Podręcznik radiotelefonicznej frazeologii lotniczej (wprowadzony zarządzeniem Nr 10/90 Głównego Inspektora Lotnictwa Cywilnego z 6.11.1990)

Telekomunikacja lotnicza - zasady wymiany korespondencji (PL-10, t. 2-1)

(C)1999 Michał Setlak