نقش رادار در کنترل ترافیک هوایی

مقدمه

امروزه صنعت هواپیمایی به عنوان یکی از صنایع مهم و حساس و حیاتی در دنیای امروز مطرح می‌باشد. در این بین هر روزه بر تعداد ترافیک هوایی افزوده می‌شود و لذا استفاده از دستگاههای مختلف جهت افزایش ایمنی در ترافیک هوایی و افزایش ظرفیت ترافیک هوایی در فضای واحد نیز بیش از پیش ضروری می‌باشد. یکی از مهمترین این دستگاهها «رادار» می‌باشد.

تاریخچه

اولین آزمایشهای مربوط به رادار به سال ۱۸۸۰ میلادی بر می‌گردد. در سال ۱۹۰۶ یک مهندس آلمانی دستگاهی را اختراع کرد که آن را اینگونه نامگذاری کرد: «دستگاه نشانگر رادیویی جلوگیری از تصادم». در سال ۱۹۲۲ یک مهندس ایتالیایی به نام «مارکونی»  روشی را برای ارسال سیگنال رادیویی بین کشتی‌ها ابداع کرد به طوریکه این امواج به سمت گیرنده‌ای که بر روی همان کشتی فرستنده امواج، کار گذاشته شده بود، برگشت داده می‌شد. بدین طریق جهت و مکان کشتی‌های دیگر را در مه و یا در دید کم نشان می‌داد. این قانونی بود که در تمام رادارها مورد استفاده قرار می‌گیرد.پیشرفت‌های بعدی نیز ادامه یافت که شامل ابداع و ارایه «اصول پالس»  بود که پایه تمام رادارهای مدرن می‌باشد.

در خلال سال‌های ۱۹۳۵-۱۹۴۰ سیستم‌های راداری پالس به صورت موفقیت آمیز، مستقل از هم، شبیه و همزمان در کشورهای ایالات متحده، انگلیس، فرانسه و آلمان ایجاد گردید.کاربرد رادار در سرویس‌های کنترل ترافیک هوایی شامل دو طرح می‌باشد. مدل ابتدایی که به «رادار اولیه»  مشهور است و از دهه ۱۹۵۰ استفاده از آن مرسوم گردید. نوع دیگر رادار که «رادار ثانویه»  نامیده می‌شود برای سرویس‌های کنترل ترافیک هوایی پیشرفته استفاده می‌شود. استفاده از این رادار در کشور ما از اوایل دهه هفتاد شمسی در فرودگاه‌های مهرآباد و شیراز، و از سال ۱۳۸۰ در مرکز کنترل ترافیک هوایی کشور آغاز شده است.

رادار اولیه

در رادارهای اولیه یک پالس از انرژی به صورت واحد از دستگاه‌های زمینی فرستاده می‌شود. این پالس به هواپیما برخورد کرده و برگشت داده می‌شود. آنتن فرستنده با توجه به نوع استفاده از آن با سرعت‌های مختلفی می‌چرخد. در هر دور از آنتن، بسته به سرعت چرخش و عرض امواج رادیویی، هواپیما برخی از این پالس‌ها را که به آن برخورد می‌کند، بر می‌گرداند. این امواج توسط دستگاه‌های گیرنده در همان آنتن زمینی دریافت می‌شود. مقدار برگشت امواج به اندازه هواپیما، فاصله آن و قدرت فرستنده بستگی دارد. این برگشت انرژی نقطه روشنی را در نمایشگر رادار ایجاد می‌کند که به آن «تارگت» می‌گویند.

موقعیت و جهت این «تارگت» نسبت به سایت رادار با محاسبه زمان یک پالس از امواج رادار، از آنتن به هواپیما و برگشت آن، مشخص می‌گردد. با توجه به مشخص بودن سرعت امواج این فاصله به راحتی قابل محاسبه می‌باشد.

یکی از مهمترین انواع رادار اولیه، «رادار پایانه ای»  یا «رادار فرودگاهی» می‌باشد که به عنوان یک رادار میان برد – حدود ۵۰ مایل یا ۹۰ کیلومتر – برای کنترل ترافیک هوایی در اطراف فرودگاه ها طراحی شده است. چرخش نرمال یک آنتن رادار فرودگاهی حدود ۱۳ دور در دقیقه می‌باشد، بنابراین وضعیت ترافیک هوایی هر ۵ ثانیه روی صفحه رادار، جدید می‌شود.

نوع دیگر رادار اولیه که در کنترل ترافیک هوایی استفاده می‌شود، رادار دوربردی است که «رادار مسیرهای هوایی» (۸) نامیده می‌شود. این نوع رادار بردی تا حدود ۱۵۰ مایل (۲۷۰ کیلومتر) دارد. این نوع رادار برای کنترل ترافیک در مسیرهای هوایی در مراکز کنترل استفاده می‌شود.

رادارهای مورد استفاده در مسیرهای هوایی، ویژگی هایی شبیه رادار فرودگاهی دارند با این تفاوت که سرعت چرخش کمتری دارند و دقت و وضوح آنها نسبت به رادار فرودگاهی کمتر است.

یکی از مشکلات و ایرادات رادارهای اولیه، پارازیت‌های ناخواسته ای اشست که روی صفحه رادار ظاهر می‌شود. این پارازیت ها انعکاس امواج بر اثر برخورد با اشیای ثابت و یا اشیای متحرک با سرعت پایین می‌باشد، مانند برگشت امواج برخورد کرده با کوه ها و ساختمان‌های بلند در اطراف آنتن رادار. برای رفع این مشکل، وسیله ای اختراع گردید به نام («MTI»۹) که اثر اشیای ثابت و یا با سرعت کم را روی صفحه رادار از بین می‌برد. امواجی که به ابرها و بارش برخورد می‌کنند نیز برگشت داده می‌شوند و روی صفحه رادار پارازیت‌های ناخواسته ای ایجاد می‌کنند. البته این حالت یک مزیتی نیز برای رادارهای اولیه به حساب می‌آید، بدین صورت که کنترلر ترافیک هوایی از وضع هوای مناطق تحت پوشش مطلع خواهد شد.

اگرچه برخی کاستی‌های رادار به ماهیت تکنولوژی آن مربوط است ولی پیشرفت و اصلاح اشکالات آن به صورت مداوم و پیوسته در حال انجام است. یکی از مهمترین این پیشرفت ها، ابداع و اختراع «رادار ثانویه» می‌باشد.

رادار ثانویه

رادار ثانویه یکی از جدیدترین تجهیزات در صنعت هواپیمایی می‌باشد که در اکثر کشورهای جهان مرسوم و متداول است. در ایران نیز، به دلیل افزایش روز افزون ترافیک هوایی داخلی، بین المللی و عبوری از فضای ایران، استفاده از آن از حدود اوایل دهه ۱۳۷۰ آغاز گردید.

رادار ثانویه نیز همانند رادار اولیه بر دو نوع رادار فرودگاهی و رادار مسیر هوایی می‌باشد. همچنین برد رادار ثانویه بیشتر از برد رادار اولیه می‌باشد. مثلاً برد رادار مسیر هوایی در رادار ثانویه (در شرایط ایده آل) ۲۵۰ مایل یا ۴۵۰ کیلومتر می‌باشد که این برد برای شرایط واقعی کمی کمتر است.

اساس کار رادار ثانویه با رادار اولیه متفاوت است، بدین صورت که رادار ثانویه به انعکاس امواج جهت شناسایی هواپیما متکی نیست. رادار ثانویه با استفاده از سیستم «تقاضا و پاسخ» کار می‌کند. بدین صورت که آنتن زمینی امواج را به عنوان تقاضا تولید کرده و می‌فرستد که موجب فعال شدن یک فرستنده دیگر در درون هواپیما (ترانسپاندر) می‌شود. فرستنده درون هواپیما (ترانسپاندر) به عنوان پاسخ، امواج الکترونیکی را برای ایستگاه زمینی می‌فرستد. این امواج می‌تواند کدبندی شده و برای استفاده در کنترل ترافیک هوایی نمایش داده شود. هواپیما برای فرستادن این امواج از چهار مد A ، C،S و INTERMODE استفاده می‌کند که در اینجا مد‌های A و C توضیح داده می‌شود.

مد A برای شناسایی و تعیین موقعیت هواپیما استفاده می‌شود و از مد C برای بدست آوردن ارتفاع هواپیما استفاده می‌شود. مد A دارای یک عدد چهار رقمی مخصوص به هر پرواز (SSR CODE) می‌باشد که توسط کنترلر ترافیک هوایی تعیین و به خلبان داده می‌شود. ارقام این عدد چهار رقمی (SSR CODE) نمی‌تواند ۸ و ۹ انتخاب گردد. لازم به ذکر است که هواپیما برای استفاده از سرویس رادار باید حتماً به فرستنده مخصوص (تراسپاندر) مجهز باشد. از طرفی اطلاعات «طرح پرواز « که از قبل آماده شده، وارد پردازشگر رادار ثانویه شده و به آن کدی چهار رقمی، مشابه کد چهار رقمی هواپیما تخصیص داده می‌شود.

پردازشگر رادار بعد از تطبیق کد چهار رقمی (SSR CODE) طرح پرواز و هواپیما، اطلاعات طرح پرواز را به اطلاعات بدست آمده از رادار اضافه کرده و اطلاعات کامل و جامعی را در اختیار کنترلر ترافیک هوایی قرار می‌دهد. اطلاعات نهایی که روی صفحه رادار ثانویه ظاهر می‌شود شامل نام و شماره پرواز (CALL SIGN)، نوع هواپیما و بزرگی آن (کوچک-متوسط-بزرگ)، ارتفاع مجاز شده و ارتفاع حقیقی هواپیما، مسیر پرواز، زمان تقریبی رسیدن به نقاط مختلف مسیر هوایی و SSR CODE هر پرواز می‌باشد.

همه این تلاش ها و اطلاعات برای انجام یک پرواز ایمن و بدون تاخیر است، در واقع هدف استفاده از رادار رسیدن به اهداف جهانی مراقبت پرواز است که همانا ایمنی و جلوگیری از تصادم، تسریع در انجام پرواز، ارایه اطلاعات مفید به پرواز و حفظ جریان ترافیکی می‌باشد.