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segunda-feira, 30 de junho de 2014

Os sistemas de comunicação de uma aeronave moderna

A comunicação de uma aeronave com os órgãos de controle de tráfego aéreo é essencial para manter a segurança das operações de voo, mas grande parte da população não tem uma ideia clara de quais são os equipamentos utilizados e nem quais são as suas funções.
Sistemas de comunicação e navegação à serviço de uma aeronave
Para começar, quase todas as pessoas pensam que o único órgão de controle de tráfego aéreo existente é a torre de controle. Na verdade, existe uma grande variedade de órgãos de controle de tráfego aéreo, e alguns desses órgãos sequer estão nos aeroportos. A rede de comunicação dedicada à navegação aérea e muito mais complexa do que as pessoas leigas imaginam, e existe comunicação analógica de curta distância, de longa distância, via satélite, assim como comunicação digital de curta e de longa distância.
Equipamento rádio de uma aeronave Cessna 206
Assim, além da torre de controle - TWR (Tower), responsável pelo tráfego aéreo ao redor de um aeródromo, existe um controle de aproximação, o APP (Approach Control), responsável não apenas pelo tráfego que está se aproximando, mas também pelo tráfego que se está se afastando, dentro de uma terminal aérea - TMA, ou de uma CTR (zona de controle). Fora das TMA e das CTR, o controle do tráfego aéreo é feito pelos centros (ACC - Area Control Center). Quando a aeronave está voando fora de um espaço aéreo controlado, ela pode receber informação de voo, ou assessoramento, nas mesmas frequências utilizadas pelos órgãos de controle.
Equipamento rádio de uma aeronave Boeing 767, situada em um pedestal entre as poltronas dos pilotos
Em aeroportos mais movimentados, existem frequências de rádio específicas para o controle de solo (GNDC - Ground Control), para autorização de plano de voo (CLRD - Clearence for Departures, ou Clearence Delivery), para informação automática de TMA (ATIS - Automatic Terminal Information Service), além de frequências de emergência (121,5 MHz ou 243 MHz), que são recebidas por diversos órgãos de controle, frequências específicas operadas por empresas aéreas e um frequência livre (123,45 MHz), que é usada para comunicação e coordenação entre aeronaves, onde não existem órgãos de controle de tráfego aéreo.

A comunicação aeronáutica depende essencialmente de ondas eletromagnéticas, que são oscilações em fase de campos magnéticos e elétricos, que se propagam através do espaço, não necessitando de um meio físico para isso. Essas ondas propagam energia sem a necessidade de um fio condutor. Propagando energia, podem também, em consequência, propagar informações, e isso é a essência dos equipamentos de rádio e radar, essenciais para a vida moderna. É difícil imaginar como seria a vida se não existissem as ondas eletromagnéticas.

Rádio VHF e transponder, sistema de radar secundário
As ondas eletromagnéticas possuem comportamento diferente conforme a frequência em são transmitidas. A frequência é o número de vezes que uma onda muda de polaridade, positiva ou negativa (um ciclo), em um segundo. Um ciclo por segundo é equivalente a 1 Hertz.

Ondas de baixa, média e alta frequência costumam ter longo alcance, desde que sejam propagadas em grande potência, pois a energia de uma onda tende a se dispersar no espaço, já que geralmente se espalham em todas as direções. Esse alcance ultrapassa a linha do horizonte, formando o que chamamos de ondas terrestres (que se se propagam acompanhando a curvatura da Terra), ou ondas refletidas, que se propagam em linha reta, mas se refletem na ionosfera, camada ionizada da atmosfera terrestre, alcançando receptores muito além da linha do horizonte. Já ondas de muito alta frequência (VHF - Very High Frequency)) e além, só se propagam em linha reta, o que limita seu alcance à linha do horizonte, por maior que seja a potência do transmissor.

Transmissores em VHF são tecnologicamente fáceis e baratos de se construir, além de possuir ótima qualidade de sinal, e são utilizados amplamente para os sistemas de controle de tráfego aéreo de curta distância, como TWR, APP, GNDC, CLRD e ATIS. Para os controle de ACC, antenas repetidoras de sinal ampliam o alcance.
Compartimento de equipamentos eletrônicos de um Boeing 747-400 da Cargolux
As autoridades, obedecendo a acordos internacionais, reservam determinadas faixas de frequência para diferentes usos. A faixa VHF destina à equipamentos de navegação aérea funciona entre as frequências de 108,1 a 117,975 MHz, enquanto a faixa de comunicações vai de 118 a 136 MHz. As transmissões de comunicação em VHF são feitas em amplitude modulada. O alcance varia conforme a altitude da aeronave, pois não ultrapassam a linha do horizonte.

O rádio em longa distância na aviação é provido por transmissores ou receptores em HF (High Frequency). As ondas HF costumam se propagar em repetidas reflexões na ionosfera, e desde que sejam transmitidas em grande potência, podem ter alcance global. Isso é essencial para a comunicação entre aeronaves voando sobre oceanos ou grandes áreas desabitadas e os órgãos de controle.
Compartimento de equipamentos eletrônicos (avionic bay) de um Boeing 747
Infelizmente, transmissões em HF são altamente sujeitas a interferências e ruídos de sinal, o que prejudica a qualidade dos sinais. Para evitar que os pilotos e controladores fiquem ouvindo os chiados e ruídos característicos dessas transmissões, foi criado um sistema chamado SELCAL (Selective Call), que funciona como se fosse um telefone: cada aeronave possui um código de chamada específico, de quatro letras, e o órgão de controle chama a aeronave que deseja por esse código, evitando que os pilotos tenham quer permanecer na escuta permanente do HF (ou até do VHF).
Código SELCAL de uma aeronave neozelandeza
Quando um órgão de controle, por exemplo, contata uma aeronave específica, sinais de aviso, visuais e sonoros, avisam a tripulação que o controle deseja se comunicar, e atendem, como se fosse um telefone.
Antena de HF tipo probe, no topo da deriva de um Boeing 707
Existem sistemas de comunicação via satélite, chamados genericamente de SATCOM. Satélites de comunicação estão geralmente em órbitas geoestacionárias (fixas em relação à superfície da Terra), mas possuem duas limitações importantes: existe um custo de uso do satélite, relativamente elevado, e uma limitação quanto à latitude onde podem operar. Acima dos círculos polares, o sistema praticamente não funciona. Funcionam em onda UHF (Ultra High Frequency). Entretanto, sistemas via satélite são muito úteis para fornecer sinais de Internet e telefonia para passageiros de aeronaves comerciais.
Antenas de uma antiga aeronave militar Douglas C-47
A comunicação aeronáutica convencional é feita por sinais analógicos, por canais de voz. Entretanto, com o aumento do volume de tráfego aéreo, criou-se um grande congestionamento das frequências, o que prejudica a qualidade da comunicação e aumenta o risco à segurança das operações. Para solucionar tal problemas, criou-se uma forma de digitalizar os sinais, convertendo voz ou outras informações em códigos binários, os chamados bytes. Dessa forma, amplia-se a velocidade e o tipo de informação que pode ser transmitidas, otimizando a comunicação. Podem ser transmitidos, nesse caso, mensagens de texto, imagens, ou qualquer tipo de informação que possa ser digitalizada.

Existem, atualmente. sistemas de comunicação digital em VHF, denominados ACARS (Aircraft Communications Addressing and Reporting System), e sistemas semelhantes que funcionam em HF, utilizados em longa distância, denominados HFDL (High Frequency Data Link). A grande vantagem é que esses sistemas podem transmitir mensagem de texto, que não precisam ler lidas em tempo real, e que podem transmitir mensagens automáticas, sem necessidade de intervenção dos tripulantes da aeronave. Atualmente, tais sistemas são utilizados apenas para transmissão de informações para a empresa operadora da aeronave, ou da aeronave para a empresa, mas serão utilizadas para otimizar as informações para o sistema de controle de tráfego aéreo em futuro próximo.
Mensagem meteorológica fornecida por equipamento HFDL
Entre as informações que podem ser transmitidas digitalmente, estão informações de manutenção ou de meteorologia. Uma aeronave pode transmitir, automaticamente, para os mecânicos da empresa, informações sobre mal funcionamento ou panes, sem intervenção dos pilotos. Os mecânicos, portanto, podem otimizar o atendimento à aeronave assim que a mesma pousar, minimizando o tempo necessário para a manutenção. Já houve casos em que tais informações foram utilizadas para esclarecer acidentes aeronáuticos.

Finalmente, complementando o leque de recursos de comunicação em uma aeronave, existem os sistemas de comunicação interna, que funcionam via cabo, e não via rádio. Esses sistemas podem ser simples intercomunicadores entre pilotos ou constituir verdadeiros sistemas de comunicação que possibilitam comunicação entre pilotos, tripulantes de cabine ou mecânicos no solo, que inserem fones/microfones em plugs apropriados, no compartimento do nariz, onde também são inseridas as tomadas para fornecimento de energia elétrica externa.
Painel de comunicação externo de um Boeing 737, que permite a comunicação de um mecânico em terra com os tripulantes do avião. O cabo abaixo fornece energia externa ao avião no solo.
Todos os canais de comunicação de uma aeronave podem ser selecionados através de dispositivos de seleção, que inclusive podem ser sintonizados nos sinais de áudio emitidos por equipamentos de rádio navegação, possibilitando a identificação do transmissor.
Painel de seleção de áudio de um Boeing 737
As antenas necessárias ao equipamento rádio e de radar estão posicionadas estrategicamente na fuselagem, asas e empenagem da aeronave, como mostra a figura abaixo.
Localização das antenas de uma aeronave comercial Boeing 767-200

10 comentários:

  1. Jonas, será que um dia essa comunicação de aeronaves com controle não passara a ser digital, como a nova tecnologia de televisão?

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  2. Parabéns pelo BLOG. Ganhou mais um seguidor. Sou novo estudante de MMA e gostei muito do conteúdo. Grande abraço!!

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  3. Parabéns! Gosto muito do tema, mas como radioamador interessou-me esse tópico. Pergunto se posso reproduzi-lo com os devidos direitos autorais em nossa revista Radioamadorismo em Fascículos, disponibilizada gratuitamente em formato PDF. Abraços. Ademir Machado - revistaradioamadorismo@gmail.com

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  4. Claro que pode, amigo. Está autorizado.

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  5. Obrigado Jonas. Assim que estiver pronta a revista, eu aviso. Seu blog está agora nos meus favoritos e vou divulgar para mais amigos que são da área e fãs de aviões!

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  6. Tem como conseguir pra mim os códigos de comunicação entre torre de controle e aeronaves? Sou rádio escuta nessa área há décadas e nunca consegui os códigos, o que aprendi foi "na lata" mesmo, ninguém me ensinou.

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    1. Que códigos? Não tem nenhum código específico na comunicação. Se quiser saber alguma coisa, me adicione no Facebook e daí vou entender o que vc precisa, ok?

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  7. Como se faz para impedir interferências de rádios comerciais (FM), nas comunicações nas faixas de comunicacão aeronáuticas (AM)!!
    Att
    Marco

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