GBAS: O sucessor do ILS

Desde que o ILS - Instrument Landing System foi introduzido na aviação, em 1940, solucionou-se o até então intransponível problema de executar pousos seguros em condições marginais de visibilidade.

Baseado em vários equipamentos de rádio-auxílio e visuais, o ILS demonstrou ser seguro, eficaz e fácil de utilizar, tanto que imperou, por mais de sete décadas, nos principais aeroportos do mundo inteiro, e ainda impera.

Uma das primeiras cartas de pouso por ILS (1940)

Todavia, o ILS está longe de ser perfeito. Seu principal componente, o Localizador, uma antena que transmite um sinal direcional de rádio em VHF (Very High Frequency), embora seja altamente preciso, está sujeito a interferências de ondas em VHF emitidas de transmissores "piratas". A tecnologia de transmitir em VHF é facilmente acessível, e qualquer estudante de ensino médio, um pouco mais habilidoso, consegue construir um transmissor, em sua própria casa, gastando muito pouco dinheiro. Isso representa um risco considerável para um piloto que depende fundamentalmente desse sinal para chegar, praticamente às cegas, alinhado à pista de pouso.

Antenas de Localizador de ILS

O ILS é, também, um equipamento muito dispendioso, e que exige amplas áreas livres (o chamado "gabarito de proteção") ao redor da pista e da área de aproximação, para evitar o risco, bastante elevado, dos sinais se refletirem em um obstáculo e se transformarem em "sinais fantasmas" para as aeronaves.

Sem melhor opção, há mais de setenta anos, o ILS equipa a grande maioria dos aeroportos internacionais e de maior movimento comercial. Seu alto custo e sua exigência por espaço físico livre, no entanto, limita ou impede sua aplicação em aeroportos menores ou com restrições de gabarito causados por topografia, construções ou interferência do tráfego de outros aeroportos nas vizinhanças.

Através dos anos, diversas tecnologias foram aplicadas para tentar superar ou, pelo menos, melhorar o ILS, utilizando sinais em microondas (MLS (Microwave Landing System), por exemplo , mas nenhuma dessas tecnologias chegou sequer a ameaçar a supremacia absoluta do ILS, e foram aplicadas, eventualmente, somente em alguns aeroportos muito problemáticos, ou então de modo puramente experimental.

Satélite de GPS

A introdução dos sistemas de navegação por satélite, a partir da década de 1990, trouxe grande precisão à navegação aérea. Hoje, a Aviação Civil emprega um sistema de navegação global por satélite, o GNSS (Global Navigation Sattelite System), atualmente baseado em dois sistemas militares de navegação, o americano GPS (Global Positioning System) e o russo Glonass (Global Navigation Sattelite System).

Os sistemas de navegação por satélite são extremamente precisos, mas também possuem suas limitações. Devido à sua origem militar, sua precisão total está restrita aos usuários militares que os criaram. As frequências de precisão dos satélites são codificadas e só podem ser utilizadas pelos militares. Os usuários civis, portanto, acabam arcando com problemas como a refração dos sinais dos satélites na atmosfera e a interferência ionosférica, que reduzem a precisão dos equipamentos.

Os erros causados pela refração e pela interferência ionosférica podem ser pouco importantes na navegação horizontal, mas são críticos quando se trata de navegação vertical. Os satélites, quando captados, em número suficiente, pelos receptores, podem dar uma posição tridimensional para as aeronaves, em termos de latitude, longitude e altitude. Os maiores erros do sistema referem-se, geralmente, à altitude, o que invibiliza, na prática, os sistemas de aproximação e pouso de precisão baseados exclusivamente em satélites.

Aproximação em condições marginais de visibilidade

Qual é a solução para resolver tais problemas? Não é tão difícil. Há muitos anos os operadores de aeronaves agrícolas, por exemplo, têm utilizado uma tecnologia chamada DGPS, que utiliza uma antena terrestre para simular um satélite e corrigir os seus sinais utilizando um sinal de rádio praticamente isento de refração e interferência ionosférica. O DGPS aumenta drasticamente a precisão do GPS, na navegação horizontal, possibilitando, por exemplo, aplicação de defensivos agrícolas com notável eficiência e economia.

Processador do GBAS

A precisão requerida para aproximações de precisão, com o uso de satélites, pode ser aumentada, portanto, através do uso de uma antena em terra que simula um satélite, ou seja, um pseudo-satélite. Outros dispositivos de segurança podem ser adicionados, para verificar a acurácia dos equipamentos e a precisão dos sinais, necessários para garantir a segurança das aeronaves que executam aproximações com o sistema, dentro das margens de segurança atualmente oferecidas pelos ILS.

O sistema que consiste de antenas de correção e de verificação dos sinais, que aumenta  a precisão da navegação por GNSS a ponto do mesmo poder substituir o ILS foi denominado, pela ICAO - International Civil Aviation Organization, como GBAS (Ground-Based Augmentation System), ou, traduzindo literalmente, sistema de aumentação baseado em solo. A "aumentação" é, na verdade, a correção dos sinais dos satélites para seus erros de refração e interferência ionosférica, por antenas instaladas no solo, no aeroporto.

Esquema do GBAS

Quais são as vantagens do GBAS em relação ao ILS? Em primeiro lugar, vem o custo. Instalar um GBAS é muito mais barato que instalar um ILS, o que possibilita sua instalação em aeroportos menores e/ou com baixa demanda de aeronaves, passageiros ou cargas. Outra vantagem é que uma única instalação do GBAS pode ser aproveitada por todas as cabeceiras de pista do aeroporto, e mesmo fora dele, em outros aeroportos situados no seu entorno e dentro do alcance proporcionado pelas antenas em terra. Finalmente, o GBAS não depende de uma única rampa reta e perfeitamente alinhada com a pista proporcionada pelo Localizador e pelo Glide Slope do ILS, pois a aproximação pode ser feita em curva, ou em pistas paralelas, e de qualquer direção possível, com toda segurança.

O GBAS, aliás,  não necessita das grandes áreas livres de obstáculos essenciais para o ILS, e mesmo para sistemas de menor precisão, como o VOR.

Instalação do GBAS no Aeroporto Braunschweig-Wolfsburg, Alemanha, notavelmente simples comparada a um ILS

Um sistema GBAS consiste, basicamente, em:

1) Quatro receptores fixos, instalados na proximidade das pistas, para receber os dados dos satélites de navegação GNSS;

2) Um processador computadorizado, que faz as correções do GNSS e fornece informações já devidamente ajustadas aos procedimentos de navegação; 

 3) Um transmissor em VHF (VDB - VHF Data Broadcast), também instalado nas proximidades da pista, que transfere essas informações ao cockpit das aeronaves,  onde pode ser visulizado em um um display semelhante ao utilizado para o ILS. Assim, o GBAS ajusta e corrige os posicionamentos gerados pelos satélites e fornece guias verticais e horizontais aos pilotos para as aproximações de precisão.

Antena de VDB

No futuro, o sistema poderá orientar saídas padrão por instrumentos, hoje dependentes de auxílios-rádio convencionais, e até mesmo tráfego no solo, dentro do aeródromo. Isso poderá relegar sistemas caros e complexos, como o radar, a funções meramente coadjuvantes.

Atualmente, o GBAS encontra-se devidamente certificado pela FAA - Federal Aviation Administration e pela JAA - Joint Aviation Authority, respectivamente as autoridades aeronáuticas dos Estados Unidos e da Comunidade Européia, e alguns aeroportos na América do Norte e na Europa já operam o GBAS. Por enquanto, o GBAS foi certificado para aproximações de precisão Categoria I, que exige teto mínimo de 200 pés e visibilidade horizontal de 800 metros, mas futuramente poderá ser certificado para Categorias II e III, cujos mínimos meteorológicos são sensivelmente menores.

O Brasil está adotando, a partir desse ano de 2012, o sistema CNS/ATM (Communication, Navigation and Surveillance/Air Traffic Management), que será, em breve, o sistema padrão de navegação, comunicação e vigilância do espaço aéreo mundial. Nesse ambiente, o sistema GBAS começa a despontar com substituto do ILS e outros sistemas de navegação até agora em uso.

Transmissor de VDB, em VHF

O DECEA - Departamento de Controle do Espaço Aéreo, do Comando da Aeronáutica, adquiriu um sistema GBAS certificado pela FAA dos Estados Unidos, e o instalou, de forma experimental, no Aeroporto Internacional do Galeão, no Rio de Janeiro, em 2011. Tal instalação visa certificar o GBAS para uso nos aeroportos brasileiros, para complementar ou mesmo substituir os ILS.

Como é um país tropical, o território brasileiro está sujeito a fenômenos de interferência ionosférica muito mais intensos que os países situados em latitudes mais altas. A instalação experimental no Galeão vai definir padrões de utilização e segurança do GBAS em latitudes baixas, em um prazo de poucos anos.

O Tenente-Coronel Aviador Ricardo Elias Consedey, Chefe da Divisão de Gerenciamento doe Navegação Aérea, do Subdepartamento de Operações do DECEA, afima: "Na nossa região, um dos principais distúrbios da ionosfera – conhecido como Irregularidade Equatorial ou Bolhas de Plasma – caracteriza-se pelo deslocamento das chamadas ‘bolhas’ de baixa ionização'; elas podem provocar atrasos no sinal do satélite, gerando erro no cálculo da posição GPS. O Brasil, como pioneiro na implementação deste tipo de tecnologia nas regiões geoequatoriais, tem o desafio de investigar o impacto dos fenômenos ionosféricos da área nos sinais de navegação transmitidos pelo GBAS. Para tanto, a estação será submetida a testes de desempenho durante o ápice do ciclo de atividade solar – que ocorrerá nos próximos anos – de modo a garantir a segurança de sua utilização”, afirma o oficial.

Tendo em vista o contínuo crescimento do tráfego aéreo no Brasil, é de se esperar, em médio prazo, a certificação do GBAS para a maioria dos aeroportos brasileiros, alguns dos quais atualmente nem têm ILS, e que sofrem com atrasos e cancelamentos de voos por condições meteorológicas desfavoráveis.

 Fontes: ICAO, NASA, DECEA, site Asas Brasil, NEC