GPS Nedir?

Hava seyrüseferi çeşitli yöntemlerle gerçekleştirilir. Pilotun günümüzün hava sahası sisteminde gezinmek için kullandığı yöntem veya sistem, gerçekleşecek uçuş türüne (VFR veya IFR), uçakta hangi navigasyon sistemlerinin kurulduğuna ve belirli bir alanda hangi navigasyon sistemlerinin mevcut olduğuna bağlıdır. O halde öncesinde navigasyon yardımcılarının neler olduğuna ve pilota ne gibi kolaylık sağladığına bakalım, ardından GPS sistemini detaylı olarak ele alalım…

Dead Reckoning (Konum Tahmini)

En basit düzeyde navigasyon, dead reckoning olarak bilinen fikirler aracılığıyla ortaya çıktı. Dead Reckoning, zaman ve mesafe hesaplamaları ile birlikte görsel kontrol noktalarının kullanımını içerir. Pilot, havadan kolayca görülebilen ve harita üzerinde de tanımlanan kontrol noktalarını seçer ve daha sonra mesafe, hava hızı ve rüzgâr hesaplamalarına bağlı olarak bir noktadan diğerine uçma süresini hesaplar. Aslında tam olarak belirli bir süre önce nerede olduğu kesin olarak bilinen bir uçağın, şimdi nerede olması gerektiğinin hesabı yapılır.  Bir uçuş bilgisayarı pilotlara zaman ve mesafe hesaplamalarında yardımcı olur ve pilot tipik olarak uçuş sırasında hesaplamaları takip etmek için bir uçuş planlama günlüğü kullanır.

Radyo Navigasyonu

Radyo seyrüsefer yardımcılarının (NAVAIDS) temel amacı, uçakların konumunu tespit etmektir. Böylece, planlanan rotaya uyulmasına, uçakların kendi arasındaki ile uçak ve arazi engebeleri arasında emniyet ayrımının korunmasına, düşük görüş şartlarında emniyetli inişin sağlanmasına yardımcı olurlar. IFR uçuşlar için radyo seyrüsefer yardımcıları gereklidir.

Havacılıkta kullanılan farklı radyo seyrüsefer yardımcıları vardır, şimdi kısaca bunları özetleyelim;

ADF / NDB: Radyo navigasyonlarının en basit şekli ADF / NDB çiftidir. Bir NDB, zemine yerleştirilmiş olan ve her yöne elektrik sinyali yayan bir radyo işaretidir. Bir uçakta otomatik bir yön bulucu (ADF) varsa, uçağın yerdeki NDB istasyonuna göre konumu görüntülenebilir. ADF cihazı temel olarak pusula kartı tipi bir ekranın üzerine yerleştirilmiş ok işaretçisidir. Ok her zaman NDB istasyonun yönünü gösterir, yani pilot uçağı rüzgârsız bir durumda ok yönüne yönlendirirse doğrudan istasyona uçacakları anlamına gelir. ADF’in istikamet oku, tıpkı kuzeyi gösteren bir el pusulası iğnesi gibi, sürekli olarak NDB istasyonunu 2° hassasiyetinde gösterir. Okun gösterdiği istikamete doğru uçan bir uçak, NDB istasyonunun üzerinden geçer. Uçak istasyondan aynı doğrultuda uzaklaşmaya başladığında, ADF oku 6 istikametini yani geriyi gösterir. ADF / NDB eski bir seyrüsefer yardımcısıdır ve hatalara eğilimli bir sistemdir. Menzili görüş alanından ibaret olduğu için, bir pilot dağlık arazide uçarken veya istasyondan çok uzakta seyir halindeyken, sistemde hatalı okumalar alabilir. Sistem aynı zamanda elektrik parazitine maruz kalır ve aynı anda yalnızca sınırlı sayıda uçağı barındırabilir.

VOR: VOR sistemi muhtemelen dünyada en sık kullanılan seyrüsefer yardımcılarından birisidir. VOR, çok yüksek frekans aralığında çalışan radyo tabanlı bir seyrüsefer yardımcısıdır. Konum belirleme, istasyona doğru radyal takip etme, bekleme paternini koruma ve alet inişi gibi amaçlarla aletli uçuşlarda yaygın olarak kullanılan bir seyrüsefer yardımcısıdır. VOR istasyonları yerde bulunur ve 360 derece referans sinyali ve yön sinyali olmak üzere iki sinyal iletir. VOR’lar NDB’lerden daha doğrudur ve sinyal alımı sadece görüş hattına karşı hassas olmasına rağmen, hatalara daha az eğilimlidir.

DME: Mesafe ölçüm ekipmanı olarak geçer. Bugüne kadar ki en basit ve değerli seyrüsefer yardımcılarından biridir. Bir sinyalin bir DME istasyonuna gidip gelmesi süresince geçen süreyi belirlemek için uçakta bir transponder kullanılır. DME UHF frekanslarında iletim yapar ve mesafe hesaplar. Uçaktaki transponder mesafeyi deniz milinin onda biri olarak gösterir. Tek bir DME istasyonu bir seferde 100 adet kadar uçağa kullanılabilir ve genellikle VOR yer istasyonları ile birlikte bulunur.

ILS: Aletli iniş sistemi (ILS), uçağı uçuşun yaklaşma aşamasından piste doğru yönlendirmek için kullanılan bir tür hassas yaklaşma sistemidir. Pist boyunca bir noktadan yayılan hem yatay hem de dikey radyo sinyallerini kullanır. Bu sinyaller, pilota kesin konum bilgisi verir ve pistin yaklaşma sonuna kadar sabit açılı, stabilize iniş yolu kullanılır. ILS sistemleri günümüzde mevcut en doğru yaklaşım sistemlerinden biri olarak yaygın biçimde kullanılmaktadır.

Şimdi gelelim GPS’e, İngilizce’de “Global Positioning System” teriminin kısaltmasıdır yani Türkçe’si “Küresel Konumlandırma Sistemi”dir.

GPS, modern havacılık dünyasının en değerli navigasyon yöntemidir. Global Konumlandırma Sistemi (GPS), ABD tarafından geliştirilen Global Navigasyon Uydu Sistemi’dir (GNSS). 1994 senesinde FAA, GPS’in operasyonel seviyede uçuş seyrüsefer yardımcısı olarak kullanılmasını onaylamıştır.  GPS, son derece güvenilir ve hassas olduğunu kanıtlamış olarak, muhtemelen günümüzde kullanılan en yaygın seyrüsefer yardımcısıdır.

GPS, uçakların konumu, pist ve hız gibi kesin konum verileri sağlamak için uyduları kullanır. GPS’in uzay bölümü, en az 24 uydudan (18 aktif 6 yedek) oluşur. Uydular, dünya yüzeyinin 20 000 km üzerindeki yörüngede bulunurlar. Bu kadar fazla yükseklikte bulunan uydular oldukça geniş bir görüş alanına sahiptirler.  Bu yüzden, GPS sistemleri dünyanın herhangi bir yerinde, hatta dağlık arazide bile kullanılabilir. Ayrıca görüş hattı ve elektrik paraziti gibi radyo seyrüsefer yardımcısı hatalarına yatkın değildir, çünkü GPS, her türlü hava şartlarında yer ve zaman bilgisi sağlayan uzay tabanlı uydu navigasyon sistemidir. Düzenli şekilde kodlanmış bilgi iletimi sağlayan bir tür uydu ağıdır. Uydular arasındaki mesafeyi ölçerek Dünya üzerindeki kesin konumu tespit etmeyi sağlar. Kısacası bu özellikleriyle bugün GPS, doğruluk ve kullanım kolaylığı nedeniyle tercih edilen bir navigasyon yöntemi haline gelmiştir. GPS ile ilgili hatalar olmasına rağmen, oldukça nadirdir.

Dünyadaki havacılar, uçuşun emniyetini ve verimliliğini artırmak için GPS kullanır. Doğru, kesintisiz ve küresel ölçekteki yetenekleri ile GPS, havacılıkta pek çok gereksinimi karşılayan kesintisiz uydu navigasyon hizmeti sunar. Uzay tabanlı konum tüm uçuş aşamaları için üç boyutlu konum belirleme olanağı sağlar.

RNAV’e doğru eğilim, GPS’in önemini daha fazla artırmıştır. RNAV prosedüründe bütün FIX’ler, GPS koordinatından oluşur. FMC’de (Flight Management Computer – Uçuş Yönetim Bilgisayarı) FIX’ler isimleri ile seçilir ya da harita üzerinden koordinat bilgisi ile FIX oluşturulur. Bu yöntem sayesinde uçakların konvansiyonel seyrüsefer sisteminden farklı olarak VOR ya da NDB gibi seyrüsefer yardımcıları üzerinden geçme zorunlulukları kalkmıştır. Böylece uçuş yolu daha optimize edilmiş ve hava trafiği daha verimli planlanmıştır. Tabii ki tüm bunlar için uçağın RNAV kabiliyetinde olması beklenmektedir. Yani uçak uydu konumunu okuyabilecek bir elektronik cihaza sahip olmalıdır. Bunlar FMC, MCDU, FMS ya da GPS cihazlarıdır. Uçuşun tüm aşamalarında GPS ve artırılmış hizmetleri kullanmak için prosedürler genişletilmiştir.

GPS’in sağlayabileceği bir başka fayda ise ATC yani Hava Trafik Kontrol sistemlerinde olur. GPS bazlı uydu sistemi ile pilotlar için çoğu zaman en stresli aşama olan iniş safhaları çok daha kolay gerçekleşir. Kısaca şöyle bir örnek verebiliriz; GPS ile uçaklar Stepped Approach denilen, yavaşla-alçal, hızlan-seviye tut, yavaşla-alçal, hızlan-seviye tut gibi aşama aşama süren merdiven alçalması yerine, Continues-descent Approach yaparak yaklaşık 40 mil uzaklıkta piste bağlanıp hızı bir seferde kesip alçalabilirler. Bu da rötarları ve iniş-kalkıştaki kaza oranlarını büyük ölçüde azaltır.

GPS ile yeni ve daha etkili hava yolları genişlemeye devam etmektedir. Böylece zaman ve mali açıdan da büyük tasarruf kazanma amacına ulaşılacaktır. GPS sayesinde okyanus üzeri gibi veri akışının seyrek olduğu alanların üzerinde uçan uçaklar, birbirleri arasındaki mesafelerini emniyetli şekilde azaltabilmiş, böylece daha fazla uçağın daha uygun ve verimli rotalar üzerinde uçmasına izin verilmiştir. Bu sayede havacılık zamandan ve yakıttan tasarruf etmeyi başarmış, kargo gelirini de bu ölçüde artırmıştır.

Havacılık camiası için GPS’in sürekli olarak iyileştirilmesi ve modernize edilmesi gerekmektedir. Günümüzde devam eden sivil modernizasyon çabasının ana bileşeni iki yeni sinyalin eklenmesidir. Bu sinyaller mevcut sivil hizmeti tam anlamıyla sağlayacaktır. Bu yeni sinyallerin ilki emniyetle ilgili olmayan kritik uygulamalarda genel kullanım içindir. İkinci yeni sinyalin ise, bir tür ek can güvenliği sivil sinyali olduğu söylenebilir. Bu iki sinyal GPS’i birçok havacılık uygulaması için daha da sağlam bir navigasyon hizmeti haline getirecektir.

İkinci can güvenliği sinyali, mevcut GPS hizmetinin özelliklerinin ötesinde önemli faydalar sağlayacaktır. Bu sinyalin mevcudiyeti, çift frekanslı aviyoniklerin kullanımını mümkün kılarak dünya genelinde artan cihaz yaklaşımı fırsatı sunmaktadır. Çift frekans, iyonosferdeki parazitlerden dolayı sinyallerde meydana gelen hataların, iki sinyalin aynı anda kullanılmasıyla önemli ölçüde azaltılabileceği anlamına gelir. Bu, sistemin sağlamlığını geliştirecek, doğruluk, kullanılabilirlik ve bütünlük kazandıracak ve de en önemlisi çok az yer altyapısı yatırımı ile veya belki de hiç olmadan hassas bir yaklaşım kabiliyeti sağlayacaktır.

Hava trafik yönetim sisteminin temeli olarak pek çok havacılık sektörü oyuncusu GPS’e güvenmektedir. GPS ile havacılık otoriteleri; uçuş sürelerinde, iş yükünde ve işletim maliyetlerinde düşüşler gözlemlemiş ve bunları belgelemiştir. GPS ayrıca, birçok uçak kazasının nedeni olan “Kontrollü Uçuşta Yere Çarpma” (İngilizcesi “Controlled flight into terrain”  – CFIT olan kavram) riskinin azaltmada başarılı olmuştur. CFIT uçağın pilot kontrolündeyken bir engele çarpması ile sonuçlanan kazalara denilmektedir. Genelde havaalanı yakınlarında, uçağın iniş için alçaldığı esnada olur. CFIT aniden yükselen dağlık araziler, bölgede görüşü engelleyen yoğun bulutlar ve sis gibi etmenlerden olabileceği gibi donanım arızasından da kaynaklanabilir. Nasıl mı? Eğer ki arıza seyrüsefer yardımcılarından birinde oluşmuşsa, bu durum kaptanın uçağı yanlış yönlendirmesine neden olabilir. CFIT kazalarıyla mücadele etmek için bir radar altimetresi kullanan ve arazi yaklaşımını hesaplayan GPWS sistemi geliştirilmiştir. Bu sistem yeryüzü arazi veritabanı ve GPS sisteminin de eklenmesiyle EGPWS adıyla daha da geliştirilmiş ve birçok havacılık sistemi için önemli bir bileşen olarak hizmet vermektedir.