地上管制進入

航空において、地上管制進入（GCA ）は、航空管制官が提供するサービスの一種であり、主要なレーダー画像に基づいて、悪天候の場合も含めて航空機を安全な着陸に誘導する。最も一般的には、GCAは精密進入レーダー（PAR、垂直グライドパス誘導による精密進入）または空港監視レーダー（ASR、グライドパス誘導のない非精密監視レーダー進入）からの情報を使用する。GCAという用語は、PAR、グライドスロープなしのPAR、ASRなど、あらゆるタイプの地上レーダー誘導進入を指す場合がある。^[1] PARからの垂直誘導と水平誘導の両方が与えられる場合、その進入は精密進入と呼ばれる。PARグライドパスが与えられない場合、横方向の誘導にPAR機器が使用される場合でも、非精密進入とみなされる。

GCA のコンセプトは、もともと核物理学者のルイス・アルバレスによって開発された。元はカリフォルニア大学バークレー校の出身であるアルバレスは、1941 年に開設されたばかりのMIT 放射線研究所に招かれた。「RadLab」は、1940 年後半のティザード作戦中に英国の発明家によって明らかにされた空洞マグネトロンに基づくレーダー システムを開発するために設立された。アルバレスがボストンに到着したころには、RadLab はすでに XT-1 として知られる新しい対空レーダーのプロトタイプを開発しており、これは選択されたターゲットを「ロックオン」すると自動的に追跡する機能を持っていた。XT-1 の量産型は、有名なSCR-584として 1944 年に出荷が開始された。^[2]

アルバレスは軽飛行機のパイロットでもあり、悪天候での着陸の問題点を認識していた。彼はすぐに、XT-1 がこの用途に使用できるかどうかを尋ねた。1 機の航空機にロックオンすると、レーダー オペレーターはレーダー表示を読み取り、パイロットに滑走路に近い地点まで降下するよう指示できる。1941 年 11 月 10 日、彼は XT-1 の使用時間を与えられ、着陸する航空機の位置を必要な精度で測定することに成功した。1942 年の春、XT-1 はノースカロライナ州エリザベス シティに移動され、着陸経路はパスクォタンク川の河口まで延びていた。ここで、このシステムは航空機と水面への反射を区別できないことがわかった。^[2]

XT-1は円錐スキャンのコンセプトに基づいており、ビームを約15度の円錐形のパターンの周りに回転させることにより、レーダーの角度精度を大幅に向上させました。これにより、航空機が地面に近づくと、ビームが地平線近くに向けられると、ビームが定期的に水面を横切るようになりました。^[2]

1942年5月には、航空機を空港の一般エリアに誘導するSバンド 空港監視レーダー（ASR）と、地面が見えないように移動される垂直誘導と水平誘導用の別々のアンテナを備えた2番目のXバンドレーダーである精密進入レーダー（PAR）を組み合わせた新しい方法が開発された。^[2]

新しいシステムの最初の例はマークIと呼ばれ、1942年11月にテストが開始されました。さらに改良されたバージョンのマークIIでは、機械式スキャンアンテナが導波管「スクイーズボックス」に置き換えられ、アンテナを動かさずに同じスキャンを実行しました。マークIIでは「拡張部分平面位置インジケータ」も導入されましたが、^[2]後に「ベータスキャン」というより簡単な名前に変更されました。

マーク II が完成した頃には、アメリカ陸軍航空隊はすでにこの用途に SCS-51計器着陸装置(ILS) を広く配備しており、この新システムには関心を示さなかった。しかし、1942 年 6 月に科学研究開発局は10 機の発注を行い、ロサンゼルスのギルフィラン ブラザーズに契約を委託した。^[2]

一方、マーク I のテストは継続された。1942 年 11 月、マーク I はクォンセット ポイント空軍州兵基地に移され、アルバレスはシステムを使用してアプローチの射撃を開始した。海軍少尉のブルース ギフィンは、システムへの信頼を示すために、SNBのフロントガラスに石鹸を塗った。1943 年 1 月 1 日、コンソリデーテッド PBY カタリナの燃料がほとんどなくなり、悪天候にもかかわらず着陸を余儀なくされた。マーク I のオペレーターは PBY を説得して着陸を成功させ、これが最初の「救助」となった。^[2]

この話はペンタゴンの注目を集め、 1943年2月14日にワシントン・ナショナル空港でデモンストレーションが行われた。これにより、陸軍通信部隊はギルフィラン社からMPN-1Aと呼ばれる57台の契約を直ちに締結し、米海軍はベンディックス・ラジオ社から80台のMPN-ICの2番目の契約を結んだ。その後、陸軍がITT社に200台発注するなど、いくつかの追加発注が続いた。^[2]

英国は RadLab のカウンターパートと緊密に連絡を取り合い、すぐにこのシステムに興味を示した。英国は、通常の音声無線受信機のみに依存する、ローレンツ ビームコンセプトに基づく独自の低精度進入システムを開発していた。このシステム(ブラインド アプローチ ビーコン システム) は水平方向の誘導のみを提供し、主要な着陸システムとして使用するには精度が不十分だった。ILS は必要な精度と垂直方向の誘導を提供したが、すべての航空機に新しい無線と計器を追加する必要がある。GCA も通常の無線受信機のみで動作するため、膨大な爆撃機隊で使用する方がはるかに簡単である。^[2]

1943年6月、マークIは戦艦クイーン・エリザベスに乗せられてイギリスに送られ、試験のためイギリス空軍エルシャム・ウォルズ基地に配備された。その後数か月にわたり、270回以上の接近が行われ、8月23日の夜には作戦任務に就いたアブロ・ランカスター21機が帰還した。このことが、イギリス空軍爆撃司令部の各飛行場にGCAレーダーを設置するというレンドリース契約の要請につながった。この注文は、このシステムに対するアメリカの関心を強めるのに役立ち、試作品をイギリスに残すことで合意した。^[2]

AN/MPN-1Aの最初の量産型は1944年秋に陸軍に納入された。最初の実用機は12月にベルダンに配備された。ユニットはすぐに太平洋に送られ、硫黄島に設置された。戦争の終わりまでに、ヨーロッパと太平洋のほとんどの飛行場に1機ずつ配備された。^[2]

1946年初頭、余剰となったMPN-1 3機が民間航空局に寄贈され、ワシントン・ナショナル空港、ラガーディア空港、シカゴ・ミッドウェイに配備された。これにより、ASRシステムとPARシステムのより高度なバージョンの発注がさらに増加し​​た。^[2]

地上管制進入は、航空機の整備にレーダーを全面的に導入した最も古い航空交通技術である。このシステムは単純かつ直接的で、訓練を受けていないパイロットでもうまく機能した。地上の航空管制官と接近中の航空機のパイロットとの間で密接なコミュニケーションが必要である。一度に誘導されるパイロットは 1 人だけ (特定の状況下では最大 2 人)。^[要出典]管制官は専用の精密進入レーダーシステムを監視し、接近中の航空機の正確な進路と高度を決定する。次に管制官はパイロットに無線で口頭指示を与え、着陸を誘導する。指示には、正しい進入経路に従うために必要な降下率 (グライドパス) と方位 (コース) の修正が含まれる。

精密進入レーダー (PAR) スコープには 2 つのトラックが表示されます。

• 方位角。水平進入経路に対する航空機の位置を示します。
• 標高。公開された滑走路に対する垂直位置を示します。

着陸機をグライドパスと進入中心線の両方に維持するという管制官の指示に従うことで、パイロットは滑走路のタッチダウン ゾーン上に正確に到着します。無線通信の整合性を継続的に確保するために、管制官は進入フローの種類と進入の段階に応じて一定の最小間隔で無線通信を行う必要があります。着陸するには、パイロットは PAR 進入の場合は「決定高度」(通常は滑走路タッチダウン ゾーンより 100 ～ 400 フィート上) に達する前に、または非精密進入の場合は「進入復行地点」に達する前に、滑走路または滑走路環境を視界内に収める必要があります。公表されている最小視程と決定高度/最小降下高度は、進入および滑走路の照明、進入通路の障害物、航空機の種類、およびその他の要因によって異なります。有償飛行のパイロットは定期的に PAR 進入の熟練度を実証する必要があり、GCA 管制官は能力を維持するために 1 年に最低回数のそのような進入を実施する必要があります。

GCA は労働集約的な性質 (通常、最終進入時には各航空機に 1 人の GCA 管制官が必要) のため、民間空港ではもはや広く使用されず、多くの軍事基地でも廃止されつつあります。ただし、米国の一部の場所では航空管制官が最新の状態を維持することが義務付けられており、ベルギー空軍は地上管制進入に今でも日常的に PAR を使用しています。NATO は、民間航空が計器着陸装置(ILS) を採用している間も GCA をアクティブなままにしています。横方向と垂直方向の両方のガイダンスを提供する全地球測位システム (GPS) ベースの進入が広く使用されるようになり、進入最低高度は GCA または ILS と同等か、ほぼ同等です。最新の ILS および GPS 進入は、管制官による人為的エラーの可能性を排除し、同時に多数の航空機にサービスを提供できます。地上管制進入は、進入する航空機に高度な航法支援装置が装備されていない場合に役立ち、通信無線が 1 つでも機能していれば、航空機の搭載航法支援装置が動作しない場合にも人命を救うことができます。機内で緊急事態に対処している有資格パイロットが、作業負荷を軽減するためにPARベースの地上管制進入を要求することもあります。米国では、夜間や悪天候などの特定の状況下では、管制機関（USAF、US Army、USN、FAA）またはパイロットの要求に応じて、PAR（最終進入コースが一致するPARが存在する場合）による計器進入の監視が必要です。^[1]

地上管制による進入は、 『戦略空軍』、『ビッグ・リフト』、『エアポート』、『ジュリー』、『スカイジャック』など、いくつかの映画で描かれています。

アーサー・C・クラークの小説『グライド・パス』は、GCA の当初の開発を題材にしています。

クラークは GCA の早期導入に貢献しました。GCA は第二次世界大戦中に、視界が悪いときに基地に戻るパイロットが安全に着陸できるようにするために開発されました。1948 年から 1949 年にかけてのベルリン空輸の際には、物資の流れを維持するために不可欠でした。

• ビームアプローチビーコンシステム
• TLS – トランスポンダー着陸システム
• AN/MPN
• 航空記事の索引

• 「レーダーがライフラインになる」。Popular Science、1946 年 7 月、82 ～ 84 ページ、GCA レーダーに関する一般向けの最初の詳細な記事。