O alcance de rádio de baixa frequência, também conhecido como alcance de rádio de quatro cursos, alcance de rádio de quatro cursos LF/MF, alcance de rádio A-N, alcance de rádio Adcock ou, comumente, simplesmente "o alcance", foi o principal sistema de navegação utilizado por aeronaves para voos segundo as regras de voo por instrumentos nas décadas de 1930 e 1940, até o surgimento do VOR (VHF omnidirectional range), a partir do final da década de 1940. Era utilizado tanto para a navegação em rota quanto para aproximações por instrumentos e órbitas de espera.

Com base em uma rede de torres de rádio que transmitiam sinais de rádio direcionais, o alcance de rádio definia rotas aéreas específicas no céu. Os pilotos navegavam utilizando rádio de baixa frequência, ouvindo uma sequência de códigos "A" e "N" automatizados em código Morse. Por exemplo, inclinavam ou guinavam a aeronave para a direita ao ouvir uma sequência de "N" ("dah-dit, dah-dit, ..."), para a esquerda ao ouvir uma sequência de "A" ("di-dah, di-dah, ...") e voavam em linha reta quando esses sons se combinavam para produzir um tom constante, indicando que a aeronave estava seguindo diretamente o feixe.

À medida que o sistema VOR foi implantado gradualmente em todo o mundo, o alcance de rádio de baixa frequência foi sendo desativado, desaparecendo em sua maior parte na década de 1970. Atualmente, não há nenhuma instalação operacional remanescente. Em seu período de maior implantação, havia mais de 400 estações que utilizavam exclusivamente o alcance de rádio de baixa frequência somente nos Estados Unidos continentais.

História

Após a Primeira Guerra Mundial, a aviação começou a ampliar seu papel no setor civil, inicialmente com os voos de correio aéreo. Logo ficou evidente que, para garantir a entrega confiável de correspondência, bem como os voos de passageiros que logo se seguiriam, era necessária uma solução para a navegação à noite e em condições de baixa visibilidade. Nos Estados Unidos, foi construída para os pilotos de correio aéreo uma rede de balizas luminosas, semelhantes aos faróis marítimos. Entretanto, as balizas eram úteis principalmente à noite e em boas condições meteorológicas; em condições de baixa visibilidade, não podiam ser vistas. Cientistas e engenheiros perceberam que uma solução de navegação baseada em rádio permitiria aos pilotos "enxergar" em todas as condições de voo e concluíram que era necessária uma rede de feixes de rádio direcionais.

Em 24 de setembro de 1929, o então tenente (posteriormente general) James H. "Jimmy" Doolittle, do Exército dos Estados Unidos, realizou o primeiro voo "às cegas", executado exclusivamente com referência aos instrumentos e sem visibilidade externa, demonstrando que o voo por instrumentos era viável. Doolittle utilizou instrumentos giroscópicos recém-desenvolvidos — um indicador de atitude e um girobússola — para ajudá-lo a manter a atitude e o rumo da aeronave, além de um sistema de rádio direcional especialmente projetado para navegar de e para o aeroporto. O equipamento experimental de Doolittle foi projetado especificamente para seus voos de demonstração; para que o voo por instrumentos se tornasse prático, a tecnologia precisava ser confiável, produzida em massa e amplamente implantada, tanto em terra quanto na frota de aeronaves.

Havia duas abordagens tecnológicas para os componentes de navegação por rádio em terra e no ar, que estavam sendo avaliadas durante o final da década de 1920 e o início da década de 1930.

Em terra, para obter feixes de rádio direcionais com um curso navegável bem definido, inicialmente eram utilizadas antenas de quadro cruzadas. A Ford Motor Company desenvolveu a primeira aplicação comercialmente viável de um alcance de rádio de baixa frequência baseado em antenas de quadro. A empresa instalou o sistema em seus campos de pouso de Dearborn e Chicago em 1926 e registrou a patente em 1928. Conceitos anteriores para o sistema haviam sido desenvolvidos na Alemanha em 1906 e posteriormente foram experimentados pelo U.S. Bureau of Standards e pelo Corpo de Sinalização do Exército dos Estados Unidos no início da década de 1920. A tecnologia foi rapidamente adotada pelo Departamento de Comércio dos Estados Unidos, que instalou uma estação experimental de alcance em 30 de junho de 1928, e a primeira série de estações entrou em serviço mais tarde naquele ano. Contudo, o projeto com antenas de quadro gerava excesso de ondas celestes polarizadas horizontalmente, que podiam interferir nos sinais, especialmente à noite. Em 1932, o conjunto de antenas Adcock eliminou esse problema utilizando apenas antenas verticais e tornou-se a solução preferida. A Aeronautics Branch do Departamento de Comércio dos Estados Unidos chamava a solução Adcock de "antena T-L" (de "Transmission Line", "linha de transmissão") e, inicialmente, não mencionava o nome de Adcock.

No ar, também havia dois projetos concorrentes, originados de grupos com diferentes origens e necessidades. O Corpo de Sinalização do Exército dos Estados Unidos, representando os aviadores militares, preferia uma solução baseada em uma sequência de sinais sonoros de navegação, transmitidos continuamente aos ouvidos dos pilotos por meio de um fone de ouvido. Os pilotos civis, por outro lado, que em sua maioria eram pilotos de correio aéreo que realizavam voos transcontinentais para transportar correspondência, consideravam os sinais sonoros incômodos e difíceis de utilizar em voos longos e preferiam uma solução visual, com um indicador no painel de instrumentos.

Um indicador visual foi desenvolvido com base em palhetas vibratórias, que forneciam um simples indicador de "curva para a esquerda-direita" montado no painel. Era confiável, fácil de usar e mais resistente a sinais errôneos do que o sistema concorrente baseado em áudio. De acordo com um relatório publicado, os pilotos que haviam voado com ambos os sistemas, sonoro e visual, preferiam fortemente o tipo visual. O sistema baseado em palhetas foi rejeitado pelo Governo federal dos Estados Unidos, entretanto, e os sinais sonoros tornaram-se o padrão durante as décadas seguintes.

Na década de 1930, a rede de transmissores de rádio de baixa frequência em terra, combinada com receptores de rádio AM de bordo de baixo custo, tornou-se uma parte vital do voo por instrumentos. Os transmissores de rádio de baixa frequência forneciam orientação de navegação às aeronaves durante as operações em rota e nas aproximações sob praticamente todas as condições meteorológicas, ajudando a tornar realidade a regularidade e a confiabilidade dos horários de voo.

O alcance de rádio permaneceu como o principal sistema de radionavegação nos Estados Unidos e em outros países até ser gradualmente substituído pela tecnologia VOR, muito aprimorada e baseada em VHF, a partir do final da década de 1940. O VOR, ainda utilizado atualmente, inclui um indicador visual de esquerda-direita.

Tecnologia

Em terra

O componente terrestre do alcance de rádio de baixa frequência consistia em uma rede de estações transmissoras de rádio estrategicamente distribuídas pelo país, frequentemente próximas a aeroportos maiores e separadas por aproximadamente 322 km. As primeiras estações de baixa frequência utilizavam antenas de quadro cruzadas, mas projetos posteriores de muitas estações empregavam o conjunto de antenas verticais Adcock para melhorar o desempenho, especialmente à noite.

Cada estação de alcance Adcock possuía quatro torres de antena com aproximadamente 40,8 m de altura, instaladas nos cantos de um quadrado de aproximadamente 129,5 × 129,5 m, com uma quinta torre opcional no centro para transmissão de voz e orientação. As estações emitiam radiação eletromagnética direcional entre 190 e 535 kHz e com potências de 50 a 1.500 watts, em quatro quadrantes. A radiação de um par de quadrantes opostos era modulada, em uma frequência de áudio de 1.020 Hz, com o Código Morse correspondente à letra A (· —), enquanto o outro par recebia a letra N (— ·). As interseções entre os quadrantes definiam quatro linhas de curso que partiam da estação transmissora em quatro direções de bússola, nas quais os sinais A e N apresentavam intensidade igual, com seus códigos Morse combinados fundindo-se em um tom de áudio constante de 1.020 Hz. Essas linhas de curso, também chamadas de "pernas", nas quais somente o tom podia ser ouvido, definiam as rotas aéreas.

Além do sinal de modulação A ou N repetido, cada estação transmissora também emitia seu identificador em código Morse, geralmente com duas ou três letras, uma vez a cada trinta segundos para permitir uma identificação positiva. A identificação da estação era transmitida duas vezes: primeiro pelo par de transmissores N e depois pelo par A, para garantir cobertura em todos os quadrantes. Além disso, em algumas instalações, as condições meteorológicas locais eram periodicamente transmitidas por voz na frequência do alcance, interrompendo temporariamente os sinais de navegação; posteriormente, porém, isso passou a ser feito pela quinta torre central.

O alcance de rádio de baixa frequência era originalmente acompanhado por balizas de rota aérea, utilizadas como apoio visual, especialmente em voos noturnos.

Em voo

Os receptores de rádio de bordo — inicialmente simples aparelhos de modulação em amplitude (AM) — eram sintonizados na frequência dos transmissores terrestres de rádio de baixa frequência, e o áudio do código Morse era detectado e amplificado nos alto-falantes, normalmente em fones de ouvido usados pelos pilotos. Os pilotos ouviam constantemente o sinal de áudio e tentavam conduzir a aeronave ao longo das linhas de curso ("voando sobre o feixe"), onde seria ouvido um tom uniforme. Se o sinal de uma única letra (A ou N) se tornasse audivelmente distinto, a aeronave era conduzida conforme necessário para que a modulação das duas letras voltasse a se sobrepor e o áudio do código Morse retornasse a um tom constante. A região "sobre o curso", na qual os sinais A e N se fundiam audivelmente, tinha aproximadamente 3° de largura, o que correspondia a uma largura de curso de ±4,2 km quando a aeronave estava a 161 km da estação.

Os pilotos precisavam verificar se estavam sintonizados na frequência correta da estação de alcance comparando seu identificador em código Morse com aquele publicado em suas cartas de navegação. Também verificavam se estavam voando em direção à estação ou se afastando dela, determinando se o nível do sinal, isto é, o volume audível do tom, estava aumentando ou diminuindo.

Aproximações e órbitas de espera

Os segmentos de aproximação final das aproximações por instrumentos por rádio de baixa frequência eram normalmente realizados nas proximidades da estação de alcance, o que proporcionava maior precisão. Quando a aeronave passava sobre a estação, o sinal de áudio desaparecia, pois não havia sinal de modulação diretamente acima das torres transmissoras. Essa zona de silêncio, denominada "cone de silêncio", indicava aos pilotos que a aeronave estava diretamente sobre a estação, servindo como uma referência terrestre precisa para o procedimento de aproximação.

Em um procedimento típico de aproximação por instrumentos por rádio de baixa frequência, a aproximação final começava sobre a estação de alcance, com uma curva para um curso específico. O piloto descia até uma determinada altitude mínima de descida (MDA) e, se o aeroporto não estivesse à vista dentro de um período especificado, calculado com base na velocidade em relação ao solo, era iniciado um procedimento de aproximação perdida. No procedimento de aproximação por rádio de baixa frequência mostrado para Joliet, Illinois, a altitude mínima de descida podia ser de apenas 91 m acima do nível do solo (AGL), e a visibilidade mínima exigida era de 1,6 km, dependendo do tipo de aeronave.