¿Por qué los transpondedores introducen códigos en lugar de utilizar números de registro de aeronaves?

Para ampliar la respuesta de voretaq7, comprender la historia y la evolución de los transpondedores puede explicar más profundamente por qué es así (por ahora).

Cuando los aviones aliados (EE. UU./Reino Unido/otros) de la Segunda Guerra Mundial regresaron de misiones de combate sobre Alemania y Europa continental, los controladores de radar (nueva tecnología) no tenían forma de saber "quiénes" eran los aviones. Para solucionar este problema, los aviones comenzaron a llevar una caja electrónica que podía transmitir una señal de radio automáticamente para identificarse. Este sistema fue el IFF original (Identificación: Amigo o Enemigo).

Esta pieza de magia electrónica podría ser configurada en tierra por los miembros de la tripulación, antes de la salida, utilizando un dial de 8 posiciones numeradas del 0 al 7. La caja recibiría una señal de transmisión desde el suelo y luego transmitiría una respuesta de dos ráfagas de energía por ciclo: la primera señal era la señal "Estoy comenzando mi transmisión" (una ráfaga de energía un poco más fuerte), y la siguiente la señal se retrasó una cantidad específica de nanosegundos para que coincida con la longitud de onda de la frecuencia (y sería ligeramente más baja en intensidad). Si el transmisor se estableció en 0, el retraso no fue nada. Es decir, la segunda ráfaga se transmitiría en la siguiente "instancia" que sigue a la ráfaga de inicio de transmisión. Si se establece en 1, entonces hubo un retraso de 1 paso después de la señal de inicio... hasta 7, lo que induciría un retraso de 7 pasos.

Las "computadoras" rudimentarias en tierra, ubicadas junto con el radar, recibirían estas transmisiones. Según la frecuencia de radio conocida, la sincronización de estos breves estallidos de energía en la longitud de onda de la portadora podría interpretarse como un número. Si la radio en el suelo recibiera algo como: INICIO-nada-nada-SEÑAL-nada-nada-nada-nada-nada-INICIO-nada-nada-SEÑAL-nada-nada-nada-nada-nada... entonces se podría calcular que la caja a bordo de la aeronave estaba transmitiendo el "número 2". Si el número secreto para ese día (informado a los pilotos antes de partir) era "2", entonces el avión se identificaba como "AMIGO" en el sistema IFF. Este fue el primer prototipo de transpondedor. (Por cierto: se llama "transpondedor" porque hace dos cosas:

Pero el primer obstáculo obvio fue el hecho de que solo había 8 números disponibles, por lo que las cajas de transpondedor se actualizaron rápidamente a dos configuraciones (56 combinaciones de códigos posibles) y luego a 4 configuraciones (4,096 combinaciones de "códigos" posibles).

Pero aún había un "problema": los códigos estaban establecidos en el suelo y no se podían cambiar. Cualquier compromiso a mitad de la misión del número que se usaba ese día impedía que las aeronaves que ya estaban en el aire cambiaran sus códigos. El siguiente salto tecnológico fue desarrollar un sistema montado en un panel donde el piloto podía cambiar cada uno de los cuatro diales manualmente.

Esta tecnología finalmente entró en el ámbito civil. Para distinguir entre los diferentes tipos de transpondedores y quién los estaba usando (principalmente problemas de frecuencia: frecuencia militar frente a frecuencia civil), surgieron diferentes categorías, llamadas "modos". Un transpondedor de "Modo 2" era el sistema octal de 4 dígitos descrito anteriormente, establecido en el suelo y dejado. Un transpondedor "Modo 3" era la versión más nueva, el piloto lo coloca en el aire, pero aún usaba frecuencias militares.

Cuando los civiles comenzaron a usar la misma tecnología en frecuencias civiles aprobadas, la designación fue "Modo 3-A", a menudo llamado transpondedor "Modo A". Combinado con el advenimiento del radar de vigilancia del tráfico aéreo civil, los controladores ahora podían distinguir "quién era quién" en sus pantallas, asignando a cada avión su propio número único. Esto fue genial por un tiempo, pero lo único que los controladores podían ver era el "blip" y su número asignado. La computadora del radar también podría calcular la velocidad respecto al suelo, pero no la altitud. Entonces, los controladores confiaron en que el piloto informaría verbalmente sobre su altitud.

Esto condujo al siguiente salto tecnológico en transpondedores. Si esa misma radio pudiera conectarse de alguna manera al sistema de presión de la aeronave (el mismo que controla los altímetros y los indicadores de velocidad vertical), entonces probablemente también podría configurarse de alguna manera para transmitir esos datos de altitud. Así se inventó esa tecnología, y se aplicó la designación "Modo 3-A/C" a las versiones civiles... comúnmente (y aún popular hoy en día) llamado "Transpondedor de Modo C".

Esto (finalmente) nos lleva a la pregunta original: ¿Por qué los aviones no programan sus propios números de registro en el transpondedor? Dado que solo hay cuatro dígitos octales disponibles, hay tres problemas inmediatos: primero, los números 8 y 9 no se pueden utilizar; segundo, no hay cartas disponibles; y tercero, con solo 4096 combinaciones posibles y muchos más aviones que en el mundo, es muy posible que dos aviones en la misma vecindad puedan tener el mismo número.

El advenimiento de los transpondedores "Modo S", con tecnología "actual", ahora puede transmitir (así como recibir) todo tipo de información, incluida la identidad específica de la aeronave, tal como el autor de la pregunta pensó que debería ser como es. Pero, la compatibilidad con versiones anteriores de todas las aeronaves que aún vuelan con transpondedores "Modo C" aún requiere que ATC asigne un código único a una aeronave y que el piloto ingrese ese número.

Curiosidades adicionales, no relacionadas directamente con la pregunta: dado que los transpondedores de Modo C están limitados a los números 0-7, ¿cómo pueden transmitir datos de altitud que pueden contener los números 8 y 9?

La respuesta está en un aspecto de la codificación binaria llamado "Código Gray" (o, a veces, "Código Gillham"). La gente de aviónica del mundo estandarizó un conjunto de códigos para representar un conjunto de altitudes en incrementos de 100 pies. Como un par de ejemplos, una aeronave a una altitud de presión de 8,500 pies enviaría el código de 4 dígitos de 6220. Sentarse a una altitud de presión de 0 daría como resultado el código 0620. La estación terrestre receptora evaluaría tanto la altitud de presión recibida por la aeronave, así como la configuración de presión actual de la estación (comúnmente llamada "configuración del altímetro"), y convertirlos en la altitud MSL real de la aeronave para mostrarlos en la pantalla del radar.

Pude encontrar esta lista de conversiones de código de altitud:

https://web.archive.org/web/20120726003224/http://www.airsport-corp.com/modecascii.txt

La respuesta corta es que a menudo hacen ambas cosas.

Los transpondedores de modo S (que encontrará en la mayoría de los aviones y que ahora también se están volviendo comunes en aviones ligeros) transmiten un identificador de avión único que el sistema ATC puede interpretar y mostrar.

Los transpondedores más antiguos solo admiten el código de identificación del Modo A (el código de graznido que estamos familiarizados con la selección): esta es una rama de la tecnología militar IFF (Modo 3) donde el transpondedor es interrogado por una estación de radar y devuelve un código de identificación que el ATC luego, el sistema interpreta y trata apropiadamente.

Ambos métodos se utilizan actualmente para identificar aeronaves: ATC asocia un graznido discreto en Modo A con su número N y el sistema etiquetará su objetivo de manera adecuada. Si se recibe una respuesta en Modo S, se puede asignar a un código no discreto como 1200 para completar el bloque de datos.
Es probable que los códigos de Modo A sigan en uso en el futuro previsible porque, como otros mencionados en los comentarios, hay códigos no discretos a los que se les ha asignado un significado especial para comunicar información útil para ATC (en EE. UU. 1200 para VFR, 7000 para VFR en Estados Unidos). algunos otros lugares, 7500 para secuestro, 7600 para comunicaciones perdidas y 7700 para emergencia general), y combinado con una ID de Modo S, esto puede permitir que ATC sepa que la aeronave que estaba graznando 1200 y ahora está graznando 7700 es N12345.

Existen múltiples razones atribuidas a los transpondedores que utilizan códigos octales de 4 dígitos como identificador de la aeronave. Aquí hay dos de ellos que son los más esenciales:

• Los códigos Squawk son más fáciles de comunicar por radio y también son más fáciles de leer . Si bien solo hay 4096 combinaciones posibles, la singularidad de estas combinaciones es relevante solo para aquellos ATC cuyo RADAR cubre esa aeronave específica. Esto significa que, a diferencia de un número de registro que es único para cada avión en todo el mundo, *el mismo código de graznido se puede usar en muchos lugares (con una separación decente entre ellos) simultáneamente*.
• Los códigos Squawk no solo funcionan como identificadores de aeronaves, sino que también brindan información especial al ATC (como mencionan todas las demás respuestas). Estos códigos de graznido especiales se utilizan para transmitir información vital que normalmente no se transmite como datos (altitud, velocidad del aire, etc.), como fallas de radio (7600), emergencia (7500) y secuestro (7500).